Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ ball plate

Giới thiệu mô hình toán hệ ball plate. Điều khiển bám quỹ đạo hệ ball palte. Xây dựng thực nghiệm hệ ball plate. Kết quả xử lý ảnh và thực nghiệm bộ điều khiển bám quỹ đạo. Giới thiệu mô hình toán hệ ball plate. Điều khiển bám quỹ đạo hệ ball palte. Xây dựng thực nghiệm hệ ball plate. Kết quả xử lý ảnh và thực nghiệm bộ điều khiển bám quỹ đạo.

TRẦN THIỆN DŨNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN THIỆN DŨNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA ĐIỀU KHIỂN BÁM QUỸ ĐẠO CHO HỆ BALL & PLATE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA 2015B Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN THIỆN DŨNG ĐIỀU KHIỂN BÁM QUỸ ĐẠO CHO HỆ BALL & PLATE Chuyên ngành: ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN DOÃN PHƯỚC TS NGUYỄN VĂN CHÍ HÀ NỘI – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tên là: Trần Thiện Dũng Học viên lớp cao học Điều khiển Tự động hóa 2015B – Trường đại học Bách khoa Hà Nội Xin cam đoan: Đề tài “Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate” thầy GS.TS Nguyễn Doãn Phước thầy TS Nguyễn Văn Chí hướng dẫn cơng trình riêng “Tôi cam đoan rằng, ngoại trừ kết tham khảo từ cơng trình khác ghi rõ luận văn, cơng việc trình bày luận văn tơi thực chưa có phần nội dung luận văn nộp để lấy cấp trường trường khác” Hà Nội, ngày 02 tháng 04 năm 2018 Học viên Trần Thiện Dũng I MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN I MỤC LỤC II DANH MỤC HÌNH ẢNH IV DANH MỤC BẢNG BIỂU VI PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Các báo liên quan đến đề tài Mục đích nghiên cứu .2 Nội dung nghiên cứu .3 Ý nghĩa khoa học thực tiễn .3 CHƯƠNG 1: MƠ HÌNH TỐN HỆ BALL & PLATE 1.1 Động học hệ B&P .5 1.2 Động lực học hệ B&P 1.3 Mơ hình tuyến tính B&P 15 1.4 Kết luận chương 17 CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỀN BÁM QUỸ ĐẠO HỆ BALL & PALTE .18 2.1 Cấu trúc điều khiển B&P 18 2.2 Thiết kế điều khiển LQR tích phân .19 2.2.1 Cơ sở lý thuyết 19 2.2.2 Áp dụng cho hệ B&P 22 2.3 Thiết kế điều khiển trượt .23 2.3.1 Cơ sở lý thuyết 23 2.3.2 Áp dụng cho hệ B&P 27 2.4 Kết mô 31 2.4.1 Mô điều khiển LQR tích phân 31 2.4.2 Mơ điều khiển trượt 34 2.5 Kết luận chương 38 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG THỰC NGHIỆM HỆ BALL & PLATE 39 II 3.1 Thiết kế, lắp ráp mơ hình Ball & Plate .39 3.1.1 Thiết kế mơ hình 39 3.1.2 Khớp các-đăng khớp cầu 40 3.1.3 Lắp ráp mơ hình Ball & Plate 40 3.2 Phương pháp xác định vị trí viên bi phẳng .41 3.3 Cấu trúc phần cứng điều khiển hệ thống B&P 42 3.3.1 Động servo 43 3.3.2 Bo mạch Arduino Uno .44 3.3.3 Camera .47 3.3.4 Máy tính .48 3.4 Thị giác máy ứng dụng 50 3.4.1 Hệ toạ độ camera .50 3.4.2 Các mơ hình phép chiếu 51 3.4.3 Mặt phẳng ảnh mảng pixel 52 3.4.4 Phân đoạn ảnh 53 3.4.5 Mơ tả vị trí 55 3.4.6 Mơ hình màu 56 3.4.7 Ứng dụng thị giác máy vào hệ Ball & Plate 58 3.5 Kết luận chương 61 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 62 4.1 Kết xử lý ảnh 62 4.2 Kết thực nghiệm điều khiển bám quỹ đạo 63 4.3 Kết luận chương 65 KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 III DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Các hệ tọa độ B&P Hình 1-2 Quan hệ góc quay động phẳng Hình 2-1 Cấu trúc điều khiển hai mạch vịng B&P 18 Hình 2-2 Hệ thống điều khiển phản hồi trạng thái 19 Hình 2-3 Sơ đồ mơ điều khiển LQR tích phân 23 Hình 2-4 Hiện tượng rung (chattering) .26 Hình 2-5 Giải pháp chống rung 26 Hình 2-6 Cấu trúc SMC kết hợp PI cho B&P theo phương X 31 Hình 2-7 Đáp ứng đầu điều khiển LQR tích phân .32 Hình 2-8 Tín hiệu điều khiển LQR tích phân .32 Hình 2-9 Đáp ứng đầu điều khiển LQR tích phân có nhiễu 33 Hình 2-10 Đáp ứng đầu với giá trị đặt thay đổi 33 Hình 2-11 Đáp ứng đầu điều khiển SMC 34 Hình 2-12 Tín hiệu điều khiển SMC 34 Hình 2-13 Quỹ đạo pha biến trượt z(t) với SMC 35 Hình 2-14 Quỹ đạo viên bi mặt phẳng XY với SMC 35 Hình 2-15 Đáp ứng đầu điều khiển SMC kết hợp PI 36 Hình 2-16 Tín hiệu điều khiển SMC kết hợp PI 36 Hình 2-17 Quỹ đạo pha biến trượt z(t) với SMC kết hợp PI 37 Hình 2-18 Quỹ đạo viên bi mặt phẳng XY với SMC kết hợp PI 37 Hình 2-19 Kết quan sát nhiễu d(t) 38 Hình 3-1: Mơ hình thiết kế B&P nhìn từ 39 Hình 3-2: Mơ hình thiết kế B&P nhìn từ phía .39 Hình 3-3: Khớp các-đăng khớp cầu 40 Hình 3-4: Mơ hình hệ thống Ball & Plate 40 Hình 3-5: Nguyên lý cảm ứng điện trở 41 Hình 3-6: Cấu trúc phần cứng hệ thống điều khiển .43 Hình 3-7: Động cơ servo MG995 43 IV Hình 3-8: Tín hiệu điều khiển động 44 Hình 3-9: Bo mạch Arduino Uno R3 45 Hình 3-10: Thuật tốn chương trình Arduino .46 Hình 3-11: Webcam sử dụng mơ hình 48 Hình 3-12: Hệ tọa độ camera .50 Hình 3-13: Mơ hình màu RGB 57 Hình 3-14: Mơ hình màu HSV .58 Hình 3-15: Thuật tốn xác định vị trí viên bi 59 Hình 3-16: Chương trình Simulink xác định vị trí viên bi 60 Hình 3-17: Khối phân đoạn ảnh 60 Hình 3-18: Khối định vị viên bi 60 Hình 4-1: Ảnh RGB chụp phẳng viên bi .62 Hình 4-2: Biểu diễn khơng gian màu H (hue) 62 Hình 4-3: Ảnh sau phân đoạn theo ngưỡng 63 Hình 4-4: Vị trí viên bi theo thời gian 63 Hình 4-5: Vị trí viên bi mặt phẳng X-Y .64 Hình 4-6: Quỹ đạo viên bi theo thời gian 64 Hình 4-7: Quỹ đạo viên bi mặt phẳng X-Y 65 V DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1-1: Các ký hiệu mơ hình Bảng 3-1: Thông số kỹ thuật Arduino Uno R3 45 VI Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, khoa học kỹ thuật đạt nhiều tiến lĩnh vực điều khiển tự động hóa Các hệ thống điều khiển áp dụng quy luật điều khiển truyền thống, điều khiển đại, điều khiển thông minh, điều khiển trí tuệ nhân tạo Kết thu hệ thống hoạt động với độ xác cao, tính ổn định bền vững, thời gian đáp ứng nhanh Có nhiều thuật toán điều khiển phát triển ứng dụng thành công nhiều lĩnh vực PID truyền thống, PID thích nghi, LFFC (Learing Feed –Forword contronl), LQG (Linear Quadratic Gaussan), điều khiển dự báo MPC, điều khiển trượt SMC, … Trong lĩnh vực Điều khiển & Tự động hóa, nhóm tốn điều khiển cho hệ thống cân quan tâm, Ball & Plate (B&P) ví dụ điển hình Nhiều phịng thí nghiệm trường Đại học giới trang bị hệ thống để nghiên cứu phát triển thử nghiệm thuật toán điều khiển phi tuyến đại Hệ thống gồm phẳng (Plate) thay đổi độ nghiêng Một viên bi (Ball) di chuyển tự Độ nghiêng phẳng điều chỉnh thông qua động chấp hành cho viên bi giữ vị trí lăn theo quỹ đạo định trước Một camera gắn phía trên, chụp ảnh 2D phẳng Vị trí viên bi xác định xác nhờ kỹ thuật xử lý ảnh, đưa tới điều khiển để điều chỉnh góc nghiêng phẳng cho viên bi lăn theo quỹ đạo định trước Do cấu tạo mà Ball & Plate chứa yếu tố phi tuyến gây nhiều khó khăn điều khiển Giải toán này, ta hồn tồn mở rộng cho ứng dụng thực tế như: ổn định hình ảnh cho Camera, hệ thống ổn định tàu biển, … Chính em chọn đề tài: "Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate" làm nội dung luận văn để ứng dụng kiến thức lý thuyết trang bị học tập trường vào toán điều khiển thực tế Trần Thiện Dũng ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate Các báo liên quan đến đề tài Hệ B&P xem phiên mở rộng hệ Ball & Beam (bóng thanh), thiết kế theo số cách khác [1] Tuy cấu tạo đơn gản, B&P lại hệ đa biến có tính phi tuyến điển hình Vì sử dụng nhiều phịng thí nghiệm để nghiên cứu, thử nghiệm thuật toán điều khiển [2] Một số phương pháp dựa điều khiển tuyến tính [3], [4] xấp xỉ mơ hình hệ B&P thành dạng tuyến tính, sau áp dụng thuật tốn điều khiển tuyến tính PID, phản hồi trạng thái gán điểm cực, tối ưu LQR, cho đáp ứng đầu tốt Tuy nhiên, việc xấp xỉ khơng tính đến yếu tố bất định: ma sát viên bi mặt phẳng, tượng backlash, tham số khơng xác, mà chất lượng điều khiển phương pháp không mong đợi Điều khiển phi tuyến cho phép nâng cao chất lượng khả bền vững với bất định dải rộng vận hành Trong [5], phương pháp điều khiển chiếu (backstepping) sử dụng, lựa chọn hàm Lyapunov phức tạp gây khó khăn cho việc thiết kế Trong [1], [2] sử dụng điều khiển trượt (Sliding Mode Control) nâng cao đáng kể khả bền vững với bất định Tuy nhiên lại gây tượng rung (chattering) hệ Cấu trúc điều khiển cho B&P thường gồm mạch vòng phản hồi [6] Trong mạch vòng điều khiển vị trí cho động DC Servo, mạch vịng ngồi điều khiển vị trí viên bi đĩa Đầu điều khiển vị trí viên bi góc nghiêng mặt phẳng, đưa tới làm lượng đặt cho mạch vòng trong, điều khiển động bám theo lượng đặt Tốc độ mạch vòng chọn cao mạch vịng ngồi, bỏ qua động học so với động học viên bi Mục đích nghiên cứu Đề tài có mục đích nghiên cứu, ứng dụng điều khiển nâng cao cho toán điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate Vị trí viên bi phẳng điều khiển để chuyển động theo quỹ đạo đặt trước phẳng, với xuất nhiễu bất định mơ hình hệ thống Thuật tốn sử dụng điều khiển LQR tích phân điều khiển trượt SMC Trần Thiện Dũng ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate Moment hàm định nghĩa ảnh cho phép thể nhiều khía cạnh khác hình dạng, kích thước đối tượng ảnh Moment i, j đối tượng thứ k định nghĩa sau: mij (k )   r ic j (r, c) (3.15) r ,c Trong đó, hàm thị định nghĩa: 1 i (r , c)  Nếu pixel (r,c) thuộc đối tượng thứ i (3.16) Nếu ngược lại T nh ngha ny, cú th thấy m00 đơn số điểm ảnh đối tượng Bậc moment định nghĩa tổng i + j Các moment bậc thích hợp để tính trọng tâm đối tượng: m10 (k )   r (r, c); r ,c m 01(k )   c.(r, c) (3.17) r ,c b) Trọng tâm Vị trí đối tượng hình ảnh điểm đặt trọng tâm (centroid) đối tượng Ta có trọng tâm đối tượng thứ i tính sau:      ri  ri r ,c r i (r , c )  (r , c )  r ,c i c.i (r , c) r ,c  (r , c) r ,c i  m10 (i ) m 00 (i ) m 01(i ) (3.18) m00 (i ) 3.4.6 Mơ hình màu Mơ hình màu (Color model) hay khơng gian màu (Color space) mơ tả hệ tọa độ màu sắc biểu diễn điểm hệ tọa độ [10] Trên thực tế, có nhiều không gian màu sử dụng với mục đích khác như: RGB, HSV, CMYK, … a) Mơ hình màu RGB: Trần Thiện Dũng 56 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate Ở mơ hình RGB, màu sắc tổ hợp thành phần màu chính: đỏ (R,Red), xanh (G, Green), xanh nước biển (B, Blue) Mơ hình dựa hệ tọa độ đề các, Hình 3-13 Các giá trị RGB nằm góc; màu đỏ thẫm (magenta), lục lam (cyan) màu vàng (yellow) nằm góc cịn lại; màu đen (black) nằm gốc màu trắng (white) nằm góc xa tính từ gốc tọa độ Màu sắc mơ hình vector điểm nằm bên hình lập phương Hình 3-13: Mơ hình màu RGB b) Mơ hình màu HSV: Mơ hình màu RGB thích hợp cho việc thực thi phần cứng Tuy nhiên, khơng phù hợp để mô tả cách cảm nhận màu sắc người Khi nhìn vào đối tượng màu, người mơ tả giá trị: màu sắc – hue (H), độ bão hòa – saturation (S) giá trị độ sáng – value (V) H mô tả màu tinh khiết, có giá trị thay đổi từ đến 1.0, tương ứng với màu khác từ đỏ  vàng  xanh  xanh da trời  đỏ tươi trở lại màu đỏ S thể mức độ bị pha loãng màu tinh khiết màu trắng; thay đổi từ đến 1.0, tương ứng từ chưa bão hịa đến bão hịa (khơng có thành phần trắng) Độ sáng V thay đổi từ đến 1.0, màu tương ứng ngày sáng Trần Thiện Dũng 57 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate Mơ hình HSV cho phép tách riêng thành phần mang thông tin màu (H, S) mà thành phần mang thông tin độ sáng (V), phù hợp cho thuật tốn xử lý ảnh dựa mơ tả màu sắc đối tượng Hình 3-14: Mơ hình màu HSV 3.4.7 Ứng dụng thị giác máy vào hệ Ball & Plate Từ hình ảnh webcam thu thập được, sử dụng đặc trưng màu sắc viên bi so với phẳng để phân đoạn, chia ảnh thành phần: phần thuộc viên bi, phần lại thuộc phẳng Trọng tâm viên bi sau tính toán, chuyển đổi tọa độ từ hệ quy chiếu ảnh sang hệ quy chiếu gắn với phẳng Dữ liệu vị trí viên bi phản hồi điều khiển qua mạng LAN/Ethernet, giao thức truyền tin UDP Thuật toán cài đặt, thực phần mềm Matlab/Simulink, tảng Toolbox: Computer Vision System Toolbox Image Acquisition Toolbox Yêu cầu đặt phải xác định xác vị trí viên bi mặt phẳng với thời gian thực thi phần mềm ngắn nhằm đảm bảo tính thời gian thực cho điều khiển Thuật tốn chương trình cho Hình 3-15 Trước tiên, hình ảnh từ webcam chụp phẳng thu thập dạng ảnh màu RGB Các giá trị RGB ảnh phụ thuộc nhiều vào cường độ chiếu sáng, gây khó khăn cho việc xác định ngưỡng để phân đoạn ảnh Vì vậy, khơng gian màu RGB chuyển đổi sang khơng gian HSV, tách riêng thông tin màu (H, S) với thông tin độ sáng (V) Trần Thiện Dũng 58 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate Chọn màu tương đối khác nhau: màu xanh cho phẳng, màu vàng cho viên bi Thông tin màu (H) sử dụng để phân đoạn ảnh theo ngưỡng Ở ngưỡng chọn theo khoảng, ví dụ điểm ảnh có giá trị màu nằm đoạn [z L , z H ] thuộc thuộc phẳng, nằm ngồi khoảng thuộc viên bi Hình 3-15: Thuật tốn xác định vị trí viên bi Sau phân đoạn ảnh, tiến hành kiểm tra số lượng pixel nằm đoạn [z L , z H ] để xác định xem viên bi có nằm phẳng hay không Gọi s số pixel đếm được; s L  s  s H có viên bi phẳng, với s L , s H số lượng điểm ảnh nhỏ lớn viên bi Ngược lại, s  s L chứng tỏ khơng có viên bi; cịn nếu: s  sL , có nhiều viên bi có vật thứ ba nằm hình Trong hai trường hợp sau, ta coi khơng có viên bi phẳng Trần Thiện Dũng 59 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate Nếu có viên bi, cơng thức (3.18) dùng để tính tốn trọng tâm viên bi, chuyển đổi sang hệ quy chiếu gắn với phẳng phản hồi điều khiển Nếu khơng có viên bi, tọa độ lần gần gửi tới điều khiển Các giá trị z L ; z H ; sL ; sH xác định từ thực nghiệm Chương trình Simulink xác định vị trí viên bi phẳng: Hình 3-16: Chương trình Simulink xác định vị trí viên bi Hình 3-17: Khối phân đoạn ảnh Hình 3-18: Khối định vị viên bi Trần Thiện Dũng 60 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate 3.5 Kết luận chương Chương thiết kế mơ hình phần cứng hệ B&P phần mềm Solidword, sau tiến hành lắp ráp chi tiết theo mơ hình thiết kế Chương trình bày phương pháp xác định vị trí viên bi phẳng ứng dụng thị giác máy Đây sở cho việc tiến hành kiểm nghiệm thuật toán điều khiển đề xuất mơ hình thực Trần Thiện Dũng 61 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 4.1 Kết xử lý ảnh Hình 4-1: Ảnh RGB chụp phẳng viên bi Hình 4-2: Biểu diễn không gian màu H (hue) Trần Thiện Dũng 62 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate Hình 4-3: Ảnh sau phân đoạn theo ngưỡng Nhận xét: Viên bi phân đoạn theo màu xác so với màu phẳng Kết thử nghiệm cho thấy thuật toán xử lý ảnh bền vững với điều kiện ánh sáng môi trường thay đổi 4.2 Kết thực nghiệm điều khiển bám quỹ đạo  Điều khiển ổn định vị trí viên bi: px (m) 0.2 Setpoint Position 0.1 -0.1 10 20 30 40 50 40 50 Time (s) 0.1 py (m) 0.05 -0.05 -0.1 10 20 30 Time (s) Hình 4-4: Vị trí viên bi theo thời gian Trần Thiện Dũng 63 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate 0.1 py (m) 0.05 -0.05 -0.1 -0.1 -0.05 0.05 px (m) 0.1 0.15 0.2 Hình 4-5: Vị trí viên bi mặt phẳng X-Y Nhận xét: Viên bi bám theo lượng đặt số với sai lệch nhỏ Khi có nhiễu tác động, viên bị giữ ổn định giá trị đặt  Điều khiển bám quỹ đạo: px (m) 0.2 Setpoint Position -0.2 10 15 Time (s) 20 25 30 10 15 Time (s) 20 25 30 py (m) 0.1 -0.1 Hình 4-6: Quỹ đạo viên bi theo thời gian Trần Thiện Dũng 64 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate 0.1 Setpoint Position py (m) 0.05 -0.05 -0.1 -0.1 -0.05 px (m) 0.05 0.1 Hình 4-7: Quỹ đạo viên bi mặt phẳng X-Y Nhận xét: Quỹ đạo viên bi điều khiển chuyển động tương đối xác theo quỹ đạo đặt hình trịn với sai số nhỏ Tuy nhiên lực ma sát viên bi phẳng, phẳng đàn hồi, khơng hồn hảo cấu chấp hành mà quỹ đạo viên bi chưa bám xác theo quỹ đạo đặt 4.3 Kết luận chương Chương trình bày kết thực nghiệm cho điều khiển bám quỹ đạo mơ hình đối tượng thực Đầu tiên, viên bi điều khiển bám theo lượng đặt số, với chất lượng điều khiển tốt, sai lệch điều khiển nhỏ Sau đó, quỹ đạo đặt thay đổi theo thời gian đưa vào, viên bi bám theo lượng đặt sai số lớn khơng hồn hảo cấu chấp hành Trần Thiện Dũng 65 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate KẾT LUẬN & HƯỚNG PHÁT TRIỂN Qua thời gian nghiên cứu để hoàn thành luận văn, tác giả thu thành định, nhiên bên cạnh cịn khó khăn, vướng mắc Cụ thể sau: Những kết đạt được:  Xây dựng mô hình động học động lực học cho hệ B&P Đưa vào giả thiết đơn giản hóa để thu mơ hình tuyến tính  Thiết kế điều khiển bám quỹ đạo cho hệ B&P Một thuật toán kết hợp điều khiển trượt PI đề xuất cho phép khả bám quỹ đạo tốt, bền vững với sai lệch mơ hình loại bỏ tượng rung tín hiệu điều khiển  Thiết kế xây dựng mơ hình phần cứng cho hệ B&P Đây sở để kiểm nghiệm thuật toán điều khiển đề xuất phục vụ cho việc kiểm chứng thuật toán điều khiển nâng cao khác  Chạy thực nghiệm điều khiển bám quỹ đạo đối tượng thực Mặc dù nỗ lực, song đề tài không tránh khỏi thiếu sót Do sử dụng động RC servo với điều khiển sẵn có làm cho chất lượng điều khiển không tốt mong muốn Hơn tốc độ phần cứng thấp ảnh hưởng tới kết điều khiển  Phương hướng phát triển:  Thay động Servo có sẵn động DC, thiết kế thêm điều khiển cho góc nghiêng phẳng  Sử dụng Webcam có tốc độ lấy mẫu nhanh  Thử nghiệm thuật toán điều khiển khác dựa mơ hình xây dựng  … Trần Thiện Dũng 66 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate Qua đây, em mong nhận ý kiến đóng góp sửa đổi thầy, bạn để luận văn hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo GS.TS Nguyễn Doãn Phước TS Nguyễn Văn Chí tận tình hướng dẫn em suốt trình nghiên cứu, làm luận văn vừa qua Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 02 tháng 04 năm 2018 Học viên Trần Thiện Dũng Trần Thiện Dũng 67 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] L Hongwei, L Yanyang, "Trajectory tracking sliding mode control of ball and plate system", ," 2nd International Asia Conference on Informatics in Control, Automation and Robotics, pp 142-145, 2010 [2] L Dejun, T Yantao, D Huida, "Ball and Plate Control System based on sliding mode control with uncertain items observe compensation," IEEE International Conference on Intelligent Computing and Intelligent Systems, pp 216-221, 2009 [3] A Jadlovská, Š Jajčišin, R Lonščák, "Modelling and PID Control Design of Nonlinear Educational Model Ball & Plate," 17th International Conference on Process Control, pp 475-483, 2009 [4] M Oravec, A Jadlovska, "Optimal control of the mechatronicalal laboratory model B&P_KYB," Electrical Engineering and Informatics 5: Proceedings of the Faculty of Electrical Engineering and Informatics of the Technical University of Košice, pp 1-7, 2014 [5] Wang Hongrui, Tian Yantao, "Nonlinear Control for Output Regulaton of Ball and Plate System," Proceedings of the 27th Chinese Control Conference, pp 382-387, 2008 [6] H Wang, Y Tian, "Tracking Control of Ball and Plate System with a Double Feedback Loop Structure," IEEE 2007 International Conference on Mechatronics and Automation - Harbin, pp 1114-1119, 2007 [7] Lorenzo Sciavicco, Bruno Siciliano, Modelling and Control of Robot Manipulators, 2nd ed.: Springer-Verlag London, 2000 [8] Karl Johan Astrom, Richard M Murray, Feedback systems, 2nd ed.: Princeton University Press, 2016 [9] Nguyễn Dỗn Phước, "Báo cáo seminar chun mơn Điều khiển trượt trượt bậc cao," 2013 Trần Thiện Dũng 68 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate [10] Y Shtessel, C Edwards, L.Fridman, A Levant, Sliding Mode Control and Observation.: Birkhäuser Basel, 2014 [11] J.J Slotine, Weiping Li, Applied Nonlinear Control.: Prentice-Hall,Inc., 1991 [12] MG995 [Online] http://www.towerpro.com.tw/product/mg995/ [13] Arduino Uno [Online] https://www.arduino.cc/en/pmwiki.php?n=Main/ArduinoBoardUno [14] Spong, Mark W.; Hutchinson, Seth; Vidyasagar, M., Robot Modeling and Control.: John Wiley & Sons, 2005 [15] Hutchinson, S., Hager, G.D., Corke, P.I., "A tutorial on visual servo control," IEEE Transactions on Robotics and Automation, vol 12, no 5, pp 651-670, 1996 [16] Rafael C Gonzalez; Richard E Woods, Digital Image Processing, 2nd ed.: Printice Hall, 2002 [17] Matej Oravec; Anna Jadlovská; Dana Novisedláková, "Design of Adaptive Control Algorithm of Mechatronic System Ball&Plate," 2000 [18] Nobuyuki Otsu, "A Threshold Selection Method from Gray-Level Histograms," IEEE Transactions on Systems Man and Cybernetics, vol 9, no 1, pp 62-66, 1979 [19] P T Yip, "Symbol-Based Control of a Ball-on-Plate Mechanical System," [20] Greg Andrews, Chris Colasuonno, Aaron Herrmann, "Ball On Plate Balancing System," Control Systems Design Final Project Report April 28, 2004 [21] Nguyễn Doãn Phước, Lý thuyết điều khiển nâng cao.: Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2007 [22] 3M Touch Systems, SC3 Touch Screen Controller: User’s Guide, 2nd edition, 2003 [23] Cheng Chang Ker, Chin E Lin, and Rong Tyai Wang, "Tracking and Balance Control Of Ball and Plate System," Journal of the Chinese Institute of Engineers, vol 30, pp 459-470, 2007 Trần Thiện Dũng 69 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate [24] Shorya Awtar, C Bernard, N Boklund, A Master, D Ueda, Kevin Craig, "Mechatronic Design of a Ball on Plate Balancing System," Mechatronics, vol 12, no 2, pp 217 - 228, 2002 Trần Thiện Dũng 70 ĐK-TĐH 2015B ... thiết kế điều khiển bám quỹ đạo cho hệ thống B&P Trần Thiện Dũng 17 ĐK-TĐH 2015B Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate CHƯƠNG 2: ĐIỀU KHIỀN BÁM QUỸ ĐẠO HỆ BALL & PALTE... cho thiết kế điều khiển  Chương 2: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate Dựa mơ hình có, tác giả xây dựng mơ điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate Một thuật toán cải tiến kết hợp điều. .. nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate CHƯƠNG 1: MƠ HÌNH TỐN HỆ BALL & PLATE 1.1 Động học hệ B&P Động học B&P mơ tả mối quan hệ vị trí, hướng thành phần hệ thống Gọi OXeYeZe hệ quy