khảo sát các phương pháp điều khiển trên hệ con nêm ngược Luận văn thạc sỹ kĩ thuật

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM oOo TRẦN VĂN THÀNH KHẢO SÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRÊN HỆ CON NÊM NGƯỢC  LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TP. HCM 08- 2012   BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM oOo TRẦN VĂN THÀNH KHẢO SÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRÊN HỆ CON NÊM NGƯỢC  LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT  CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA MÃ SỐ: 60-52-60 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: Ts. HOÀNG MINH TRÍ TP. HCM 08- 2012   LỜI CAM ĐOAN  !"#$%&'#'()*+,-$'./0*1$2'3$$4 (*5* 2'3$6'$%##78.'&'$'"'(9''/:##'()*;36<!8*=#*> #<%?%"#$*$'+@##* ($A7"BC$D*-$%&'," $%#!*E7F/0$'*$'E2 $%#!*E7F!"$%*#$'G'/$4#/0#,<$%/: H Người cam đoan Học viên Trần Văn Thành  I LỜI CẢM ƠN J5*$($#K!J-L6*6AC$'5 6;"#M'%N. OB'A#'#!"$'5 O$E$&''/:#PQ.#=2R7"S#7($$%# D*3$%&'$'G'8T$"" ; U'$'"'-LD*R$'5 $%G$C2$'##-#PV !:2'W XYZ.D*R$'5 ['\#]''W##'8$%/J#XV'W^'#E -[;M.3,V!:2'W$GS#'=YYZO'8$$&'#@2_$$%# 6*<$$'J#B'='W74D*; ," $`!\#,C$LC$'5 ^6Xab*"8*$%/c#%/J# XV>#.$'5 [^6;6#* d#W['/L#%/c#]'LX8e#3 ,V>##'82O$VT*B8$<$'1$7T$'J#'$f'"$'"'T$" " ; O#'':#!+'g.707"3'h$%##&'O'C$ !\#D*$7"'a$%0f$$"$.$"R$'G'8i$(*+&'; Học viên Trần Văn Thành  j MỤC LỤC Lời cam đoan;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;I Lời cảm ơn.;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;II Mục lục ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;III Danh mục hình ảnh;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;V Danh mục bảng và các từ viết tắt;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;VII Mở đầu ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;VII Chương 1 : Tổng quan;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;01 ;;M$-'8$'<#(#/07"i$(*T*B'f;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;01 ;;['$N'3'#33#$%&'+3$3#-$%#7"#"/:; 02 ;;'b#71T$>$V!*E7F$E2$%*##-D* C$;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;06 Chương 2. Những nghiên cứu thực nghiệm và lý thuyết;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;08 ;;M'&'(#/0;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;08 ;;['/L#2'329'3$'#6<+'&'7"!G'W$'C$,9;;;;;;;;;;12 ;;['/L#2'3239''&'$3'8(#/0;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;25 ;I;R$'* C$T*B'f'8(#/0;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;32 Chương 3. Kết quả và bàn luận;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;46 ;;3$'#6<'&'7"(;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;46 ;;M'&'$3'8(#/0;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;46 ;;kST*B'fPe#2'/L#2'32l ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;47 ;I;]C$D*-$'G#'8,ST*B'fl;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;53 ;j;kST*B'fJ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;58  m ;m;]C$D*-$'G#'8,ST*B'fJ;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;62 Chương 4. Kết luận;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;63 I;;'b#71T!*E7FO$'G'8/0;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;63 I;;'b#71T!*E7F'/V$/0;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;64 I;;]C#'9'/:##'()*2'3$$%f;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;65 "!8*$'B'-;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;;66  n DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 (#/07:7E$o#$%/0$$%(!/#pk Y Hình 1.2 (#/07:7E$o#$%/0$$%(qp7"qk Y Hình 1.3 M'&'+'*6#6 Y Hình 1.4 M'&'(+$%/J#q' Y Hình 1.5 M'&'(+rh# Y Hình 1.6 M'&'(+$%/J#Xs#%h,.%$ Y Hình 1.7 M'&'(#/0ck6D*h*$% YI Hình 1.8 M'&'$'N#'8ch$'h%P YI Hình 1.9 M'&'$'N#'8+'W7(?k3' Yj Hình 2.1 L>B'<'8$'<#(*B'f(#/0 YZ Hình 2.2 M'&''8(#/0 Yt Hình 2.3 M'&'7h%6$'#'"$1$; Y Hình 2.4 M'&'7h%6$'#'"$1$  Hình 2.5 M'&'7h%6$'#'"$1$  Hình 2.6 ['/L#2'3239'$%W#$  Hình 2.7 ['/L#2'3239'D*3$N'(  Hình 2.8 X32)#+3!V,C$%c j Hình 2.9 ]C$<,C$%c#= ( m Hình 2.10 kC$%c#=!8'( m Hình 2.11 kC$%c$''u'79$%Nh Z Hình 2.12 MV'T*B'f'* fv!#$[wM Z Hình 2.13 MV'5*T*B'fS#Lx t Hình 2.14 %P[yn  Hình 2.15 L>,*67"%P#$C2pxpMtmZ  Hình 2.16 ['$N'!G$3S#!((; j Hình 2.17 3$%V#$'3- %$%#D*3$%&'T*B'f m Hình 2.18 L>B'<'>$C2$%V#$'3  Hình 2.19 L>B'<,SD*63$$%V#$'3 m Hình 2.20 kST*B'fJ I Hình 3.1 X32)#2'`##=(7:] It Hình 3.2 X32)#2'`##=(7:] jY Hình 3.3 X32)#2'`##=(7:] jY Hình 3.4 kST*B'fl7:,S/:!/0#$%V#$'3 j Hình 3.5 X32)#,SD*63$#=( j Hình 3.6 X32)#'8(7:,ST*B'fl jI Hình 3.7 ]C$D*-,e63$ jj Hình 3.8 ]C$D*-,e%*# jm  Z Hình 3.9 ke63$$%#T*B8=$- jm Hình 3.10 ]C$'02,e63$7",e%*# jn Hình 3.11 kv6*#$N'2'$N'8*'>$C2 jZ Hình 3.12 X9'#'z'"!($'*S jt Hình 3.13 *E$J mY Hình 3.14 kTo$J m Hình 3.15 8$'<#T*B'fJ m Hình 3.16 ^=(c$%V#$'3v9'7"79$%N7E$o# m Hình 3.17 '($'"'2'5$N'2'$N'8*'>$C2 m  t DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 3$'#6<+S#Lt{ Y Bảng 2.2 ^-$'N'3BN'8*$%(%P[yn  Bảng 2.3 k-#!*E$7:I,C#?7"$%G$C2 I Bảng 3.1 3$'#6<'&'(#/0 Im Bảng 3.2 k-#!*E$J7:$N'8*#?7"!"h$A7"$<S; jt Bảng 3.3 *E$T*B'fJ7:',C7"P mY CÁC TỪ VIẾT TẮT • [yx [%2%$!y$h#%!xh%7$7h • [y [h%2'h%!2h$y$h%h$ • [wM [*!6hwP$'MP*!$ • l h%l*P%$h#*!$% • yMq #!hy2*$M*!$q*$2*$6 • | |*}} #$%!; • ^p ^hh$p!#%$'; • M !P#MPh$%!; • |M |*}} !P#MPh$%!; LỜI MỞ ĐẦU  Y 1. Lý do chọn đề tài o 8$#,/:7"$'JB~##'82'=.'8V'=1$/:;# #'8$GS#=#S$7$%\7e#D*$%W#$%#W'V$S#+*S 6<##/J;8#'()*3#-$'*E$$GS#-B'f.'8V7" $'#''•)#Pi# PG#.-$C3D* $%&'6-*1$.'C$V3 $'C$,9T*B'f2'i7i'##'82.'*S6<#; o 'G$C'8 .78'WL6cT*B'f$GS#T*PG$%(!R$'* C$ $3'W$'*5$@ .# 6GB'='f*'6G$C2E.'W'`;5$'C$2'-= 'b#'&'2'i7i'78Bf')#3$'*E$$3T*B'f; o (#/0!"S$%,$''T*7:',E$GP7"#?7";MiN' !"$&,ST*B'f6<#b,•#(#/0,•#3'P9'$%W#!G $%(u'(;x=B€v9'7"='&'2'$* C2')$V2('8 (#/0$'/J#/0Pe#fBf$%3$'*E$$3:7"2'$N'663' #b32'/L#2'32T*B'f; o *D*3$%&''W'W7"$'G$C#'()*.7:#*<=$'C$,9f B'-63$S$6<$'*E$$3T*B'f,•#2'i7i'#'()*#-$'*E$ T*B'f)#Pi#$%#'8%,$6*" ;X/06G'/:#PQ7"'u,-+ $'5 6;"#M'%N.$O$C'"'#'()*7" PG#'&' (#/0;*F!"T$".$O PG#$'"'#'&'3( #/07:32'5)#2'e'02•$%-D*7h%6#12‚.O$'G'8 PG#'&'$3'W'82'$* C+'&'. PG#2'/L#$%&'$3 'W$* C$N''=+'&'.$'G'8B'-63$S$6<$'*E$$3T*B'f $* C$N'7"2'$* C$%('&'$3'•3'#3'1$!/0#3$'*E$ $3T*B'f.'W%$'*E$$32'e'02'1$''&'(#/0; 2. Mục đích nghiên cứu o N'$3 PG#'&'(#/0;  [...]... điều khiển hệ nêm, đưa ra kết luận kiểm chứng lại lý thuyết 8 Kết quả nghiên cứu: o o o o o Mô hình cơ khí hệ nêm ngược Mô hình toán học phi tuyến hệ nêm ngược Tuyến tính hóa mô hình phi tuyến hệ nêm ngược Khảo sát một số thuật toán điều khiển Nhận xét kết quả điều khiển Chương 1 - TỔNG QUAN Mô tả hệ thống cái nêm ngược và mục tiêu điều khiển Hệ thống nêm ngược là một hệ thống có hình dạng cái nêm. .. hệ nêm ngược HVTH : TRẦN VĂN THÀNHLUẬN VĂN THẠC SĨ -2 1Hệ con nêm ngược được mô tả ở Hình 2.2 là một hệ không ổn định Khi không có điều khiển, hệ sẽ đổ nghiêng về 2 bên Điều khiển hệ nêm ngược là điều khiển vật nặng (4) trượt trên (5) để hệ nêm giữ cân bằng Hình 2.2 Mô hình hệ con nêm ngược (1) (2) (3) (4) (5) (6) Ổ bi trục xoay, có gắn biến trở để xác định góc nghiêng của nêm Mô hình cơ khí nêm. .. việc khảo sát các thuật toán điều khiển hiện đại, điều khiển kinh điển Ngoài ra, đề tài cũng sử dụng một số phương pháp điều khiển như LQR, Fuzzy điều khiển thực tế trên mô hình để minh chứng cho kết quả thực hiện HVTH : TRẦN VĂN THÀNHLUẬN VĂN THẠC SĨ -19- Chương 2 - NHỮNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM VÀ LÝ THUYẾT 2.1 Mô hình hệ nêm ngược 2.1.1 Sơ đồ khối hệ thống HVTH : TRẦN VĂN THÀNHLUẬN VĂN THẠC... điều khiển hệ con nêm ngược thực hiện khảo sát hệ con nêm với bộ điều khiển mờ và điều khiển mờ thích nghi trực tiếp Tháng 8 năm 2011, nhóm nghiên cứu Trần Văn Thành, Phạm Xuân Vũ thực hiện nghiên cứu “Điều khiển mờ hệ nêm ngược báo cáo tại Hội nghị @ Cần Thơ Năm 2011, học viên Đặng Hữu Phúc (ĐH GTVT Tp HCM) thực hiện đề tài “Thiết kế bộ điều khiển hệ con nêm ngược dùng giải thuật Fuzzy-SMC-PID... PCI-1711 với hệ nêm ngược HVTH : TRẦN VĂN THÀNHLUẬN VĂN THẠC SĨ -12o o o o Nghiên cứu sử dụng board PCI-1711 Mô phỏng hệ nêm ngược trong phần mềm MatLab Thực nghiệm điều khiển hệ nêm ngược trên mô hình thực Nhận xét kết quả thực nghiệm 7 Phương pháp nghiên cứu: o o o o Nghiên cứu mô hình lý thuyết Tiến hành mô phỏng, lựa chọn phương pháp điều khiển tối ưu Xây dựng mô hình thực Sử dụng thuật toán... nêm ngược, trong đó phần lưỡi 1.1 O được cố định trên một trục xoay HVTH : TRẦN VĂN THÀNHLUẬN VĂN THẠC SĨ -13A B O Hình 1.1 Nêm ngược với vật nặng trượt trên lưng nêm AB Phần vật nặng, hoặc là loại vật nặng được điều khiển trượt trên lưng nêm AB (Hình 1.1) hoặc loại 2 vật nặng (Hình 1.2) được điều khiển trượt trên OA và OB để làm lệch trọng tâm nêm A B O Hình 1.2 Nêm ngược với vật nặng trượt trên. .. Đại học Ohio, năm 2001, thực hiện giải thuật điều khiển GA cho hệ nêm ngược Hình 1.4 Mô hình của nhóm tác giả trường Đại học Ohio Năm 2003, Jeng-Hann Li cũng đã thực hiện khảo sát điều khiển hệ nêm ngược trong luận văn tiến sĩ dùng giải thuật Fuzzy Sliding-Mode Control ở trường National Cheng Kung University Tainan, Đài Loan HVTH : TRẦN VĂN THÀNHLUẬN VĂN THẠC SĨ -15- Hình 1.5 Mô hình của trường... các dạng bộ điều khiển khác như Fuzzy, GA, SMC và FSMC 1.2.2 Các công trình trong nước Mô hình hệ nêm ngược được đưa vào khảo sát lần đầu tại Việt Nam vào năm 2008, với đề tài “Thiết kế bộ điều khiển cho con nêm ngược của học viên Nguyễn Văn Hậu (ĐH GTVT Tp HCM) HVTH : TRẦN VĂN THÀNHLUẬN VĂN THẠC SĨ -17Năm 2009, học viên Võ Bá Thi (ĐHBK Tp HCM) thực hiện đề tài “Nghiên cứu giải thuật điều khiển. .. giữ cân bằng hệ quanh một điểm cân bằng đặt trước 1.2 Phân tích đánh giá các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước HVTH : TRẦN VĂN THÀNHLUẬN VĂN THẠC SĨ -141.2.1 Các công trình ngoài nước Năm 1993, trong luận văn thạc sĩ của Chun-Hsiang Tsai đã đề cập đến việc sử dụng DSP điều khiển hệ nêm ngược dùng giải thuật Fuzzy và LQR Hình 1.3 Mô hình của Chun-Hsiang Tsai Mô hình nêm ngược được thực... điều khiển hệ nêm ngược Hình 1.9 Mô hình hệ nêm của học viên Võ Bá Thi 1.3 Những vấn đề còn tồn tại luận văn tập trung giải quyết Qua việc khảo sát đánh giá kết quả thực hiện nghiên cứu vấn đề nêm ngược trong và ngoài nước, nhận thấy rằng ở nước ngoài đã có một số bài báo đề cập đến việc xây dựng mô hình toán, tuyến tính hóa hệ thống quanh điểm cân bằng, xác định các giải thuật điều khiển trên . VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM oOo TRẦN VĂN THÀNH KHẢO SÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRÊN HỆ CON NÊM NGƯỢC  LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT TP. HCM 08- 2012   BỘ. VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM oOo TRẦN VĂN THÀNH KHẢO SÁT CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TRÊN HỆ CON NÊM NGƯỢC  LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT  CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA MÃ. ]'-63$S$6<$'*E$$3T*B'f; o 'E€$BC$D*-T*B'f; Chương 1 - TỔNG QUAN ;; Mô tả hệ thống cái nêm ngược và mục tiêu điều khiển 8$'<#(#/0!"S$'8$'<#='&'PV#3(#/0.$%#=2'5!/_ q/0<9'$%(S$$%i