Điều khiển thích nghi hệ thống beam and ball

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CƠNG NGHIỆP Dỗn Thế Cơng ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI HỆ THỐNG BEAM AND BALL Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Mã số: 520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN, 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Tháii Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái ii Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tên tơi là: Dỗn Thế Công Sinh ngày 26 tháng 11 năm 1983 Học viên lớp cao học khoá 14 CH.TĐH - Trƣờng đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên Tôi xin cam đoan luận văn “Điều khiển thích nghi hệ thống Ball and Beam” thầy giáo TS Nguyễn Văn Chí hƣớng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng tơi Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tôi xin cam đoan tất nội dung luận văn nhƣ nội dung đề cƣơng yêu cầu thầy giáo hƣớng dẫn Nếu có vấn đề nội dung luận văn, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm với lời cam đoan Thái Nguyên, ngày tháng 03 năm 2014 Học viên Dỗn Thế Cơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái iii Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trƣơng đƣợc hƣớng dẫn tận tình giúp đỡ thầy giáo TS Nguyễn Văn Chí, luận văn với đề tài “Điều khiển thích nghi hệ thống Ball and Beam” đƣợc hoàn thành Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: Thầy giáo hƣớng dẫn TS Nguyễn Văn Chí tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Các thầy cô giáo Trƣờng Đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên số đồng nghiệp, quan tâm động viên, giúp đỡ tác giả suốt trình học tập để hồn thành luận văn Mặc dù cố gắng hết sức, nhiên điều kiện thời gian kinh nghiệm thực tế thân cịn ít, đề tài khơng thể tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tác giả mong nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy giáo, giáo bạn bè đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng 03 năm 2014 Học viên Dỗn Thế Cơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái iv Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iv MỤC LỤC v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ viii LỜI NÓI ĐẦU 1 Nội dung luận văn Mục tiêu đạt đƣợc luận văn Tính cấp thiết đề tài Chƣơng XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG “BALL AND BEAM” 1.1 Mơ tả hệ thống “Ball and Beam” 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Một số hệ thống B&B thực tế 1.1.3 Mơ hình hệ thống B&B phịng thí nghiệm mơn đo lƣờng điều khiển 10 1.1.4 Sơ đồ kết nối máy tính mơ hình hệ thống B&B 13 1.1.5 Card NI USB 6008 giao tiếp từ máy tính với mơ hình B&B [8] .15 1.1.6 Các yếu tố ảnh hƣởng đến hệ thống Ball and beam 17 1.2 Xây dựng mơ hình tốn học hệ thống B&B 19 1.3 Xác định tham số hệ thống 21 1.3.1 Mơ hình tốn động chiều: .21 1.3.2 Xác định điện trở phần ứng Ra: .23 1.3.3 Xác định số Kb 23 1.3.4 Xác định Jm qua tính tốn (file: iden_Jm) .25 1.4 Kết luận chƣơng 26 Chƣơng THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHẢN HỒI TRẠNG THÁI LQR CHO HỆ THỐNG PHẢN HỒI B&B 28 2.1 Tuyến tính hố hệ thống B&B điểm làm việc: .28 2.2 Thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái LQR 30 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái v Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.3 Kết chạy thực nghiệm 33 Kết luận chƣơng .40 Chƣơng THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LQR KẾT HỢP KHÂU THÍCH NGHI BÙ NHIỄU CHO HỆ THỐNG B&B 41 3.1 Nguyên lý khâu thích nghi bù nhiễu 41 3.2 Thiết kế khâu thích nghi bù nhiễu cho hệ thống B&B 44 3.3 Kết chạy thực nghiệm 45 3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống Matlab/Simulink: 45 3.3.2 Mơ hình đổi tƣợng bao gồm điều khiển LQR .46 3.3.3 Mơ hình mẫu hệ thống 46 3.3.4 Sơ đồ khối khâu thích nghi bù nhiễu 47 3.3.5 Kết sau chạy thực nghiệm 47 3.4 Kết luận chƣơng 50 Chƣơng KẾT LUẬN CHUNG 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái vi Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ng Anh LQG Linear Quadratic Gaussian Gaussian LQR Linear Quadratic Regulator LFFC Leaning Feed – Forward Control Bộ điều khiển học truyền thẳng PID Proportional- Intergral- Derivative B&B Ball and Beam Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái vii Nguyên – - Bóng http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ Hình 1-1 Mơ hình Ball and beam dạng Hình 1-2 Mơ hình Ball and beam dạng Hình 1-3 Mơ hình Ball and Beam trƣờng ĐHKT Hong kong Hình 1-4 Mơ hình Ball and Beam cơng ty Megachem Hình 1-5 Mơ hình Ball and Beam ĐH Bắc Florida Hình 1-6 Mơ hình Ball and Beam ĐHKT Australia Hình 1-7 Wedcam on board ĐHKT Australia Hình 1-8 Hình ảnh thí nghiệm 10 Hình 1-9 Khối GAIN 11 Hình 1-10 Khối LEVEL CONVERTER 11 Hình 1-11 Khối POWER AMPLIFIER 12 Hình 1-12 Khối BALL POISTION 12 Hình 1-13 Lấy tín hiệu góc quay 13 Hình 1-14 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống B&B 13 Hình 1-16 Hình ảnh Card NI USB 6008 15 Hình 1-17 Nhiễu trình nhiễu đo lƣờng 18 Hình 1-18 Mơ tả tốn học B&B 19 Hình 1-20 Đồ thị điện áp biến trở quay 24 Hình 1-21 Đồ thị E ( t ) động bị ngăt nguồn 25 Hình Nguyên tắc phản hồi trạng thái 31 /simulink 33 Hình Sơ đồ cấu trúc đầu điều khiển hệ thống B&B 33 Hình Sơ đồ khối đo tín hiệu hệ thống B&B 34 Hình Đáp ứng đầu r hệ thống B&B với r d =0,21 34 Hình Góc ngang 35 Hình Đồ thị vận tốc viên bi r 35 Hình Vận tốc góc ngang _dot 36 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái viiiNguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình Đáp ứng đầu r hệ thống B&B 37 tín hiệu đặt có dạng xung 37 Hình 10 Đồ thị vận tốc viên bi r 37 Hình 11 Góc ngang 38 Hình 12 Vận tốc góc ngang _dot 38 Hình 13 Kết thử nghiệm tổng hợp 39 Hình Điều khiển bù nhiễu đối tƣợng bất định tuyến tính có ma trận hệ thống ma trận bền 43 h nghi mơ hình B&B Matlab 45 Hình 3 Mơ hình đối tƣợng bao gồm điều khiển LQR 46 46 Hình Kết thử nghiệm tổng hợp với giá trị r d = 0.1m 47 Hình Kết thử nghiệm tổng hợp với giá trị r d = -0.1m 48 Hình Kết thử nghiệm tổng hợp với vị trí đặt dạng xung 49 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái ix Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI NĨI ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Mơ hình “ Ball and Beam”(mơ hình bóng tay địn), viết tắt B&B số mơ hình phịng thí nghiệm trƣờng đại học công nghiệp Thái Nguyên Đây mơ hình chun dùng học viên học tập nghiên cứu khoa học trình cài đặt thuật tốn điều khiển Khi tìm hiểu nghiên cứu thí nghiệm điều khiển B&B khơng cịn trạng nhƣ ban đầu hồn tồn khơng chạy đƣợc Cụ thể thông tin sẩn phẩm, phần mềm điều khiển nhƣ máy tính chuyên dụng khơng cịn Mặt khác linh kiện lâu năm nên số khơng cịn xác Đây khó khăn khơng nhỏ việc nghiên cứu mơ hình thí nghiệm Để khắc phục nhƣ tồn tiến hành đo nhận dạng lại thành phần hệ thống nhƣ: Động servo, điện trở, biến trở, khớp truyền động, thay khối giao tiếp máy tính card NI USB6008, kết nối hệ thống với phần mềm Matlab/simulink để cài đặt thuật toán điều khiển Khi khắc phục có đầy đủ thơng số mơ hình, Tơi tiến hành nghiên cứu theo đề tài đăng ký làm luận văn thạc sỹ ”Điều Khiển Thích Nghi Hệ Thống Ball And Beam”, sử dụng điều khiển LQR đề xuất thêm khâu bù nhiễu nhằm nâng cao chất lƣợng ổn định hệ thống vị trí viên bi cách xa hai phía Đây đề tài điển hình kỹ thuật điều khiển đƣợc hầu hết trƣờng đại học kỹ thuật nghiên cứu thí nghiệm Mơ hình đƣợc ứng dụng nhiều thực tế nhƣ hệ thống cân máy bay theo phƣơng nằm ngang hạ cánh dƣới ảnh hƣởng dịng khí chuyển động hỗn loạn, điều khiển cân ôtô v.v 2.Mục tiêu đạt luận văn Xác định đƣợc thông số vật lý thực hệ thống Ball and Beam thông qua nhận dạng, đo đạc tính tốn Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Phi (rad) 0.1 0.05 -0.05 -0.1 10 20 30 40 50 60 70 Thời gian (s) 80 90 100 Hình 11 Góc ngang Vận tốc góc (rad/s) 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Thời gian (s) Hình 12 Vận tốc góc ngang _dot Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 38 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ + Tổng hợp kết chạy thực r(t) 0.2 Nhiễu tác động 0.1 -0.1 -0.2 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 45 50 55 Thoi gian (s) 60 65 70 75 80 85 90 95 100 r-dot(t) 0.5 0.25 -0.25 -0.5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 phi (t) 0.2 0.1 -0.1 -0.2 10 15 20 25 30 35 40 45 50 phi-dot (t) 0.5 0.25 -0.25 -0.5 10 15 20 25 30 35 40 Hình 13 Kết thử nghiệm tổng hợp Nhận xét: - Khi tín hiệu đặt tín hiệu nhảy bậc vị trí viên bi bám theo tín hiệu đặt tốt sau khoảng giây kể từ tín hiệu đặt thay đổi Hệ thống khơng có độ điều chỉnh - Khi chịu ảnh hƣởng nhiễu đẩy viên bi khỏi vị trí tại, viên bi quay trở lại vị trí ban đầu với phản ứng tốt - Bộ điều khiển LQR ổn định thành cơng vị trí viên bi hai trƣờng hợp vị trí đặt số dạng xung có ảnh hƣởng nhiễu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 39 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Kết luận chƣơng Chƣơng luận văn thực công việc sau: - Đã tuyến tính mơ hình phi tuyến hệ thống B&B để phục vụ cho việc thiết kế điều khiển - Thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái tối ƣu LQR cho mơ hình tuyến tính hệ thống B&B với rd = - Tiến hành chạy thực nghiệm cho hệ thống kiểm chứng lại kết tính tốn từ lý thuyết, điều khiển LQR thiết kế đƣợc hồn tồn có khả ổn định vị trí viên bi, kể có tác động nhiễu Các kết thu đƣợc chƣơng dựa giải thiết tuyến tính hóa điểm đặt rd = 0, để rd giá trị đặt ma trận A, B, hàm phụ thuộc vào rd, việc giải phƣơng trình Ricati (2.20) phức tạp, khơng thể tính nhiễu đƣợc, ta chọn rd = Khi chọn rd = vị trí đặt viên bi ≠ khơng tốt vị trí đặt , đặc biệt vị trí cách xa điểm điểm mơ hình 2.14 co rd = sƣ khác nhiều so với mơ hình 1.8 Để khắc phục điểm chƣơng luận văn đề xuất thêm vào khâu thích nghi để bù lại ảnh hƣởng sai khác đến hệ thống điều khiển Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 40 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN LQR KẾT HỢP KHÂU THÍCH NGHI BÙ NHIỄU CHO HỆ THỐNG B&B 3.1 Nguyên lý khâu thích nghi bù nhiễu Trong điều khiển ta hay thƣờng gặp toán mà mơ hình mơ tả đối tƣợng có chứa thành phần bất định Nguồn gốc thành phần bất định sai lệch mơ hình la tác động tín hiệu ngoại sinh khơng biết trƣớc Chúng ta gọi chung lại dƣới tên gọi tác động tạp nhiễu Mơ hình bất định đối tƣợng tuyến tính MIMO biểu diễn : dx dt Trong x t (3.1) Ax B u G x d R n véc tơ trạng thái, u t vào ( tín hiệu điều khiển) d t R m vector tín hiệu đầu R p vector thành phần bất định (không biết trƣớc không đo đƣợc) đối tƣợng, A B hai ma trận hằng, G x ma trận có thành phần phụ thuộc trạng thái x Nhiệm vụ đặt phải thiết kế điều khiển phản hồi trạng thái để điều khiển đối tƣợng (3.1) cho hệ thống có đƣợc chất lƣợng mong muốn chất lƣợng không phụ thuộc vào vector tạp nhiễu d t mơ hình đối tƣợng (3.1) Bài tốn có tên gọi điều khiển thích nghi bù nhiễu Trƣớc tiên xét trƣờng hợp đơn giản đối tƣợng MIMO (3.1) ta sử ~ dụng điều khiển u w G( x) d đầu vào hệ (3.1) Khi loại bỏ hồn tồn tín hiệu bù có mơ hình mẫu lý tƣởng d xm dt Ax m Bw Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 41 Nguyên (3.2) http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Trong đó A la ma trận có giá trị riêng s1, s2 sn nằm bên trái trực ảo tƣơng ứng với chất liệu mong muốn Nghĩa phƣơng trình Lyapunov ATP+PA = -Q (3.3) ứng với ma trận Q đối ứng xác định dƣơng cho trƣớc, ln có nghiệm P đối xứng xác định dƣơng ~ Nhƣng giả thiết định d khơng thể, hay tồn sai lệch bất d ~ nên thực tế bù u dx dt w G( x)d , hệ phải có mơ hình: (3.4) Ax B w G x Từ ta đến ý tƣởng chuyển nhiệm vụ điều khiển sang hiệu chỉnh thành phần sai lệch bất định (t ) , để hệ (3.4) ln bám đƣợc theo mơ hình mẫu (3.2), theo nghĩa: e x xm (3.5) Thay (3.2) (3.4) ta đƣợc: dx dt (3.6) Ae BG x Sử dụng hàm xác định dƣơng: T T V (e, ) e Pe H Vậy H ma trận đối xứng xác định dƣơng chọn trƣớc tuỳ ý P nghiệm đối xứng xác định dƣơng phƣơng trình Lyapunov (3.3): dV dt de dt T de Pe e P dt Ae BG d dt T T T H T Pe e P Ae BG Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 42 Nguyên T H d dt T H d dt http://www.lrc-tnu.edu.vn/ T e AT P PA e T e Qe Bởi vậy, để T T G T B T Pe (GT BT Pe H T H d dt d ) dt dV xác định âm theo biến e , điều kiện ta có dt e Ta cần hiệu chỉnh (t ) theo: d dt H 1GT BT Pe Tức cần bù thêm đầu vào u thành phần tín hiệu (t ) nhƣ sau: d dt H 1G ( x)T BT Pe (3.7) G x w u x Đối tƣợng (3.1) Bù bất định (3.7) e Mơ hình mẫu x m (3.2) Hình Điều khiển bù nhiễu đối tượng bất định tuyến tính có ma trận hệ thống ma trận bền Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 43 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3.2 Thiết kế khâu thích nghi bù nhiễu cho hệ thống B&B Để áp dụng nguyên lý khâu thích nghi bù nhiễu cho mơ hình hệ thống B&B với điều khiển LQR xây dựng chƣơng 2, ta biểu diễn hệ kín gồm điều khiển LQR hệ B&B nhƣ sau : d x dt A BK LQR x B u d x dt (3.8) Am x Bm u Trong đó: thành phần nhiễu bất định, giả thiết sinh sai lệch mơ hình thực mơ hình tuyến tính ; Am = A – B.KLQR; Bm = B Giải phƣơng trình Lyapunov (3.3): T Am P PAm Qm với ma trận xác định dƣơng: Qm 0.5 0 0 0.5 0 0 0.5 0 0 (3.9) Ta đƣợc nghiệm phƣơng trình: P 0.4785 0.25 0.125 0.25 0.125 0.8752 0.0357 0.0357 0.125 0.0357 0.8747 0.25 0.0357 0.8747 0.25 (3.10) 2.7766 Sử dụng hàm Lyapunov: T V ( e , ) e Pe T H Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 44 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ dV dt Khi đó: T e Qe T ( BmT Pe H d ) dt (3.11) Bằng cách chọn tín hiệu bù nhiễu có dạng: d dt Ta thấy: dV dt H 1BmT Pe (3.12) e Qe xác định âm hay sai lệch hệ thống thực T mơ hình mẫu e tiến tới 0, nghĩa hệ thống bù lại đƣợc thành phần nhiễu bất định Phƣơng trình (3.12) khâu bù nhiếu thích nghi cho hệ B&B 3.3 Kết chạy thực nghiệm 3.3.1 Sơ đồ khối hệ thống Matlab/Simulink: Real-Time Sync Real-Time Synchronizatio n x1 x2 x3 x4 B&B U Đối tƣợng 30 theta Pulse Gain1 Generator1 e Khâu bù thích nghi U x Am x Bmu x1 x2 x3 x4 Scope Mơ hình mẫu Hình Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 45 Ngun &B http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3.3.2 Mơ hình đổi tƣợng bao gồm điều khiển LQR r x1 x2 x3 x4 r_dot U phi phi_dot Ball & Beam System -KGain -KGain 0.2 -KGain2 Um* U -KGain3 Hình 3 Mơ hình đối tượng bao gồm điều khiển LQR 3.3.3 Mô hình mẫu hệ thống U x1 x' = Ax+Bu y = Cx+Du State-Space x2 x3 K(1) Gain4 K(2) Gain5 K(3) Gain6 K(4) Gain7 Hình Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 46 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ x4 3.3.4 Sơ đồ khối khâu thích nghi bù nhiễu s 0.8 Theta Gain T H 1Bm Integrator P Gain Gain1 Hình 3.3.5 Kết sau chạy thực nghiệm a, Vị trí đặt hàng số + rd = 0.1 m 0.2 Tín hiệu hiệu mẫu Vị trí viên bi r 0.1 0 10 15 10 15 10 15 10 15 10 15 0.5 20 25 30 35 40 45 50 20 25 30 35 40 45 50 20 25 30 35 40 45 50 20 25 30 35 40 45 50 25 30 Timer (s) 35 40 45 50 Vận tốc viên bi r -0.5 0.1 Góc φ -0.1 Vận tốc góc  -2 Tín hiệu thích nghi -2 20 Hình Kết thử nghiệm tổng hợp với giá trị rd = 0.1m Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 47 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ e Hình 3.6 kết trình chạy thực nghiệm sử dụng thêm khâu thích nghi bù nhiễu với giá trị viên bi đặt +0,1m Vị trí viên bi sau khoảng thời gian 25 giây bám với giá tri đặt Sau thực thích nghi bù sai lệch mơ hình Sau khoảng thời gian hệ thống phản ứng tốt so sánh với trƣờng hợp khơng sử dụng khâu thích nghi thời gian đặt từ vị trí đặt nhanh (Đối với trƣờng hợp ví trí khơng thích nghi, thời gian 5s) + rd = -0.1 m Vị trí viên bi r 0.2 Tín hiệu hiệu mẫu -0.2 6 6 0.5 10 12 14 16 18 20 10 12 14 16 18 20 10 12 14 16 18 20 10 12 14 16 18 20 10 12 14 16 18 20 Vận tốc viên bi r -0.5 0.1 Góc φ -0.1 0.2 Vận tốc góc  -0.2 Tín hiệu thích nghi -2 Hình Kết thử nghiệm tổng hợp với giá trị rd = -0.1m Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 48 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.7 Là kết chạy thực nghiêm tƣơng ứng với vị trí đặt -0,1m giống với trƣơng hợp vị trí +0.1kết tốt, thài gian độ ngắn Khi có nhiễu tác động viên bi nhanh chóng trở lại vị tri ban đầu b, Vị trí đặt dạng xung Tín hiệu hiệu mẫu 0.2 -0.2 -0.4 10 20 30 Vị trí viên bi r 40 50 60 70 80 90 100 70 80 90 100 Vận tốc viên bi r 0.5 -0.5 10 20 30 40 50 60 Góc φ 0.1 -0.1 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 70 80 90 100 0.5 Vận tốc góc  -0.5 Tín hiệu thích nghi -2 10 20 30 40 50 60 Hình Kết thử nghiệm tổng hợp với vị trí đặt dạng xung Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 49 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 3.8 kết chạy thực trƣờng hợp vị trí đặt dạng xung vng nhảy bậc có giá trị 0,1m đến -0,1m với chu kỳ 50s Kết cho thấy vị trí viên bi hồn tồn bám đƣợc đƣờng tín hiệu đặt tín hiệu mơ hình mẫu Tín hiệu thích nghi có vai trị lớn giai đoạn tín hiệu đặt thay đổi giá trị, không gây tƣợng độ tăng cƣờng khả phản ứng với nhiễu 3.4 Kết luận chƣơng Chƣơng luận văn thực công việc sau: - Để giảm thiểu ảnh hƣởng sai lệch mơ hình tuyến tính hóa điểm rd = tới chất lƣợng điều khiển điều khiển LQR chƣơng luận văn đề xuất thêm vào khâu bù thích nghi có mơ hình (3.12) - Kết chạy thực nghiệm cho thấy bù nhiễu có khả bù lại đƣợc thành phần nhiễu bất định tác động lên ngang, làm cho khả bám hệ thống tốt hơn, nhƣ dập tắt dao động nhỏ quanh điểm làm việc, qua cải thiện đƣợc chất lƣợng điều khiển hệ thống so với việc dùng riêng điều khiển LQR Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 50 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Chƣơng KẾT LUẬN CHUNG - Luận văn nghiên cứu tìm hiểu hệ thống B&B phịng thí nghiệm mơn đo lƣờng - điều khiển Đây mơ hình đƣợc ứng dụng để thí nghiệm thuật tốn điều khiển cho ứng dụng thực tế nhƣ hệ cân xe ôtô , máy bay, công nghiệp robốt Luận văn trình bày áp dụng thuật tốn điều khiển LQR LQR kết hợp với thích nghi bù nhiễu để ổn định vị trí viên bi Luận văn hồn thành đƣợc mục tiêu đặt để tài nhƣ nêu phần lời nói đầu Các đóng góp cụ thể luận văn nhƣ sau: + Xác định đƣợc mơ hình tham số vật lý hệ thống B&B + Đề xuất đƣợc cấu trúc điều khiển từ máy tính sử dụng card giao tiếp NI 6008 với môi trƣờng Mallab/simulink + Thiết kế phản hồi trạng thái LQR cho hệ thống B&B, dựa mô hình tuyến tính hóa điểm Kết chạy thực nghiệm cho kết tốt điểm chƣa đƣợc tốt điểm đặt xa hai phía + Đề xuất thêm vào khâu thích nghi để tạo thành điều khiển LQR kết hợp khâu bù thích nghi nhằm nâng cao chất lƣợng điều khiển vị trí viên bi cách xa điểm hai phía - Hƣớng nghiên cứu tiếp + Nghiên cứu nâng cao chất lƣợng điều khiển LQ kết hợp khâu thích nghi cách chọn lựa phù hợp ma trận Q, R ma trận Qm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 51 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.googoltech.com.cn/web/eng/news.jsp [2] http://www.tecquipment.com/Control/Control-Engineering/CE106.aspx [3] http://coecsl.ece.uiuc.edu/ge423/spring03/Group8/index.html [4] Nguyen Duy Cuong, “Advanced Controllers for Electromechanical Motion Systems” [5] Nguyễn Chí Ngơn, Đặng Tín; “Điều khiển PID noron thích nghi dựa nhận dạng mạng noron mờ hồi qui áp dụng cho hệ bóng”, Tạp chí khoa học Đại học Cần Thơ, 2011: 20a 159-168 [6] Anderson, Brian D O., Moore, John B., 1979, “Optimal Filtering”, Information and System Sciences Series, Thomas Kailath Editor, Prentice Hall Electrical Engineering Series, ISBN 0-13-638122-7 [7] Lammerts, Ivonne M M., 1993, “Adaptive Computed Reference Computed Torque Control of Flexible Manipulators”, PhD thesis, Eindhoven University of Technology, Eindhoven, The Netherlands [8] USER GUIDE AND SPECIFICATIONS- NI USB-6008/6009NATIONAL INTRUMENTS [9] Nguyễn Doãn Phƣớc, lý thuyết điều khiển tuyến tính, NB khoa học kỹ thuật 2008 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái 52 Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ... MƠ HÌNH HỆ THỐNG ? ?BALL AND BEAM? ?? 1.1 Mô tả hệ thống ? ?Ball and Beam? ?? 1.1.1 Đặt vấn đề Ngày nay, khoa học kỹ thuật đạt đƣợc nhiều tiến lĩnh vực điều khiển tự động hóa Các hệ thống điều khiển đƣợc... MƠ HÌNH HỆ THỐNG ? ?BALL AND BEAM? ?? 1.1 Mô tả hệ thống ? ?Ball and Beam? ?? 1.1.1 Đặt vấn đề 1.1.2 Một số hệ thống B&B thực tế 1.1.3 Mơ hình hệ thống B&B phịng thí nghi? ??m... ( Linear Guadratic Gausan)… Hệ thống ? ?Ball and Beam? ?? (B&B), dịch tiếng Việt hệ thống “Bóng Tay địn”, hệ thống dùng để thử nghi? ??m toán điều khiển ổn định vị trí, hệ thống có động học nhạy cảm với