Điều khiển 3d crane sử dụng hàm lyapunov cho hệ phi tuyến theo biến thời gian

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN ĐĂNG DUY ĐIỀU KHIỂN 3D CRANE SỬ DỤNG HÀM LYAPUNOV CHO HỆ PHI TUYẾN THEO BIẾN THỜI GIAN CONTROL 3D CRANE WITH LYAPUNOV FUNCTION FOR NONLINEAR TIME VARYING SYTEM Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60520114 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA–ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Quốc Chí Cán chấm nhận xét 1: TS Nguyễn Huy Hùng Cán chấm nhận xét 2: PGS.TS Nguyễn Thanh Phương Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp Hồ Chí Minh ngày 20 tháng 12 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Chủ tịch: PGS.TS Nguyễn Tấn Tiến Thư ký: TS Ngô Hà Quang Thịnh Phản biện 1: TS Nguyễn Huy Hùng Phản biện 2: PGS TS Nguyễn Thanh Phương Ủy Viên: PGS TS Bùi Trọng Hiếu Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN ĐĂNG DUY MSHV: 1770206 Ngày, tháng, năm sinh: 19/08/1988 Nơi sinh: Quảng Ngãi Chuyên ngành: Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Mã số: 1770206 I TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN 3D CRANE SỬ DỤNG HÀM LYAPUNOV CHO HỆ PHI TUYẾN THEO BIẾN THỜI GIAN CONTROL 3D CRANE WITH LYAPUNOV FUNCTION FOR NONLINEAR TIME VARYING SYSTEM NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Xây dựng mơ hình động lực học cho hệ thống cầu trục mô tả lắc đôi chuyển động không gian - Thiết kế điều khiển trượt (sliding mode control) để điều khiển vật di chuyển bám quỹ đạo định sẵn, đồng thời khử dao động cho hệ thống cầu trục dựa mơ hình động lực học xây dựng - Kiểm nghiệm điều khiển bằng mô phỏng số chạy thực nghiệm mơ hình thí nghiệm II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ 20/8/2018 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ 10/12/2018 IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS TS NGUYỄN QUỐC CHÍ Tp HCM, ngày… tháng… năm 20… CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ LỜI CẢM ƠN Luận văn “Điều khiển 3D crane sử dụng hàm Lyapunov cho hệ phi tuyến theo biến thời gian” (Control 3D crane with Lyapunov function for nonlinear time varying systems) hoàn thành với biết ơn vô hạn mà muốn gửi tới gia đình, thầy cơ, bạn bè – người ln nguồn động lực hỗ trợ cuôc sống học tập Đây kết trình mà qua tơi tích lũy cho kinh nghiệm, kỹ năng, kiến thức chuyên môn lĩnh để giải khó khăn Trước hết muốn gửi lời cảm ơn tới Thầy – PGS.TS Nguyễn Quốc chí – người ln hỗ trợ không giới hạn chuyên môn, kiến thức lẫn tinh thần thiết bị thí nghiệm để tơi đạt kết tốt q trình nghiên cứu khoa học Tơi xin cảm ơn cha mẹ, vợ trai tôi, người niềm động viên tinh thần lẫn vật chất, điểm tựa để tơi có thể vững tâm làm việc nghiên cứu suốt trình học tập Tôi muốn gửi lời cảm ơn tới anh em phịng thí nghiệm CALAB PGS.TS Nguyễn Quốc Chí điều hành, giúp đỡ, lời khuyên lẫn kiến thức từ bạn đóng góp khơng nhỏ kết Sau xin cảm ơn thầy cô môn điện tử, trường đại học bách khoa TPHCM Những kiến thức nhận từ thầy cô tảng cho có thể xây dựng luận văn Tp.HCM, Tháng 12, Năm 2018 NGUYỄN ĐĂNG DUY Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ TÓM TẮT LUẬN VĂN Đa số nghiên cứu điều khiển cho hệ cầu trục khơng gian 3D tn theo mơ hình động lực học lắc đơn áp dụng cho tải trọng có khối lượng tập trung Tuy nhiên trường hợp mà dây nối móc tải lớn, mơ hình tốn hệ cần xét hệ lắc đôi Trong luận văn này, đối tượng nghiên cứu hệ cầu trục hoạt động không gian 3D, ma sát tải bỏ qua Mục tiêu luận văn bao gồm (i) xây dựng mơ hình tốn cho hệ cầu trục mơ tả cịn lắc đơi với đầy đủ bậc tự không gian; (ii) xây dựng điều khiển trượt giúp vật nặng bám quỹ đạo định sẵn nhằm tránh vật cản trình di chuyển; (iii) khử dao động lắc trình di chuyển vật Với điều khiển thiết kế, tính ổn định chứng minh qua lý thuyết, sau kiểm chứng thông qua mô phỏng chạy thực nghiệm thực tế ABSTRACT Several of researches on control of 3D crane systems are based on a lumped mass model, which is ussually considered as a pendulum However, in the case of the length between the hook and the load is large, a crane systems need to be considered as a double pendulum In this thesis, a 3D overhead crane with frictions and external disturbances are neglected double pendulum dynamics is investigated Three contributions are made in this thesis: (i) development of a dynamic model for the 3D overhead crane system which is described as double pendulum with full of DOF; (ii) design a sliding mode control for trajectory tracking; (iii) Minimize payload’s transposition during crane’s movement The stability of overhead crane system is proved by Lyapunov theory and verified by numerical simulations and experiments Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết tất nội dung luận văn khơng chép cơng trình nghiên cứu cá nhân hay tổ chức Tôi xin thực nghiêm túc việc trích dẫn cơng trình báo, tham luận cơng bố sử dụng luận văn HỌC VIÊN NGUYỄN ĐĂNG DUY Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cấu tạo cầu trục ( overhead crane) mô tả lắc đôi 1.2 Các nghiên cứu cầu trục mơ hình tốn lắc đơi 1.3 Phương pháp nghiên cứu đề tài 1.3.1 Xây dựng mơ hình tốn học 1.3.2 Xây dựng điều khiển cho hệ cầu trục mô tả lắc đôi CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 10 2.1 Phương trình Euler-Lagrange 10 2.2 Phương pháp xây dựng điều khiển trượt 13 2.2.1 Nguyên lý ổn định Lyapunov 13 2.2.2 Phương pháp xây dựng điều khiển trượt 15 2.3 Phương pháp quay góc Euler theo trục ZYX 16 2.3.1 Phép chuyển gốc tọa độ 16 2.3.2- Phương pháp quay Euler theo thứ tự ZYX 17 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC 19 3.1 Xây dựng mơ hình động lực học 19 3.2 Mô dao động hệ Matlab 26 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT 29 4.1 Xây dựng điều khiển trượt 29 4.2 Mô đáp ứng điều khiển matlab 32 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 50 5.1 Giới thiệu mơ hình cổng trục sử dụng thực nghiệm 50 5.1.1 Tổng quan thiết bị phần cứng 50 5.1.2 Giới thiệu cảm biến IMU phương pháp lấy góc lắc dây treo tải 52 5.1.3 Giới thiệu giao diện điều khiển cho mơ hình 53 5.2 Đáp ứng hệ thống thực tế 55 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 72 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hình 1.2: Hình 1.3: Hình 1.4: Hình 1.5: Hình 1.6: Hình 1.7: Hình 1.8: Hình 1.9: Hình 1.10: Hình 1.11: Hình 1.12: Hình 1.13: Hình 1.14: Hình 2.1: Hình 2.2.: Hình 3.1: Hình 3.2: Hình 3.3: Hình 3.4: Hình 3.5: Hình 3.6: Hình 3.7: Hình 3.8: Hình 3.9: Hình 4.1: Hình 4.2: Hình 4.3: Hình 4.4: Hình 4.5: Hình 4.6: Hình 4.7: Hình 4.8: Hình 4.9: Hình 4.10: Hình 4.11: Hình 4.12: Hình 4.13: Hình 4.14: Hình 4.15: Hình 4.16: Hình 4.17: Hình 4.18: Hình 4.19: Các ứng dụng crane thực tế Cấu tạo overhead crane Trường hợp tháp trục cần xét hệ lắc đôi Cầu trục mô tả lắc đôi thực tế Ý nghĩa tránh vật cản mục tiêu đề tai đặt Hệ cầu trục mô tả mơ hình lắc đơi theo tham khảo [9] Kết nghiên cứu tham khảo [9] Hệ cầu trục mơ tả bằng mơ hình lắc đơi theo tham khảo [10] Kết đáp ứng nghiên cứu tham khảo [10] Hệ cầu trục mô tả bằng mô hình lắc đơi tham khảo [13] Kết đáp ứng góc lắc theo tham khảo [13] Hệ cầu trục mơ tả bằng mơ hình lắc đơi theo tham khảo [11] Hệ cầu trục mơ tả mơ hình lắc đơi theo tham khảo [12] Mơ hình hệ thống cầu trục So sánh ổn định Lyapunov ổn định tiệm cận Lyapunov Quy ước bàn tay phải dịch chuyển hai gốc tọa độ Mô hình động lực học cầu trục mơ hình hóa lắc đơi Mơ hình Simulink mơ phỏng động lực học cầu trục lắc đôi Đáp ứng vị trí vật theo phương X mơ phỏng dao động kép hệ Đáp ứng vị trí vật theo phương Y mô phỏng dao động kép hệ Đáp ứng vị trí vật theo phương dây treo mơ phỏng dao động kép hệ Đáp ứng góc lắc móc quanh Y mơ phỏng dao động kép hệ Đáp ứng góc lắc móc quanh X mơ phỏng dao động kép hệ Đáp ứng góc lắc tải quanh Y mô phỏng dao động kép hệ Đáp ứng góc lắc tải quanh X mơ phỏng dao động kép hệ Định hướng điều khiển cho mơ hình cầu trục mô tả lắc đôi Đáp ứng bám tải theo phương X mô phỏng chuyển động thẳng Đáp ứng bám tải theo phương Y mô phỏng chuyển động thẳng Đáp ứng bám tải theo phương Z mô phỏng chuyển động thẳng Đáp ứng sai số tải theo phương X mô phỏng chuyển động thẳng Đáp ứng sai số tải theo phương Y mô phỏng chuyển động thẳng Đáp ứng sai số tải theo phương Z mơ phỏng chủn động thẳng Đáp ứng góc lắc dây móc xoay quanh Y mơ phỏng chủn động thẳng Đáp ứng góc lắc dây treo tải quanh Y mơ phỏng chủn động thẳng Đáp ứng góc lắc dây móc quanh X mơ phỏng chủn động thẳng Đáp ứng góc lắc dây treo tải quanh X mơ phỏng chủn động thẳng Đáp ứng vị trí khơng gian mô phỏng chuyển động thẳng Đáp ứng bám tải theo phương X mơ phỏng chủn động trịn 2D Đáp ứng bám tải theo phương Y mô phỏng chuyển động tròn 2D Đáp ứng bám tải theo phương Z mơ phỏng chủn động trịn 2D Đáp ứng sai số tải theo phương X mô phỏng chuyển động tròn 2D Đáp ứng sai số tải theo phương Y mơ phỏng chủn động trịn 2D Đáp ứng sai số tải theo phương Z mô phỏng chuyển động trịn 2D Đáp ứng góc lắc dây móc quanh Y mơ phỏng chủn động trịn 2D Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 4.20: Hình 4.21: Hình 4.22: Hình 4.23: Hình 4.24: Hình 4.25: Hình 4.26: Hình 4.27: 3D Hình 4.28: 3D Hình 4.29: Hình 4.30: Hình 4.31: Hình 4.32: Hình 4.33: Hình 4.34: Hình 5.1: Hình 5.2: Hình 5.3: Hình 5.4: Hình 5.5: Hình 5.6: Hình 5.7: Hình 5.8: Hình 5.9: Hình 5.10: Hình 5.11: Hình 5.12: Hình 5.13: Hình 5.14: Hình 5.15: Hình 5.16: Hình 5.17: Hình 5.18: Hình 5.19: Hình 5.20: Hình 5.21: Hình 5.22: Hình 5.23: Hình 5.24: Hình 5.25: Hình 5.26: Hình 5.27: Đáp ứng góc lắc dây treo vật nặng xoay quanh Y mô phỏng chủn động trịn 2D Đáp ứng góc lắc dây móc quanh X mơ phỏng chủn động trịn 2D Đáp ứng góc lắc dây treo vật nặng quanh X mơ phỏng chủn động trịn 2D Đáp ứng quỹ đạo mơ phỏng chủn động trịn 2D Đáp ứng bám vật nặng theo phương X mơ phỏng chủn động trịn 3D Đáp ứng bám vật nặng theo phương Y mô phỏng chuyển động tròn 3D Đáp ứng bám vật nặng theo phương Z mơ phỏng chủn động trịn 3D Đáp ứng sai số vật nặng theo phương X mô phỏng chuyển động tròn Đáp ứng sai số vật nặng theo phương Y mơ phỏng chủn động trịn Đáp ứng sai số vật nặng theo phương Z mơ phỏng chủn động trịn 3D Đáp ứng góc lắc dây móc quanh Y mơ phỏng chủn động trịn 3D Đáp ứng góc lắc dây treo vật nặng xoay quanh y mô phỏng chủn động trịn 2D Đáp ứng góc lắc dây móc quanh x mơ phỏng chủn động trịn 3D Đáp ứng góc lắc dây treo vật nặng xoay quanh x mơ phỏng chủn động trịn 3D Đáp ứng ứng đạo vật nặng mơ phỏng chủn động trịn 3D Hệ thống thiết bị sử dụng thực nghiệm cổng trục Mơ hình hệ thống thực tế Encoders Sony Magnescale RE90C-2048C Cảm biến IMU treo tải để đo góc vật khơng gian Vị trí góc nghiêng cảm biến IMU gắn theo vật nặng Giao diện giao tiếp từ máy tính sang card điều khiển Đáp ứng sai số vật nặng theo phương X thí nghiệm Đáp ứng sai số vật nặng theo phương Y thí nghiệm Đáp ứng sai số vật nặng theo phương Z thí nghiệm Đáp ứng bám vật nặng theo phương X thí nghiệm Đáp ứng bám vật nặng theo phương Y thí nghiệm Đáp ứng bám vật nặng theo phương Z thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương Y dây treo móc thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương X dây treo móc thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương Y dây treo tải thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương X dây treo tải thí nghiệm Đáp ứng quỹ đạo tải thí nghiệm Đáp ứng sai số vật nặng theo phương X thí nghiệm Đáp ứng sai số vật nặng theo phương Y thí nghiệm Đáp ứng sai số vật nặng theo phương Z thí nghiệm Đáp ứng bám vật nặng theo phương X thí nghiệm Đáp ứng bám vật nặng theo phương Y thí nghiệm Đáp ứng bám vật nặng theo phương Z thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương Y dây treo móc thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương X dây treo móc thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương Y dây treo tải thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương X dây treo tải thí nghiệm Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.28: Hình 5.29: Hình 5.30: Hình 5.31: Hình 5.32: Hình 5.33: Hình 5.34: Hình 5.35: Hình 5.36: Hình 5.37: Hình 5.38: Hình 5.39: Đáp ứng quỹ đạo tải thí nghiệm Đáp ứng sai số theo phương X tải thí nghiệm Đáp ứng sai số theo phương Y tải thí nghiệm Đáp ứng sai số theo phương Z tải thí nghiệm Đáp ứng bám quỹ đạo phương X tải thí nghiệm Đáp ứng bám quỹ đạo phương Y tải thí nghiệm Đáp ứng bám quỹ đạo phương Z tải thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương Y dây treo móc thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương X dây treo móc thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương Y dây treo tải thí nghiệm Đáp ứng góc theo phương X dây treo tải thí nghiệm Đáp ứng quỹ đạo tải thí nghiệm Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.17: Đáp ứng quỹ đạo tải thí nghiệm Trong đợt khảo sát thứ hai, cho quỹ đạo mục tiêu nửa đường tròn mặt phẳng song song với XOY có tâm pc [0.2;0.2;0.98], bán kính r = 0.2m, di chuyển thời gian giây, tuân theo quy luật vận tốc hình thang theo quỹ đạo, tăng tốc giảm tốc 1.2s Hình 5.18: Đáp ứng sai số theo phương X tải thí nghiệm 60 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.19: Đáp ứng sai số theo phương Y tải thí nghiệm Hình 5.20: Đáp ứng sai số theo phương Z tải thí nghiệm 61 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.21: Đáp ứng bám quỹ đạo phương X tải thí nghiệm Hình 5.22: Đáp ứng bám quỹ đạo phương Y tải thí nghiệm 62 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.23: Đáp ứng bám quỹ đạo phương Z tải thí nghiệm Nhận xét khả bám quỹ đạo điều khiển: Bộ điều khiển thực tế đưa đưa vật nặng bám theo quỹ đạo định sẵn đường tròn song song với mặt bàn trượt với sai số 0.015m, sai số có thể chấp nhận Phương Z dù hàm mục tiêu tọa độ không đổi thực tế đáp ứng lại nâng lên theo chiều âm hạ xuống, trình xác lập điều khiển Hình 5.24: Đáp ứng góc theo phương Y dây treo móc thí nghiệm 63 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.25: Đáp ứng góc theo phương X dây treo móc thí nghiệm Nhận xét khả khử dao động móc: Bộ điều khiển thực tế làm giảm dần góc lắc, cuối xác lập số dao động nhỏ nhiễu cảm biến, cần cải thiện thêm thiết bị phần cứng luật điều khiển để giảm mức thấp có thể Quỹ đạo thí nghiệm phức tạp so với quỹ đao thí nghiệm 1, góc lắc ổn định lâu Hình 5.26: Đáp ứng góc theo phương Y dây treo tải thí nghiệm 64 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.27: Đáp ứng góc theo phương X dây treo tải thí nghiệm Nhận xét khả khử dao động vật: Bộ điều khiển thực tế làm giảm dần góc lắc vật, cuối xác lập số dao động nhỏ nhiễu cảm biến, cần cải thiện thêm thiết bị phần cứng luật điều khiển để giảm mức thấp có thể Quỹ đạo thí nghiệm phức tạp so với quỹ đao thí nghiệm 1, góc lắc ổn định lâu Hình 5.28: Đáp ứng quỹ đạo tải thí nghiệm 65 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Trong đợt khảo sát thứ ba, cho quỹ đạo mục tiêu nửa đường trịn khơng gian tâm pc [0.3;0.3;1.15], bán kính r = 0.3 di chuyển giây, tăng tốc 1.2s, từ điểm [0.169;0.116;0.952] đến [0.43;0.484;1.35 ] Hình 5.29: Đáp ứng sai số theo phương X tải thí nghiệm Hình 5.30: Đáp ứng sai số theo phương Y tải thí nghiệm 66 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.31: Đáp ứng sai số theo phương Z tải thí nghiệm Hình 5.32: Đáp ứng bám quỹ đạo phương X tải thí nghiệm 67 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.33: Đáp ứng bám quỹ đạo phương Y tải thí nghiệm Hình 5.34: Đáp ứng bám quỹ đạo phương Z tải thí nghiệm Nhận xét khả bám quỹ đạo điều khiển: Bộ điều khiển thực tế đưa đưa vật nặng bám theo quỹ đạo định sẵn cung đường tròn với sai số 0.015m, sai số có thể chấp nhận Những đặc tính vật lý thực tế lại giúp hệ giảm vọt lố so với kết mô phỏng 68 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.35: Đáp ứng góc theo phương Y dây treo móc thí nghiệm Hình 5.36: Đáp ứng góc theo phương X dây treo móc thí nghiệm Nhận xét khả khử dao động móc: Bộ điều khiển thực tế làm giảm dần góc lắc, cuối xác lập số dao động nhỏ nhiễu cảm biến, cần cải thiện thêm thiết bị phần cứng luật điều khiển để giảm mức thấp có thể Quỹ đạo thí nghiệm phức tạp so với quỹ đao thí nghiệm trước, góc lắc ổn định lâu 69 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.37: Đáp ứng góc theo phương Y dây treo tải thí nghiệm Hình 5.38: Đáp ứng góc theo phương X dây treo tải thí nghiệm Nhận xét khả khử dao động vật: Bộ điều khiển thực tế làm giảm dần góc lắc vật, cuối xác lập số dao động nhỏ nhiễu cảm biến, cần cải thiện thêm thiết bị phần cứng luật điều khiển để giảm mức thấp có thể Quỹ đạo thí nghiệm phức tạp so với quỹ đao thí nghiệm trước, góc lắc ổn định lâu 70 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ Hình 5.39: Đáp ứng quỹ đạo tải thí nghiệm Nhận xét kết thực nghiệm: -Ta nhận thấy kết thực nghiệm phù hợp với kết mô phỏng matlab Sai số vị trí không vượt 0.015m, chủ yếu điểm tăng giảm tốc Sau hệ thống nhanh chóng đáp ứng bám lại xấp xỉ giây -Đáp ứng góc lắc tốt, biên độ lắc tối đa không 1.5 , chủ yếu chỗ tăng giảm tốc, sau tắt dần trạng thái ổn định -Ta nhận thấy tăng tốc độ lên, sai số tăng lên theo, đồng thời góc lắc tăng cao Tuy nhiên đáp ứng điều khiển có thể chấp nhận -Quan sát đồ thị so sánh thực tế mô phỏng, đáp ứng tương đồng Do có thể kết luận mơ hình động lực học luật điều khiển xây dựng phản ánh với mơ hình thực tế 71 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Luận văn dựa lý thuyết sở để hoàn thành mục tiêu đề Đầu tiên xây dựng mơ hình động lực học cho hệ cầu trục mô tả lắc đôi thông qua phương trình Euler-Lagrange Tiếp luận văn xây dựng điều khiển trượt nhằm điều khiển vật theo quỹ đạo định sẵn đồng thời giảm góc lắc tải Bộ điều khiển chứng minh tính ổn định bằng định lý Lyapunov, sau kiểm chứng tính xác bằng mơ phỏng Matlab thực nghiệm mơ hình có sẵn Các kết mơ phỏng thực nghiệm đạt đáp ứng tốt với yêu cầu đề cho hệ cầu trục Tuy nhiên toán đặt luận văn tải móc có khối lượng tập trung, chưa phản ánh chuyển động quay tải vật rắn Đồng thời việc tìm hệ số cho luật điều khiển khó khăn Một vấn đề khác luận văn chưa đặt mơ hình bối cảnh làm việc có tác động nhiễu gây ảnh hưởng Do có thể đề hướng phát triển cho đề tài xây dựng hệ cầu trục có mơ hình tốn với tải vật rắn, chuyển động quay tải có thể khảo sát đầy đủ Bên cạnh có thể phát triển thêm thuật tốn điều khiển thơng minh nhằm dị hệ số tốt cho điều khiển, thích ứng với thay đổi thơng số hệ Ngồi xây dựng thuật tốn điều khiển có thể khử tác động nhiễm môi trường làm việc 72 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Neil Singer, William Singhose & Eric Kriikku (1997) “An input shaping controller enabling cranes to move without sway” in American Nuclear Society 7th Topical Meeting on Robotics and Remote, Georgia, USA, 1997 [2] S Garrido, M Abderrahim, A Gimenez and C Balaguer (1997) “Anti-swinging Input Shaping Control of an Automatic Construction Crane” in IEEE Transactions on Automation Science and Engineering , Vol , Issue: , July 2008, 1997, pp 549 – 557 [3] Quang Hoang Nguyen, Soon-Geul Lee, Hyung Kim and Sang-Chan Moon (2014) “Trajectory planning for overhead crane by trolley acceleration shaping” in Springer Journal of Mechanical Science and Technology, Volume 28, Issue 7, July 2014, pp 2879–2888 [4] Hahn Park, Dongkyoung Chwa, and Keum-Shik Hong (2007) “A Feedback Linearization Control of Container Cranes:Varying Rope Length” in International Journal of control, automation, and systems, vol.5, no 4, 2017, pp 379-387 [5] Ing Marek Hičár, Ing Juraj Ritók, PhD (2006) “Robust Crane Control” in Acta Polytechnica Hungarica, Vlo.3, No2, 2006, pp 91-101 [6] Quang Hieu Ngo and Keum-Shik Hong, Senior Member, IEEE (2012) “SlidingMode Antisway Control of an Offshore Container Crane” in IEEE/ASME transactions on mechatronics, vol 17, no 2, april 2012, pp 201-209 [7] Tarunraj Singh and William Singhose (2002), “Tutorial on Input Shaping/Time Delay Control of Maneuvering Flexible Structures” in Proceedings of the 2002 American Control Conference (IEEE Cat No.CH37301), May 2002 [8] Ho-Hoon Lee and Sung-Kun Cho (2003), “A New Fuzzy-Logic Anti-Swing Controlfor Industrial Three-Dimensional Overhead Cranes” in IEEE international Conference on Robotics and Automation (Cat No.01CH37164), 2003, pp 25962561 [9] Anh Tuan Le and Soon-Geul Lee (2013), “Sliding mode controls of doublependulum crane system”, Journal of Mechanical Science and Technology , 2013, pp 1863-1873 [10] Ajeya Karajgikar , Joshua Vaughan and William Singhose (2014), “double pendulum crane operator performance comparing PD-feedback control and input sharping”, Advances in Computational Multibody Dynamics 2011, Eccomas Thematic Conference Brussels, Belgium, 4-7 July 2011 [11] Ehsan Maleki and William Singhose (2012), “Swing Dynamics and InputShaping Control of Human-Operated Double-Pendulum Boom Cranes” in Journal of Computational and Nonlinear, 2012, Vol / 031006, , pp 1863-1873 , pp 1-10 [12] Joshua Vaughan, Dooroo Kim, and William Singhose (2010), “Control of Tower Cranes With Double-Pendulum Payload Dynamics”, IEEE Transactions on control systems technology, Vol 18, no 2010, pp 1345 - 1358 [13] W O’Connor and H Habibi (2013), “Gantry crane control of a doublependulum, distributed-mass load, using mechanical wave concepts”, Mechanical Sciences, 4, 2013, pp 251-261 Luận văn thạc sĩ HV: Nguyễn Đăng Duy _ LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Đăng Duy Ngày sinh: 19/08/1988 Nơi sinh: Quảng Ngãi Địa liên lạc: 637/61/8, Quang Trung, P11, Gò Vấp, Tp HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Từ 2006 – 2011 : Học đại học Khoa Cơ Khí, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Từ 2017 – 2018: Học cao học Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa –ĐHQGHCM Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử Q TRÌNH CƠNG TÁC Từ 2011 – 2018 : Kỹ Sư nghiên cứu phát triển công ty Juki Vietnam, KCX Tân Thuận, Quận 7, Tp.HCM ... Thuật Cơ Điện Tử Mã số: 1770206 I TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN 3D CRANE SỬ DỤNG HÀM LYAPUNOV CHO HỆ PHI TUYẾN THEO BIẾN THỜI GIAN CONTROL 3D CRANE WITH LYAPUNOV FUNCTION FOR NONLINEAR TIME VARYING SYSTEM... _ LỜI CẢM ƠN Luận văn ? ?Điều khiển 3D crane sử dụng hàm Lyapunov cho hệ phi tuyến theo biến thời gian? ?? (Control 3D crane with Lyapunov function for nonlinear time varying... định Lyapunov ổn định tiệm cận Lyapunov Định lý Lyapunov: Cho phương trình trạng thái hệ phi tuyến có dạng x  f ( x, u, t ), x(t0 ) (2.31) Giả sử hệ có điểm cân bằng n Nếu tồn hàm V(x) cho