THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
4.1.7Điều khiển Swing-up
Bộ điều khiển Lật Ngược được sử dụng để đưa con lắc từ vị trí thẳng đứng hướng xuống lúc ban đầu đến vị trí thẳng đứng hướng lên. Tác giả thiết kế bộ điều khiển lật ngược tối ưu hơn so với bộ điều khiển Swing-Up trong công trình của K.Furuta và M. Yamakita là chỉ tác động điều khiển trên vùng B và C của miền không gian trạng thái nên sẽ không tối ưu được thời gian swing-up. (xem hình 4.4)
Thuật toán điều khiển dựng ngược con lắc được tiến hành trên cơ sở phân tích quỹ đạo chuyển động của con lắc trong miền không gian trạng thái. Miền không gian trạng thái thể hiện mối quan hệ giữa trạng thái vị trí góc alpha và vận tốc của góc alpha. Ta thấy rằng nếu vận tốc cánh tay bằng 0, tức khi cánh tay đứng yên ở gốc tọa độ (vị trí buông thõng) hay khi giá trị tuyệt đối của vận tốc cánh tay nhỏ thì ta cần gia tốc cho cánh tay một lực lớn để đưa con lắc lên vị trí dựng ngược.
Nếu con lắc lên tới vị trí lật ngược thì lực tác động phải bằng 0, hay khi con lắc đi lên gần vị trí lật ngược thì lực tác động lên cánh tay phải là rất nhỏ. Tác giả xây dựng bộ điều khiển swing-up dùng logic mờ với 2 biến trạng thái là vận tốc và vị trí của góc alpha.
Nếu vận tốc con lắc âm và góc con lắc dương hay vận tốc con lắc âm và góc con lắc âm thì cần gia tốc cánh tay theo chiều kim đồng hồ. Nếu vận tốc con lắc dương và góc con lắc dương hay vận tốc con lắc dương và góc con lắc âm thì cần gia tốc cánh tay ngược chiều kim đồng hồ. Khi vị trí cao nhất của con lắc ở xa vị trí lật ngược thì cần tác động lực lớn, khi con lắc đưa lên gần vị trí lật ngược thì lực tác động nhỏ.
Hình 4.4 Miền không gian trạng thái con lắc
Tác giả xây dựng bộ điều khiển lật ngược có thao tác điều khiển gia tốc cho cánh tay được thực hiện trên cả 4 vùng C và D (quay thuận theo chiều kim đồng hồ), A và B (quay ngược chiều kim đồng hồ), được thể hiện trên Hình 4.4. Sau một số chu kỳ dao động của con lắc, vị trí góc của con lắc sẽ đạt đến ± αb với vận tốc nhỏ, khi đó hệ điều khiển sẽ chuyển sang bộ điều khiển cân bằng.
Hình 4.5 Mô hình bộ điều khiển con lắc cân bằng và lật ngược