Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật Cơ điện tử: Điều khiển con lắc ngược quay

q BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - TRẦN VĂN HÀO ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC QUAY LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Mã ngành : 60520114 TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2017 q BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - TRẦN VĂN HÀO ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC QUAY LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Mã ngành : 60520114 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học : PGS.TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG PGS.TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại Học Công Nghệ Tp.HCM ngày … tháng … năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm : TT Họ tên Chức danh Hội đồng TS Nguyễn Hùng Chủ tịch TS Ngô Hà Quang Thịnh Phản biện TS Ngô Mạnh Dũng Phản biện TS Bùi Thanh Luân Ủy viên TS Võ Tường Quân Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn sau Luận văn sửa chữa ( có ) Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC Độc lập – Tự – Hạnh phúc TP.HCM, ngày … tháng 04 năm 2017 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : Trần Văn Hào Giới tính : nam Ngày, tháng, năm sinh : 21/07/1976 Nơi sinh : Lạng Sơn Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ Điện Tử MSHV : 1441840003 I – Tên đề tài : ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC QUAY II – Nhiệm vụ nội dung : • Nghiên cứu mơ hình lắc ngược quay: thông số hệ hệ số ma sát, moment qn tính… • Tìm hiểu điều khiển trượt • Xây dựng thuật tốn điều khiển trượt tối ưu III – Ngày giao nhiệm vụ : 22/12/2015 IV – Ngày hoàn thành nhiệm vụ : 15/04/2017 V – Cán hướng dẫn : PGS.TS.NGUYỄN THANH PHƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ( Họ tên chữ ký ) PGS.TS Nguyễn Thanh Phương KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH ( Họ tên chữ ký ) PGS.TS Nguyễn Thanh Phương LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết luận văn trung thực, số tham khảo trích dẫn từ cơng trình cơng bố tạp chí khoa học chun ngành có uy tín kỷ yếu hội nghị quốc tế Tp.Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2017 Học viên thực Luận văn TRẦN VĂN HÀO i LỜI CẢM ƠN Luận văn thực theo chương trình đào tạo thạc sĩ Trường Đại Học Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh ( HUTECH ) Học viên xin chân thành gửi lời tri ân sâu sắc đến q thầy cơ, bạn bè gia đình Đến Thầy PGS.TS Nguyễn Thanh Phương tận tình hướng dẫn, giúp đỡ đóng góp ý kiến quý báo để học viên hoàn thiện Luận văn Đến quý thầy cô Khoa Cơ – Điện – Điện tử Trường Đại Học Cơng Nghệ Thành Phố Hồ Chí Minh trang bị cho học viên kiến thức bổ ích Đến bạn học viên lớp cao học Cơ – Điện – Tử niên khóa 2014 Đến gia đình người thân tạo điều kiện, ủng hộ, động viên suốt trình học tập thời gian thực luận văn Học viên TRẦN VĂN HÀO ii TÓM TẮT Hệ lắc ngược quay đối tượng điều khiển phi tuyến thường sử dụng phòng điều khiển tự động Nhiều giải thuật thử nghiệm đối tượng Luận văn trình bày việc thiết kế luật điều khiển sở kỹ thuật điều khiển trượt cho hệ lắc ngược quay Mơ hình tốn học hệ lắc ngược quay xây dựng làm tảng cho việc thiết kế luật điều khiển Luận điều khiển trượt thiết kế để thực mục tiêu cân ổn định cho hệ lắc ngược Luật điều khiển kiểm chứng thông qua kết mô phần mềm Matlab – Simulink Mơ hình vật lý hệ lắc ngược xây dựng để kiểm chứng giải thuật thiết kế iii ABSTRACT Rotary Inverted Pendulum ( RIP ) is a nonlinear model that is popularly used in automatic control laboratories A lot of algorithms have been developed for this model This thesis will present the design of control law on the basis of sliding control technique for RIP The mathematical model of RIP is contructed as the basis for the design of the control law The sliding control law is design to achieve for balancing and stabilizing for Inverted Pendulum system The control law is verified through simulation results by Matlab – Simulink software The physical model are built to verify the designed algorithm iv MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Abstract iv Mục lục v Danh mục từ viết tắt thuật ngữ đối chiếu ix Danh sách bảng x Danh sách hình xi Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu, kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.1.1 Tổng quan chung lĩnh vực nghiên cứu 1.1.2 Các kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nhiệm vụ giới hạn đề tài v 1.3.1 Nhiệm vụ đề tài 1.3.2 Giới hạn đề tài 1.4 Phương pháp nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan điều khiển phi tuyến 2.2 Lý thuyết điều khiển trượt 2.2.1 Giới thiệu điều khiển trượt 2.2.2 Khái niệm mặt trượt 2.2.2.1 Một số ký hiệu đơn giản hóa 2.2.2.2 Xây dựng phương trình Filippov cho hệ động học 13 2.2.2.3 Khả thực xác 14 2.2.2.4 Triển khai trực tiếp luật chuyển mạch 18 2.2.3 Luật điều khiển chuyển mạch xấp xỉ liên tục 18 Chương THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 25 3.1 Mô hình hệ thống lắc ngược quay 25 3.2 Thiết lập mô hình tốn học hệ thống lắc ngược quay 25 3.3 Thiết kế hệ thống điều khiển trượt 31 3.4 Thiết kế điều khiển lật ngược 35 vi ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - TRẦN VĂN HÀO ĐIỀU KHIỂN CON LẮC NGƯỢC QUAY LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ Thuật Cơ Điện Tử Mã ngành : 60520114 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:... tượng điều khiển phi tuyến thường sử dụng phòng điều khiển tự động Nhiều giải thuật thử nghiệm đối tượng Luận văn trình bày việc thiết kế luật điều khiển sở kỹ thuật điều khiển trượt cho hệ lắc ngược. .. thành công điều khiển LQR dựa logic mờ điều khiển cho lắc ngược kép, kết thiết kế cho phép điều khiển góc lắc ngược kép vị trí xe Tác giả hiệu điều khiển mờ tốt nhiều so với điều khiển LQR [10]