Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ ball và plate

Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ ball và plate Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ ball và plate Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ ball và plate luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

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 hần 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 mơ 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 Dỗn 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 ... 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. .. 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... 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