điều khiển cân bằng con lắc ngược sử dụng phương pháp đa thức

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA CÔNG NGHỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG CON LẮC NGƯỢC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐA THỨC CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN TS Nguyễn Chánh Nghiệm Nguyễn Vủ Linh (MSSV: 1117912) ThS Trần Nhựt Thanh Ngành: KTĐK&TĐH – Khoá: 37 Tháng 5/2015 NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Cán hướng dẫn: TS Nguyễn Chánh Nghiệm Nội dung: Cần Thơ, ngày …… tháng …… năm 20…… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN Cán phản biện: ThS Nguyễn Huỳnh Anh Duy Nội dung: Cần Thơ, ngày …… tháng …… năm 20…… CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN Cán phản biện: ThS Nguyễn Văn Khanh Nội dung: Cần Thơ, ngày …… tháng …… năm 20…… CÁN BỘ HỘI ĐỒNG PHẢN BIỆN LỜI CAM ĐOAN Phương pháp đa thức mở rộng vào không gian trạng thái để xây dựng điều khiển cho thấy khả đáp ứng xác, nhanh vọt lố.Vì để nghiên cứu sâu phương pháp này, chọn đề tài “Điều khiển cân lắc ngược sử dụng phương pháp đa thức” để làm luận văn tốt nghiệp cho Trong trình thực đề tài, nhiều thiếu sót kiến thức hạn chế nội dung trình bày báo cáo hiểu biết thành đạt hướng dẫn thầy Nguyễn Chánh Nghiệm thầy Trần Nhựt Thanh Tôi xin cam đoan số liệu đo đạc kết tính toán đề tài nghiên cứu thực chưa có công bố tương tự trước Sinh viên thực Nguyễn Vủ Linh i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình bậc đại học đề tài nghiên cứu này, cố gắng thân, nhận nhiều giúp đỡ Trước tiên, xin gởi lời thành kính đến với cha mẹ Người sinh nuôi dạy đến ngày trưởng thành Biết bao giọt mồ hôi, giọt nước mắt nhiều hy vọng đặt vào Và từ giờ, cha mẹ nhận thành mà cha mẹ xứng đáng có Những dòng chữ bắt đầu cho hứa hẹn đó! Xin gửi lời cảm ơn tới Thầy Nguyễn Văn Khanh – Cố vấn học tập lớp tất bạn lớp, hỗ trợ giúp đỡ trình học Đặc biệt gửi lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Chánh Nghiệm Thầy Trần Nhựt Thanh Cảm ơn hai Thầy suốt thời gian qua nhiệt tình dẫn rèn luyện cho em Sau hoàn thành đề tài này, kiến thức chuyên môn, em lĩnh hội nhiều kiến thức thực tế khác từ hai Thầy Xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến hội đồng phản biện Cảm ơn hội đồng điểm mạnh hạn chế gặp phải trình thực Đề tài Xin cảm ơn thầy Nguyễn Văn Khanh, anh Nguyễn Ngô Phong tất giúp đỡ suốt thời gian qua mà chưa nhắc đến đây, sơ xót hay dung lượng trình bày hạn chế Trân trọng Sinh viên thực ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC KÍ HIỆU .v DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG viii TÓM TẮT ix ABSTRACT ix CHƯƠNG TỔNG QUAN .1 1.1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI VÀ LỊCH SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ .1 1.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI 1.2.1 Mục tiêu đề tài 1.2.2 Phạm vi đề tài .2 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO .3 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu 1.3.2 Cấu trúc báo cáo CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CON LẮC NGƯỢC .4 2.1.1 Mô hình lắc ngược .4 2.1.2 Mô hình toán học lắc ngược 2.1.3 Mô hình lắc ngược MATLAB – Simulink 2.2 ĐA THỨC ĐẶC TRƯNG .8 2.3 MỞ RỘNG PHƯƠNG PHÁP ĐA THỨC VÀO KHÔNG GIAN TRẠNG THÁI 2.4 GIAO TIẾP DSP TMS320F28335 VÀ MATLAB – SIMULINK 10 CHƯƠNG 12 NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 12 iii 3.1 SƠ ĐỒ KHỐI TỔNG QUÁT 12 3.2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐA THỨC 13 3.2 XÂY DỰNG VÀ MÔ PHỎNG BỘ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐA THỨC TRÊN SIMULINK .16 3.3 THỰC NGHIỆM KIỂM TRA GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÔ HÌNH .20 3.3.1 Sơ đồ chương trình điều khiển 20 3.3.2 Chi tiết chương trình điều khiển .21 3.3.3 Kết thí nghiệm 34 CHƯƠNG 35 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 PHỤ LỤC A: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỆN 37 PHỤ LỤC B: PHẦN LẬP TRÌNH 42 PHỤ LỤC C: MÔ HÌNH THỰC TẾ 51 iv DANH MỤC KÍ HIỆU Kí hiệu Giải thích CDM Coefficient Diagram Method PD Proportional Derivative PID Proportional Integral Derivative LQR Linear Quadratic Regulator CCS Code Composer Studio PWM Pulse Width Modulation v DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Mô hình lắc ngược Hình 2.2 Sơ đồ phân tích lực .5 Hình 2.3 Mô hình momen tác dụng lên lắc Hình 2.4 Mô hình lắc ngược phi tuyến .7 Hình 2.5 Sơ đồ khối điều khiển hồi tiếp trạng thái Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng quát 12 Hình 3.2 Mô hình Simulink mô điều khiển hồi tiếp trạng thái 16 Hình 3.3: Khối Subsystem 17 Hình 3.4: Thiết đặt cấu hình mô 17 Hình 3.5 Đáp ứng vị trí xe với điều khiển .18 Hình 3.7: Đáp ứng điện áp điều khiển với điều khiển 19 Hình 3.9: Sơ đồ chương trình điều khiển 20 Hình 3.10: Sơ đồ chương trình 21 Hình 3.11: Khối nhận xung từ Encoder vị trí xe .21 Hình 3.12: Cấu hình Tab General module eEQP 22 Hình 3.13: Cấu hình Tab Position Counter module eEQP .23 Hình 3.14: Cấu hình Tab Signal data types module eEQP .23 Hình 3.15: Khối nhận xung từ Encoder đo góc lệch 24 Hình 3.17: Cấu hình Tab Position Counter module eEQP1 .25 Hình 3.18: Cấu hình Tab Signal data types module eEQP1 .26 Hình 3.19: Sơ đồ chương trình điều khiển 26 Hình 3.20: Khối cho phép gửi liệu lên máy tính 27 Hình 3.21: Cấu trúc bên khối gửi liệu lên máy tính 27 Hình 3.22: Khối chương trình 27 Hình 3.23: Cấu trúc bên khối chương trình 28 Hình 3.24: Khối tính toán giá trị xung từ Encoder 28 Hình 3.25: Cấu trúc bên khối tính toán giá trị xung từ Encoder .28 Hình 3.26: Khối chuyển đổi liệu feedback 29 Hình 3.27: Khối hiệu chỉnh giá trị điện áp 30 Hình 3.28: Khối cho phép gửi xung PWM .30 Hình 3.29: Khối hiệu chỉnh liệu 31 Hình 3.30: Khối hiệu chỉnh liệu số có dấu 31 Hình 3.31: Khối Poly Controller .32 Hình 3.32: Khối nhận xung PWM 32 vi PHỤ LỤC A: TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỆN Sơ đồ kết nối mạch điện Giao tiếp máy tính (RS232) Encoder xác định vị trí xe Board điều khiển trung tâm Mạch chuyển mức logic Encoder xác Mạch công suất điều khiển động Động định góc lệch Nguồn cấp24V Nguồn cấp 12V Hình A.1: Sơ đồ khối kết nối mạch điện Phần mạch điện điều khiển [3] luận văn kết nối Hình A.1 board có nhiệm vụ cụ thể sau:  Board điều khiển trung tâm có nhiệm vụ nhận xung encoder chuyển đổi, thực phép chuyển đổi tương ứng để xác định vị trí xe góc lệch lắc Sau đưa vào điều khiển để xác định điện áp điều khiển phù hợp  Mạch chuyển mức logic có nhiệm vụ nhận xung từ hai encoder, chuyển sang mức điện áp phù hợp để đưa vào board điều khiển trung tâm  Board điều khiển công suất động có nhiệm vụ nhận tín hiệu điều khiển PWM từ board điều khiển trung tâm, hướng chuyển động để tạo giá trị điện áp tương ứng cấp cho động 37 Mạch điều khiển trung tâm Mạch điểu khiển trung tâm (Hình A.2) sử dụng Docking TMS320F28335 tích hợp sẵn dòng vi điều khiển DSP tương ứng Trong đề tài luận văn, dây tín hiệu A, B encoder vị trí kết nối vào GPIO 20, 21; dây tín hiệu A, B encoder góc lệch kết nối vào GPIO 24, 25 Sau thực phép tính toán, điều khiển xuất tín hiệu PWM hướng thông qua GPIO GPIO 10 sang board công suất điều khiển động Hình A.2: Mạch điều khiển trung tâm [9]  USB Docking Station USB Docking Station board mạch chủ có khả tương thích với dạng khác dòng F28xx Control Card hang TI Thông qua việc kết nối Docking Station (Hình A.3) Control Card (Hình A.4), tất chức vi điều khiển TMS320F28335 (Hình A.5) truy cập cách dễ dàng Đồng thời, hai phía rảnh kết nối DIMM100 có hỗ trợ rảnh để thuận tiện cho việc mở rộng kết nối board Các đặc tính quan trọng Docking Station gồm:  Hỗ trợ kết nối USB  Hỗ trợ sử dụng nguồn 5V từ kết nối USB nguồn 5V 38  Các khu vực nguồn 5V, 3.3V  Tất headers pin kết nối dẫn rõ rang Hình A.3: USB Docking Station [9]  F28335 Delfino Family Control Card Control Card Card dạng plug in có khả kết nối nhanh chóng với Docking Station mà không cần phải cấu hình F28335 Control Card hỗ trợ việc truy cập tất chức vi điều khiển TMS320F28335 cách dễ dàng, xác, đáng tin cậy thông qua việc loại bỏ tín hiệu nhiễu từ môi trường Hình A.4: F28335 Delfino Family Control Card [9] Các đặc tính quan trọng Control Card:  Kích thước nhỏ 90 mm x 25 mm  Hoạt động mức điện áp 5V  Hỗ trợ lộc nhiễu port ADC  Hỗ trợ giao tiếp R232 39  Vi điều khiển TMS320F28335: TMS320F28335 thuộc dòng vi điều khiển 32 bits C2000 hang TI Vi điều khiển sử dụng chủ yếu ứng dụng thời gian thực thông qua khả tính toán tối ưu hóa giúp nâng cao độ xác, độ tin cậy hệ thống Hình A.5: Vi điều khiển TMS320F28335 [9] Các đặc tính kỹ thuật vi điều khiển TMS320F28335:  Tần số hoạt động tối đa 150MHz  Nguồn 1.9V/1.8V cho vi xử lí, 3.3V cho I/O  32 bit CPU có tốc độ xử lý nhanh  kênh DMA Controller phục vụ cho ADC, McBSP, ePWM, XINTF, SARAM  256K x 16 Flash nhớ RAM liệu  34K x 16 SARAM  8K x 16 nhớ ROM liệu không mất nguồn  128 bit mã bảo vệ nhớ liệu  18 đầu PWM  đầu vào encoder  Timer 32 bit  Timer 16 bit  CAN Module  UART Module  McBSP Module  Mức dòng cho chân I/O mA  16 kênh ADC 12 bit 40 Mạch chuyển mức logic Mạch chuyển mức logic (Hình A.6) sử dụng cầu chia điện với yêu cầu chuyển mức điện áp ngõ encoder 6V thành 3V để chuyển xung nhận đưa vào board điều khiển trung tâm, giá trị điện trở sử dụng cho cầu chia điện 3.3K Ohm Hình A.6: Mạch chuyển mức logic Mạch công suất điều khiển động Mạch công suất điều khiển động (Hình A.7) sử dụng opto xung 6N137 IC LMD18200T Trong luận văn này, sau nhận tín hiệu từ hai GPIO GPIO 10 kết nối tương ứng vào cổng PWM DIR, board tạo điện áp tương ứng để điều khiển động Hình A.7: Mạch công suất điều khiển động 41 PHỤ LỤC B: PHẦN LẬP TRÌNH Chương trình mô lập trình MATLAB R2013a [3] Simulink công cụ MATLAB dùng để mô hình, mô phân tích hệ thống với môi trường giao diện sử dụng đồ họa Việc xây dựng mô hình đơn giản hóa hoạt động nhấp chuột kéo thả Simulink bao gồm thư viện công cụ đảm bảo cho việc phân hệ tuyến tính phi tuyến Simulink phần quan trọng MATLAB chuyển đổi dễ dàng qua lại trình lập trình  Khởi động Simulink Để làm việc với Simulink, trước hết ta phải khởi động MATLAB Từ cửa sổ làm việc MATLAB ta cần nhấn vào biểu tượng Simulink hay cửa sổ Command Window để khởi động chương trình Hình B.1: Khởi động Simulink Sau khởi động chương trình Simulink, ta có giao diện sau: Hình B.2: Giao diện Simulink 42 Hình B.2 giao diện Simulink, Simulink phân biệt hai loại khối chức năng: khối ảo khối thực Các khối thực đóng vai trò định chạy mô Simulink Việc thêm hay bớt khối thực thay đổi đặc tính động học hệ thống mà Simulink mô tả Ngược lại, khối ảo có nhiệm vụ thay đổi diện mạo mô hình Simulink khối Mux hay Demux,…  Các thao tác với Simulink:  Tạo mới: từ cửa sổ thư viện (Library) hay từ cửa sổ truy cập thư viện (Library Browser) ta tạo cửa sổ mô cách theo menu File/New/Model  Sao chép: cách “Drap and Drop” chuột phải chép khối từ thư viện  Di chuyển: ta di chuyển khối đường nối phạm vi cửa sổ làm việc phím chuột trái  Xóa: xóa khối đường nối đánh dấu cách ấn phím delete theo menu Edit/Clear  Nối hai khối: dùng phím chuột trái nháy vào đầu khối, sau di chuyển mũi tên chuột đến điểm cần nối Sau thả ngón tay khỏi chuột, đường nối tự động tạo  Định dạng cho khối: sau nháy phím chuột phải vào khối, cửa sổ định dạng khối tạo Tại cửa sổ Format ta lựa chọn kiểu kích cở chữ, lật hay xoay khối Hai mục Foreground Color Background cho phép ta đặt màu đường viền màu khối  Tín hiệu loại liệu Làm việc với tín hiệu Trong Simulink phân loại ba kiểu kích cở liệu:  Tín hiệu đơn  Vector tín hiệu: gọi tín hiệu 1-D, kích cỡ tín hiệu xác định theo chiều với độ dài n  Ma trận tín hiệu: gọi tín hiệu 2-D, kích cỡ tín hiệu xác định theo hai chiều [m x n] 43 Làm việc với loại liệu Mỗi tín hiệu thuộc sơ đồ cấu trúc Simulink gán cho kiểu liệu Simulink hỗ trợ kiểu liệu sau:  Double: xác cao, dấu phẩy động  Single: xác vừa, dấu phẩy động  Int8, uint8, int16, uint16, int32, uint32: số nguyên 8, 16, 32 bit có dấu không dấu  Boolean: biến logic Loại liệu mặc định sẵn Simulink double Khả khai báo, xác định số liệu tín hiệu tham số thuộc khối chức Simulink có ý nghĩa đặc biệt quan trọng ứng dụng chạy thời gian thực nhu cầu nhớ khả tính toán ảnh hưởng đến đáp ứng hệ thống  Khai báo tham số cho mô build code Trước tiến hành mô phỏng, ta phải tiến hành khai báo tham số thông qua hộp thoại Configuration Parameters Tại tất tham số có mang giá trị mặc định sẵn, ta chỉnh lại số tham số tùy thuộc vào đặc tính hệ thống mô Hình B.3: Giao diện cửa sổ Configuration Parameters Hộp thoại Configuration Parameter (Hình B.3) bao gồm Tab, phạm vi đề tài hiệu chỉnh thông số tab Solver 44 Tại tab Solver ta chỉnh định thông số như:  Thời điểm bắt đầu kết thúc mô  Thuật toán để giải phương trình vi phân  Giám sát sai số Sau chỉnh định thông số mô phỏng, ta tiến hành việc mô thông qua công cụ giao diện (Hình B.4) Hình B.4: Phím Run Để build code nạp vào phần cứng, ta cấu hình tab Code Generation/Coder Target Hình B.5 Hình B.6: Hình B.5: Cấu hình tab Coder Target 45 Hình B.6: Chọn phần cứng tương ứng Chương trình biên dịch Code Composer Studio Version 2.1 Tổng quan CCSv5 CCSv5 môi trường tích hợp TI xây dựng nhằm hỗ trợ người lập trình việc tiếp cận phát triển ứng dụng có liên quan đến sản phẩm TI CCSv5 bao gồm công cụ hoàn chỉnh dùng để phát triển chỉnh sửa hệ thống nhúng là:  Trình biên dịch cho thiết bị TI  Trình soạn thảo code  Môi trường xây dụng dự án, debug hệ điều hành thời gian thực,… Code Composer Studio xây dựng dựa tảng framework mã nguồn mở Eclipse CCS kết hợp ưu điểm tảng Eclipse với khả debug phát triển riêng biệt TI nhằm tạo nhiều thuận lợi cho người lập trình phát triển ứng dụng nhúng IDE có giao diện thân thiện với người dùng thông qua hệ thống công cụ quen thuộc giúp người lập trình nhanh chóng thích nghi 46 Hình B.7: Giao diện CCSv5 2.2 Một số đặc tính CCSv5  Resource Explorer: hỗ trợ người dùng thực cách nhanh chóng tác vụ quen thuộc tạo project mới, truy cập đến ví dụ ứng dụng từ phần mềm hỗ trợ kèm Control Suite  Complier: CCS bao gồm trình biên dịch C/C++ tương thích cho thiết bị nhúng hang TI Trong đó, complier cho dòng vi điều khiển thời gian thực C2000 hang phát triển cách mạnh mẽ với cách tính giảm thiểu kích thước file biên dịch nhằm hỗ trợ người lập trình việc phát triển ứng dụng lớn liên quan đến thời gian thực  System Analyzer: công cụ phát triển nhằm cung cấp kiểm soát cách thực thi đoạn mã code ứng dụng thời gian thực Đồng thời, System Analyzer cho phép thu thập thông tin đưa đánh giá thiết bị phần mềm phần cứng tương ứng  Image Analyzer: CCS hỗ trợ người lập trình xem liệu, biến, hình ảnh đoạn video định dạng tốt  Scripting: Trong số ứng dụng có số tác vụ cần kiểm tra liên tục khoảng thời gian dài mà tương tác người dùng Để thực tác vụ thế, CCS cho phép việc tự động thực liên tục đoạn mã để đưa đánh giá xác 47 Trong phạm vi đề tài, CCS đóng vai trò trung gian phần lập trình Simulink board điều khiển TMS320F28335 CCS có nhiệm vụ load đoạn mã tạo cấu trúc Simulink kết nối với board điều khiển để thực đoạn code 2.3 Phương pháp kết nối CCSv5 với TMS320F28335 Để CCS giao tiếp với board TMS320F28335 ta cần thực bước co sau:  Truy cập Tab Target Configuration: từ cửa sổ giao diện chính, chọn menu View/Target Configuration Hình B.8: Hình B.8: Cửa sổ Target Configuration  Tạo file target configuration: từ cửa sổ target configuration chọn User Defined/New Target Configuration Hình B.9: Hình B.9: Cửa sổ tạo file Target Configuration 48  Cấu hình file target configuration: sau tạo file target configuration nháy kép vào file ta cửa sổ cấu Hình B.10 lựa chọn kết nối dạng board điều khiển Hình B.10: Cửa sổ cấu hình file Target Configuration  Kết nối với kit điều khiển: sau cấu hình file xong, từ cửa sổ Target Configuration, chọn User Defined/Launch Selected Configuration Hình B.11, ta cửa sổ Hình B.12 Từ cửa sổ Debug, ta chọn kết nối tiến hành Connet vào board điều khiển 49 Hình B.11: Cửa sổ thực thi file Target Configuration Hình B.12: Cửa sổ kết nối CCSv5 với board điều khiển  Load chương trình từ Simulink: Sauk hi kết nối thành công với board điều khiển, ta tiến hành load file chứa đoạn mã code tạo từ cấu hình Simulink thông qua công cụ Run/Program  Thực thi chương trình: từ công cụ debug, ta nhấn biểu tượng play để tiến hành thực thi đoạn mã chương trình nạp 50 PHỤ LỤC C: MÔ HÌNH THỰC TẾ Hình C.1: Mô hình lắc ngược thực tế Bảng C.1: Các thông số hệ thống lắc ngược [8]: Chiều dài hành trình chiều chuyển động 700 mm Chiều dài lắc 270 mm Khối lượng xe 1.2 kg Khối lượng lắc 0.1 kg Bán kính puly 27.5 mm Tỷ số truyền đai 1:1 Động 24 VDC; 0.24A; 60W; 3500 rpm Encoder 2048 xung; 12VDC; 40 mA 51 [...]... Từ những nguyên nhân trên tôi quyết định chọn đề tài: “ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG CON LẮC NGƯỢC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐA THỨC” nhằm nghiên cứu kỹ hơn về phương pháp đa thức và áp dụng phương pháp này để thiết kế bộ điều khiển điều khiển một hệ thống cụ thể 1.2 MỤC TIÊU VÀ PHẠM VI ĐỀ TÀI 1.2.1 Mục tiêu đề tài  Xây dựng bộ điều khiển sử dụng phương pháp đa thức trên Simulink, kiểm nghiệm giải thuật với mô hình... SỬ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Việc mở rộng áp dụng phương pháp đa thức vào thiết kế hệ thống điều khiển trong không gian trạng thái còn rất mới nhưng đã cho thấy sự thành công trong việc kết hợp phương pháp đa thức và phương pháp thiết kế bộ điều khiển trong không gian trạng thái lại với nhau để tạo nên bộ điều khiển điều khiển tốt một hệ thống phức tạp như hệ con lắc ngược hai bậc Với việc sử dụng phương pháp. .. thông số của hệ thống con lắc ngược .51 viii TÓM TẮT Điều khiển cân bằng con lắc ngược là đề tài phổ biến trong lĩnh vực điều khiển Tuy nhiên đa số các phương pháp đề xuất thường cho đáp ứng có vọt lố Một phương pháp khá mới được áp dụng vào không gian trạng thái để cho đáp ứng không có vọt lố đó là phương pháp đa thức Vì vậy luận văn đề xuất thiết kế bộ điều khiển cho hệ con lắc ngược một bậc tự do... Xây dựng chương trình điều khiển trên Simulink và nạp xuống board DSP TMS320F28335 để điều khiển mô hình con lắc ngược sẳn có 1.2.2 Phạm vi đề tài  Mô phỏng hệ thống bằng phần mềm MATLAB – Simulink  Điều khiển cân bằng con lắc ngược một bậc tại một vị trí xác định bằng phương pháp đa thức 2 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp tổng hợp tài liệu... Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về phương pháp đa thức và cách sử dụng phương pháp đa thức trong thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống con lắc ngược một bậc  Phương pháp thực nghiệm  Sử dụng công cụ MATLAB – Simulink làm công cụ xây dựng mô hình và mô phỏng hệ thống  Sử dụng kết hợp hai phần mềm MATLAB – Simulink và Code Composer Studio (CCS) để lập trình điều khiển hệ thống con lắc ngược 1.3.2 Cấu trúc bài... thống con lắc ngược thì việc tìm các thông số cho bộ điều khiển rất khó khăn do phương pháp đa thức sử dụng hàm truyền Để giải quyết vấn đề khó khăn trên, phương pháp đa thức được mở rộng vào không gian trạng thái để thiết kế bộ điều khiển có đáp ứng ngõ ra không có vọt lố Hệ thống con lắc ngược là một hệ thống phức tạp, không ổn định và có tính phi tuyến Việc điều khiển giữ con lắc cân bằng tại một... tài và phương pháp thực hiện luận văn  Chương 2, trình bày lý thuyết để xây dựng bộ điều khiển trong không gian trạng thái dung phương pháp đa thức  Chương 3, trình bày thiết kế bộ điều khiển dùng phương pháp đa thức, xây dựng và mô phỏng hệ thống con lắc ngược trên Simulink và thực nghiệm đưa giải thuật điều khiển vào mô hình thực tế 3 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH CON LẮC NGƯỢC... cách từ tâm con lắc đến điểm gốc (m) M: khối lượng xe (kg) m: khối lượng con lắc (kg) I: momen quán tính của con lắc (kg.m2) 𝜃: góc lệch giữa con lắc ngược và phương thẳng đứng (rad) u: là lực tác động (N) Để có thể xây dựng bộ điều khiển hồi tiếp trạng thái bằng phương pháp đa thức cho hệ thống, ta phải tiến hành tuyến tính hóa hệ phương trình (3.1) Giả sử góc ∅ rất nhỏ là góc lệch khi con lắc gần đạt... và giữ con lắc luôn thẳng đứng (luôn cân bằng) Hình 2.1 Mô hình con lắc ngược [3] Các thông số trong mô hình được mô tả trong Hình 2.1 gồm có: l: khoảng cách từ tâm con lắc đến điểm gốc (m) M: khối lượng xe (kg) m: khối lượng con lắc (kg) I: momen quán tính của con lắc (kg.m2) 𝜃: góc lệch giữa con lắc ngược và phương thẳng đứng (rad) F: lực tác động vào xe (N) 2.1.2 Mô hình toán học của con lắc ngược. .. con lắc ngược mô phỏng với bộ điều khiển hồi tiếp trạng thái trên Simulink dùng các khối liên tục Để xây dựng bộ điều khiển nạp cho vi điều khiển TMS320F28335 cần sử dụng các khối rời rạc 19 3.3 THỰC NGHIỆM KIỂM TRA GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRÊN MÔ HÌNH 3.3.1 Sơ đồ chương trình điều khiển [3] Khối nhận xung Encoder BỘ ĐIỀU KHIỂN Khối tính toán xung Encoder thành vị trí và góc lệch Khối chuyển đổi Bộ điều ... kế điều khiển điều khiển hệ thống cho đáp ứng vọt lố Từ nguyên nhân định chọn đề tài: “ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG CON LẮC NGƯỢC SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐA THỨC” nhằm nghiên cứu kỹ phương pháp đa thức áp dụng. .. định phương pháp đa thức 1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ CẤU TRÚC BÀI BÁO CÁO 1.3.1 Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp tổng hợp tài liệu Nghiên cứu sở lý thuyết phương pháp đa thức cách sử dụng phương. .. pháp thiết kế điều khiển không gian trạng thái lại với để tạo nên điều khiển điều khiển tốt hệ thống phức tạp hệ lắc ngược hai bậc Với việc sử dụng phương pháp đa thức thiết kế điều khiển cho đáp