6. Bố cục và nội dung của luận án
4.2.2.Cấu trúc hệ thống điều khiển với NEW_HAC_GA
Bài toán điều khiển ở đây là kiểm soát đƣợc vị trí của quả bóng trên thanh đỡ. Bằng cách sử dụng sensor vị trí GP2D12, thông tin về vị trí của quả bóng đƣợc gửi về và đƣợc so sánh với giá trị đặt, tín hiệu sai lệch sẽ đƣợc đƣa đến bộ điều khiển, từ đó bộ điều khiển sẽ gửi tín hiệu để điều khiển góc quay của động cơ một chiều Tower Pro MG995. Cấu trúc điều khiển hệ thống nhƣ hình 4.18.
Hình 4.18. Cấu trúc hệ thống điều khiển Ball and Beam
NEW_HAC_GA đƣợc thiết kế trên nền Matlab/Simulink và thực hiện kết nối với hệ thống thông qua Arduino board có giao diện nhƣ hình 4.19.
- Khâu đọc tín hiệu phản hồi vị trí bóng (Ball position)
Hình 4.20. Khâu đọc tín hiệu phản hồi vị trí bóng (Ball position)
- Các khối chức năng trong Arduino board:
Hình 4.21.Arduino IO setup (Khối kết nối vào/ra)
Hình 4.22. Real-Time Pacer (Khối thiết lập thời gian thực)
Hình 4.23. Servo write (Khối cấu hình điều khiển động cơ servo)
Hình 4.24. Arduino analog read (Khối đọc tín hiệu analog)
4.2.3. Kết quả thí nghiệm
Hình 4.25. Đáp ứng của hệ khi sử dụng NEW_HAC_GA
Nhận xét:
- Kết quả thí nghiệm cho thấy, trong khoảng thời gian [0 - 28s], NEW_HAC_GA đáp ứng đƣợc các chỉ tiêu về chất lƣợng với thời gian đáp ứng khoảng 13.5s, độ quá điều chỉnh 20%. Trong khoảng thời gian [28 - 53]s, khi có tác động ngoài (nhiễu phụ tải 45%), bộ điều khiển vẫn đáp ứng đƣợc với thời gian đáp ứng khoảng 20s.
- So với kết quả mô phỏng thì kết quả thí nghiệm (xét trong khoảng thời gian [0 - 28s]) không tốt bằng, tồn tại sai lệch và nhiễu. Các chỉ tiêu trong quá trình mô phỏng tốt hơn với thời gian xác lập nhanh, độ quá điều chỉnh nhỏ do chƣa tính đến đến các thành phần nhiễu trong quá trình làm việc thực tế. Tuy nhiên NEW_HAC_GA vẫn đáp ứng đƣợc các chỉ tiêu chất lƣợng mà hệ thống thực yêu cầu. Nguyên nhân tồn tại nhiễu và sai lệch trên là do:
+ Đối với hệ thống thực, do có nhiều thành phần nhiễu trong quá trình làm việc (nhiễu do động cơ, nhiễu do ma sát, ... ) nên Ball không đứng yên trên một vị trí cố định trên Beam và luôn dao động quanh vị trí cân bằng.
+ Kết quả thí nghiệm vẫn tồn tại thành phần nhiễu do các khâu đo lƣờng và truyền tín hiệu. Nếu thiết kế thêm bộ lọc sẽ khắc phục và xử lí đƣợc thành phần nhiễu tồn tại trên cho hệ thống. Tuy nhiên, vì mục tiêu chính của luận án là thí nghiệm chứng tỏ tính khả dụng của HAC trong thực tế nên vấn đề thiết kế bộ lọc cho HAC sẽ đƣợc đƣa vào hƣớng nghiên cứu tiếp theo của luận án.
- Kết quả thí nghiệm đã chứng minh tính đúng đắn của NEW_HAC cải tiến với bộ thông số tìm đƣợc một cách tự động. Việc thiết kế bộ điều khiển đã đơn giản hơn nhƣng vẫn đảm bảo chất lƣợng hệ thống và đáp ứng đƣợc với những thay đổi của hệ thống. Từ thực nghiệm cho thấy NEW_HAC_GA mở ra khả năng ứng dụng đƣợc cho các đối tƣợng công nghiệp.