XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN NHÚNG TUYẾN TÍNH HOÁ VÀO RA CHO HỆ XE CON LẮC NGƯỢC

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/311559105 Input-output linearization for Cart and Pole system Thesis ã April 2011 DOI: 10.13140/RG.2.2.27132.33924 CITATIONS READS 69 1 author: Hai Van Dong Nguyen University of Technical Education Ho Chi Minh 25 PUBLICATIONS 2 CITATIONS SEE PROFILE Some of the authors of this publication are also working on these related projects: Hybrid Control Strategies for Jumping Robots View project Building a humanoid robot (INMOOV type) for Ho Chi Minh city Unversity of Technology and Education View project All content following this page was uploaded by Hai Van Dong Nguyen on 10 December 2016 The user has requested enhancement of the downloaded file I HC QUC GIA TP.HCM TRNG I HC BCH KHOA _o0o _ LUN N THC S NGUYN VN ễNG HI TI XY DNG B IU KHIN NHNG TUYN TNH HO VO RA CHO H XE CON LC NGC CHUYấN NGNH: T NG HểA MSHV:09150035 Tp H Chớ Minh, ngy 25 thỏng 06 nm 2011 Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha LUN VN C HON THNH TI TRNG I HC BCH KHOA I HC QUC GIA TP.H CH MINH Cỏn b hng dn : (ghi rừ h tờn, hc hm, hc v v ch ký) Cỏn b chm nhn xột 1: (ghi rừ h tờn, hc hm, hc v v ch ký) Cỏn b chm nhn xột 2: (ghi rừ h tờn, hc hm, hc v v ch ký) Lun Thc S ủc bo v ti HI NG CHM BO V LUN VN THC S TRNG I HC BCH KHOA, ngy .thỏng nm 2011 -02- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha I HC QUC GIA TP HCM CNG HO X HI CH NGHI VIT NAM TRNG I HC BCH KHOA c Lp - T Do - Hnh Phỳc -oOo Tp HCM, ngy thỏng nm 2011 NHIM V LUN VN THC S H v tờn hc viờn: NGUYN VN ễNG HI Ngy, thỏng, nm sinh : 01-01-1986 Chuyờn ngnh : IU KHIN T NG Khoỏ (Nm trỳng tuyn) : 2009 Gii tớnh : Nam Ni sinh : SểC TRNG 1- TấN TI: XY DNG B IU KHIN NHNG TUYN TNH HO VO RA H XE CON LC NGC 2- NHIM V LUN VN: Xõy dng phn c khớ v ủin t mụ hỡnh xe lc ngc Xõy dng b ủiu khin thi gian thc trờn DSP ủ dng ngc v gi cõn bng lc 3- NGY GIAO NHIM V : 4- NGY HON THNH NHIM V : 5- H V TấN CN B HNG DN (Ghi ủy ủ hc hm, hc v ): Ni dung v ủ cng Lun Thc S ủó ủc Hi ng Chuyờn Ngnh thụng qua CN B HNG DN (H tờn v ch ký) CH NHIM B MễN QUN Lí CHUYấN NGNH (H tờn v ch ký) -03- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Li cm n Trc tiờn, tụi xin chõn thnh cm n Thy Dng Hoi Ngha, ngi ủó tn tỡnh hng dn v truyn ủt kin thc giỳp tụi hon thnh lun ỏn ny V quan trng hn ht, thy l ngi ủó gi m cho tỏc gi mt hng nghiờn cu m tụi cm thy quan tõm v mong mun theo ủui Bờn cnh ủú tụi xin chõn thnh cm n ủn quý thy cụ b mụn iu Khin T ng: thy Hunh Thỏi Hong, thy Nguyn c Thnh, thy Nguyn Vnh Ho, thy Nguyn Thin Thnh .ủó ủnh hng v h tr mt s phn quan trng cho vic hc tp, nghiờn cu v phỏt trin ủ ti Tụi cng xin chõn thnh cm n thy Phan Vinh Hiu ủó ch dn, h tr tụi rt nhiu v kin thc, kinh nghim Ngoi ra, bn Quc Hựng, anh ng Nguyờn, bn Minh Hựng, bn Hunh Bo v cỏc bn cao hc khúa 2009 ủó ủng viờn giỳp ủ tụi sut khúa hc Cui cựng, tụi xin chõn thnh cm n s quan tõm, h tr, to ủiu kin v ủng viờn v vt cht ln tinh thn ca cỏc thnh viờn gia ủỡnh, ủc bit l m tụi sut thi gian qua Tp.HCM, ngy.thỏng nm 2011 Tỏc gi NGUYN VN ễNG HI -04- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha NHN XẫT CA CN B HNG DN Cỏn b hng dn : PGS.TS DNG HOI NGHA H v tờn hc viờn : NGUYN VN ễNG HI Tờn ủ ti Khúa : 2009 : XY DNG B IU KHIN NHNG TUYN TNH HO VO RA CHO H XE CON LC NGC Nhn xột : ỏnh giỏ : Tp.HCM, ngy thỏng nm Cỏn b hng dn (Ký tờn, ghi rừ h tờn) -05- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha NHN XẫT CA CN B PHN BIN Cỏn b phn bin : H v tờn hc viờn : NGUYN VN ễNG HI Tờn ủ ti Khúa : 2009 : XY DNG B IU KHIN NHNG TUYN TNH HO VO RA CHO H XE CON LC NGC Nhn xột : ỏnh giỏ : Tp.HCM, ngy thỏng nm 2011 Cỏn b phn bin (Ký tờn, ghi rừ h tờn) -06- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha NHN XẫT CA CN B PHN BIN Cỏn b phn bin : H v tờn hc viờn : NGUYN VN ễNG HI Tờn ủ ti Khúa : 2009 : XY DNG B IU KHIN NHNG TUYN TNH HO VO RA CHO H XE CON LC NGC Nhn xột : ỏnh giỏ : Tp.HCM, ngy thỏng nm 2011 Cỏn b phn bin (Ký tờn, ghi rừ h tờn) -07- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Mc lc trang mc CHNG I: Tng quan 11 1.1 1.2 1.2.1 1.2.2 t ủ 11 Tng quan. 11 Xõy dng mụ hỡnh - thut toỏn ủiu khin .11 Túm tt ni dung cỏc chng.13 CHNG II: Nhim v lun vn15 CHNG III: Gii thiu mụ hỡnh16 3.1 Phn c khớ16 3.2 Phn mch ủin18 3.2.1 Phn ủiu khin 18 3.2.2 Phn cụng sut19 3.3 Phn chng trỡnh 19 CHNG IV: Mụ hỡnh hoỏ v c lng tham s20 4.1 Mụ hỡnh hoỏ h thng lc ngc 20 4.2 Mụ hỡnh toỏn hc ca h thng lc ngc.26 4.3 c lng cỏc thụng s cũn thiu ca h thng .27 CHNG V: Thit k b ủiu khin 31 5.1 Gii thiu 31 5.2 iu khin cõn bng.33 5.2.1 Tuyn tớnh hoỏ vo h phi tuyn.33 -08- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha 5.2.1.1 Lý thuyt tng quỏt.33 5.2.1.2 ng dng cho mụ hỡnh xe lc ngc 34 5.2.2 Thit k b ủiu khin LQR..38 5.2.3 iu khin LQR ri rc.39 5.2.4 Tinh ủiu khin ủc.40 5.3 iu khin Swing-up41 CHNG VI: Mụ phng hot ủng ủiu khin. 43 6.1 Xõy dng chng trỡnh mụ phng b ủiu khin trờn Simulink.43 6.2 iu khin xe v v trớ 45 6.2.1 Khi thay ủi thụng s tuyn tớnh hoỏ 45 6.2.1.1 Khi bienso1=2; bienso2=1 46 6.2.1.2 Khi bienso1=3; bienso2=1(chun) 48 6.2.1.3 Khi bienso1=5; bienso2=1 51 6.2.1.4 Nhn xột 53 6.2.2 Khi thay ủi thụng s ủiu khin 53 6.2.2.1 Khi R=0.1(chun) 54 6.2.2.2 Khi R=100 56 6.2.2.3 Khi R=0.001 59 6.2.2.4 Nhn xột.61 CHNG VII: ỏp ng thc t ủiu khin 62 7.1 Xõy dng chng trỡnh ủiu khin trờn Simulink .62 7.2 ỏp ng ngừ thc t.65 7.2.1 Vi thụng s chun 65 7.2.2 Khi thay ủi thụng s tuyn tớnh hoỏ67 7.2.2.1 Khi tng bienso1.67 7.2.2.2 Khi gim bienso170 7.2.3 Khi thay ủi thụng s ủiu khin 72 -09- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Hỡnh 7.7: Vn tc xe bienso1=7(tng) 2500 mu (25s) Hỡnh 7.8: Gúc lc bienso1=7(tng) 2500 mu (25s) -069- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Hỡnh 7.9: Vn tc gúc lc bienso1=7(tng) 2500 mu (25s) Hỡnh 7.10: ủin ỏp ủiu khin bienso1=7(tng) 2500 mu(25s) -070- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha 7.2.2.2 Khi gim bienso1 so vi thụng s chun: chn bienso1 mi l 2(so vi ban ủu l 1): Hỡnh 7.11:V trớ xe bienso1=2(gim) 1800 mu(18s) Hỡnh 7.12: Vn tc xe bienso1=2(gim) 1800 mu(18s) -071- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Hỡnh 7.13: Gúc lc bienso1=2(gim) 1800 mu (18s) Hỡnh 7.14: Vn tc gúc lc kh bienso1=2(gim) 1800 mu (18s) -072- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Hỡnh 7.15: ủin ỏp ủiu khin bienso1=2(gim) 1800 mu(18s) 7.2.3 Khi thay ủi thụng s ủiu khin: 7.2.3.1 Khi tng R: chn R=0.5(ln gp ln so vi R chun) -073- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Hỡnh 7.16: V trớ xe 1800 mu(18s) ma trn R=0.5(tng) Hỡnh 7.17: Vn tc xe 1800 mu(18s) ma trn R=0.5(tng) -074- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Hỡnh 7.18: Gúc lc 1800 mu(18s) R=0.5(tng) Hỡnh 7.19: Vn tc gúc lc (degree/s) 1800 mu (18s) R=0.5(tng) -075- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Hỡnh 7.20: in ỏp ủiu khin 1800 mu(18s) R=0.5(tng) 7.2.3.2 Khi gim R:chn R=0.01(nh hn 10 ln so vi R chun) -076- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Hỡnh 7.21: V trớ xe 700 mu (7s) ma trn R=0.01(gim) Hỡnh 7.22: Vn tc xe 700 mu(7s) ma trn R=0.01(gim) -077- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Hỡnh 7.23: Gúc lc 700 mu(7s) ma trn R=0.01(gim) Hỡnh 7.24: Vn tc gúc lc 700 mu(7s) ma trn R=0.01(gim) -078- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Hỡnh 7.25: in ỏp ủiu khin 700 mu(7s) ma trn R=0.01(gim) 7.3 Nhn xột: Khi tng bienso1 so vi bienso2 thỡ xe bt dao ủng hn Tuy nhiờn, h thng s kộm cõn bng hn Khi gim bienso1 so vi bienso2 thi xe s dao ủng nhiu hn Trong chng mc gim no ủú thỡ xe s n ủnh hn Tuy nhiờn, mụ hỡnh ngang ca ta b gii hn nờn nu xe dao ủng vt quỏ gii hn thỡ ta cú th xem nh h khụng n ủnh ủc Tng t, vic gim R khin vic ủiu khin khú khn ch xe chy ờm nhng v trớ xe, gúc lc ko ủc ủm bo m b dao ủng nhiu(tuy rng chm) Vic tng R lm mụ hỡnh rung khụng n ủnh -079- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha CHNG VIII: TNG KT Qua vic mụ phng cng nh chy thc t mụ hỡnh thỡ ta nhn thy: Vic tuyn tớnh hoỏ vo-ra ủi vi h thng gi nguyờn cỏc ủc trng phi tuyn ca h thng Do ủú, khong n ủnh cõn bng ca h thng rng hn nhiu so vi ch ủn thun tuyn tớnh hoỏ h thng quanh ủim lm vic ri ủiu khin LQR Tuy nhiờn, vic chn thụng s s tr nờn phc hn vỡ khụng phi ủn thun ta chn ma trn R, Q cho phự hp na m ta phi tỡm thờm thụng s tuyn tớnh hoỏ bienso1, bienso2 ng thi, ma trn Q chn s mang tớnh th sai cao hn ú l vỡ ma trn Q bõy gi khụng mang trng s cỏc bin x1 , x2 , x3 , x4 na m mang trng s ca cỏc bin ; ; ; ú l nhng bin kt hp gia x1 , x3 H thng ủt ủ n ủnh khong rng Tuy nhiờn, s dng LQR, nu ủt ủc thụng s gn phự hp ti phự hp thỡ ta bit chc h thng s ủi v n ủnh Cũn phng phỏp tuyn tớnh hoỏ vo ri s dng LQR thỡ tr phi chn ủc thụng s rt tt ta mi ủm bo h thng ủng im ti ủim cõn bng Ngc li, h thng s dao ủng nh quanh ủim cõn bng Vic tớnh toỏn gii thut tuyn tớnh hoỏ vo-ra l nng n nờn phc hn so vi cỏc gii thut LQR hay ủt cc Tuy nhiờn, tc ủ tớnh toỏn nhanh vi du chm ủng ca DSP ủó giỳp ta khụng lo lng nhiu v vic ny Hng m rng ủ ti: Phn cng: xõy dng lc ủụi (con lc ủó cho s ủc gn thờm lc t na) Phn ủiu khin: Thc hin vic ủiu khin lc gi thng bng thi ray nm nghiờng, nghiờn cu gii thut ủiu khin swing-up cho phự hp hn S dng cỏc phng phỏp nhn dng bng neuron ủ nhn dng cỏc hm f, g ca h thng -080- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha phi tuyn T ủú, ta s cú nn ủ thc hin vic tuyn tớnh hoỏ vo-ra v ủiu khin cho nhng h phc hn -081- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha TI LIU THAM KHO Sỏch tham kho chớnh: [1] iu khin h thng bin tỏc gi Dng Hoi Ngha Sỏch tham kho thờm [2] Lý thuyt ủiu khin phi tuyn tỏc gi Nguyn Doón Phc, Phan Xuõn Minh, Hỏn Thnh Trung [3] Lý thuyt ủiu khin t ủng- tỏc gi Nguyn Th Phng H, Hunh Thỏi Hong [4] iu khin m h lc ngc dựng vi ủiu khin LPC2148 lun tt nghip ca sinh viờn Thỏi Ngc V [5] Xõy dng b ủiu khin nhỳng cho h lc ngc quay lun tt nghip ca hc viờn cao hc Phan Vinh Hiu Bi bỏo khoa hc ng dng chớnh lun vn: [6] Cesar Aguilar, Dr RnHirschorn- Approximate Feedback Linearization and Sliding Mode Control for the Single Inverted Pendulum 2002 [7] Balance Control of a Car pole Inverted Pendulum System nhúm tỏc gi Trung Quc(gi kốm theo CD) Bi bỏo khoa hc tham kho thờm: [8] Alan Bradshaw ans Jindi Shao Swing-up control of inverted pendulum systemsRobotica (1996) volume 14 Ppt 397-405-Cambridge University Press-1996 [9] Selcuk Kizir, Zafer Bingul, and Cuneyt Oysu-Fuzzy Control of Realtime Inverted Pendulum System [10] Nenad Muskinja, Boris Tovornik - Controlling of Real Inverted Pendulum by Fuzzy Logic Smetanova 17-2000 [11] Mojtaba Ahmadieh Khanesar- Sliding Mode Control of Rotary Inverted Pendulum Proceeding of the 16th Mediterranean Conference on Control &Autamation 2009 -082- Lun Vn Thc S Hc Viờn: Nguyn Vn ụng Hi GVHD : PGS.TS Dng Hoi Ngha Lí LCH TRCH NGANG H v tờn : NGUYN VN ễNG HI Ngy sinh : 01-01-1986 a ch liờn lc : Phỏi : Nam Ni sinh : SểC TRNG 291 Trn Hng o, khúm phng 3, thnh ph Súc Trng, tnh Súc Trng in thoi : 01644135849 QU TRèNH O TO 2001-2004: l hc sinh trng PTTH chuyờn Nguyn Th Minh Khai, tnh Súc Trng 2004-2009: l sinh viờn trng i Hc Bỏch Khoa TPHCM, chuyờn ngnh iu khin t ủng 2009-2011: l hc viờn cao hc trng i Hc Bỏch Khoa TPHCM, chuyờn ngnh iu khin t ủng QU TRèNH CễNG TC T 10-2010 ủn :Ging viờn Khoa in-in T - b mụn T ng iu Khin thuc trng i Hc S Phm K Thut TPHCM -083View publication stats