CHƯƠNG 2 THUẬT TOÁN GIẢM BẬC MƠ HÌNH
3.4 Ứng dụng giảm bậc mơ hình cho bài tốn điều khiển cân bằng xe hai bánh
3.4.2. Sử dụng bộ điều khiển giảm bậc để điều khiển cân bằng xe hai bánh
3.4.2.1 Sử dụng bộ điều khiển giảm bậc theo thuật toán chặt cân bằng gián tiếp
Sử dụng các bộ điều khiển bậc 5, bậc 4 để điều khiển mơ hình phi tuyến của xe hai bánh tự cân bằng theo sơ đồ cấu trúc như sau:
Hình 3.14. Mơ hình Simulink hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh
Kết quả mô phỏng:
- Khi các tham số của mơ hình xe hai bánh là danh định (bảng 3.1) và ban đầu xe
lệch khỏi phương thẳng đứng một góc ( )
180 rad
π θ =
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time (sec) R a d ia n
Dap ung goc nghieng dau ra - Ban dau xe lech goc pi/180 Su dung bo dieu khien bac 15
Su dung bo dieu khien bac 5 theo thuat toan chat can bang gian tiep
Hình 3. 15. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển gốc và bộ điều khiển bậc 5 theo thuật toán chặt cân bằng gián tiếp
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 5 là
+ Số lần dao động: 3 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 Time (sec) R a d ia n
Dap ung goc nghieng dau ra - Ban dau xe lech goc pi/180
Su dung bo dieu khien bac 4 theo thuat toan chat can bang gian tiep
Hình 3. 16. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 4 theo thuật toán chặt cân bằng gián tiếp
Hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 4 khơng có
khả năng cân bằng xe hai bánh.
- Khi xe mang tải mt =5Kg, chiều cao trọng tâm xe thay đổi (tăng lên 5cm), xe lệch
khỏi phương thẳng đứng một góc ( )
180 rad
π
0 2 4 6 8 10 12 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time(sec) R a d ia n
Dap ung goc nghieng dau ra - Ban dau xe lech goc pi/180 Su dung bo dieu khien bac 15
Su dung bo dieu khien bac 5 theo thuat toan chat can bang gian tiep
Hình 3. 17. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển gốc và bộ điều khiển bậc 5 khi thơng của mơ hình xe hai bánh thay
đổi
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 5 là
+ Số lần dao động: 7 lần + Thời gian ổn định : 10 s + Sai lệch tĩnh : 0%
- Khi xe mang tải mt =5Kg, chiều cao trọng tâm xe thay đổi (giảm 5cm), xe lệch
khỏi phương thẳng đứng một góc ( )
180 rad
π
0 2 4 6 8 10 12 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time (sec) R a d ia n
Dap ung goc nghieng dau ra - Ban dau xe lech goc pi/180 Su dung bo dieu khien bac 15
Su dung bo dieu khien bac 5 theo thuat toan chat can bang gian tiep
Hình 3. 18. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển gốc và bộ điều khiển bậc 5 khi thơng của mơ hình xe hai bánh thay
đổi
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 5 là
+ Số lần dao động: 3 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
Nhận xét:
- Sử dụng bộ điều khiển bậc 5 theo thuật toán chặt cân bằng gián tiếp có thể
điều khiển cân bằng cho mơ hình xe hai bánh. Đáp ứng đầu ra của bộ điều khiển bậc
5 có sai lệch so với đáp ứng đầu ra của bộ điều khiển gốc
- Bộ điều khiển bậc 4 theo thuật toán chắt cân bằng gián tiếp khơng có khả năng điều khiển cân bằng xe hai bánh.
Sử dụng các bộ điều khiển bậc 5, bậc 4, bậc 3, bậc 2 để điều khiển mơ hình phi tuyến của xe hai bánh tự cân bằng theo sơ đồ cấu trúc như sau:
Hình 3.19. Mơ hình Simulink hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh
Kết quả mô phỏng:
- Khi các tham số của mơ hình xe hai bánh là danh định (bảng 3.1) và ban đầu xe
lệch khỏi phương thẳng đứng một góc ( )
180 rad
π θ =
0 2 4 6 8 10 12 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time (sec) R a d ia n
Dap ung goc nghieng dau ra - Ban dau xe lech goc pi/180 Su dung bo dieu khien bac 15
Su dung bo dieu khien bac 5 theo thuat toan chat can bang truc tiep
Hình 3. 20. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển gốc và bộ điều khiển bậc 5 theo thuật toán chặt cân bằng trực tiếp
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 5 là
+ Số lần dao động: 3 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
0 2 4 6 8 10 12 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02
Dap ung goc nghieng dau ra - Ban dau xe lech goc pi/180
Time (sec) R a d ia n
Su dung bo dieu khien bac 15
Su dung bo dieu khien bac 4 theo thuat toan chat can bang truc tiep Su dung bo dieu khien bac 3 theo thuat toan chat can bang truc tiep Su dung bo dieu khien bac 2 theo thuat toan chat can bang truc tiep
Hình 3. 21. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển gốc và bộ điều khiển bậc 4, bậc 3, bậc 2 theo thuật toán chặt cân
bằng trực tiếp
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 4 là
+ Số lần dao động: 4 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 3 là
+ Số lần dao động: 1 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 2 là
+ Số lần dao động: 8 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
- Khi xe mang tải mt =5Kg, chiều cao trọng tâm xe thay đổi (tăng 5cm), xe lệch
khỏi phương thẳng đứng một góc ( ) 180 rad π θ = . 0 2 4 6 8 10 12 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time (sec) R a d ia n
Dap ung goc nghieng dau ra - Ban dau xe lech goc pi/180 Su dung bo dieu khien bac 15
Su dung bo dieu khien bac 5 theo thuan toan chat can bang truc tiep
Hình 3. 22. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển gốc và bộ điều khiển bậc 5 theo thuật toán chặt cân bằng trực tiếp
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 5 khi tham số mơ hình thay đổi là
+ Số lần dao động: 3 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
0 2 4 6 8 10 12 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time (sec) R a d ia n
Dap ung goc nghieng dau ra - Ban dau xe lech goc pi/180 Su dung bo dieu khien bac 15
Su dung bo dieu khien bac 4 theo thuan toan chat can bang truc tiep Su dung bo dieu khien bac 3 theo thuan toan chat can bang truc tiep
Hình 3. 23. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển gốc và bộ điều khiển bậc 4, bậc 3 theo thuật toán chặt cân bằng trực
tiếp
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 4 khi tham số mơ hình thay đổi là
+ Số lần dao động: 4 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 3 khi tham số mơ hình thay đổi là
+ Số lần dao động: 2 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
0 5 10 15 20 25 30 -0.015 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time (sec) R a d ia n
Dap ung goc nghieng dau ra - Ban dau xe lech goc pi/180 Su dung bo dieu khien bac 15
Su dung bo dieu khien bac 2 theo thuat toan chat can bang truc tiep
Hình 3. 24. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển gốc và bộ điều khiển bậc 2 theo thuật toán chặt cân bằng trực tiếp
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 2 khi tham số mơ hình thay đổi là
+ Số lần dao động: 28 lần + Thời gian ổn định : 20 s + Sai lệch tĩnh : 0%
- Khi xe mang tải mt =5Kg, chiều cao trọng tâm xe thay đổi (giảm 5cm), xe lệch
khỏi phương thẳng đứng một góc ( )
180 rad
π
0 2 4 6 8 10 12 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time (sec) R a d ia n
Dap ung goc nghieng dau ra Su dung bo dieu khien bac 15
Su dung bo dieu khien bac 5 theo thuat toan chat can bang truc tiep
Hình 3. 25. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển gốc và bộ điều khiển bậc 5 theo thuật toán chặt cân bằng trực tiếp
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 5 khi tham số mơ hình thay đổi là
+ Số lần dao động: 3 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
0 2 4 6 8 10 12 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time (sec) R a d ia n
Dap ung goc nghieng dau ra - Ban dau xe lech goc pi/180 Su dung bo dieu khienr bac 15
Su dung bo dieu khien bac 4 theo thuat toan chat can bang truc tiep Su dung bo dieu khien bac 3 theo thuat toan chat can bang truc tiep
Hình 3. 26. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển gốc và bộ điều khiển bậc 4, bậc 3 theo thuật toán chặt cân bằng trực
tiếp
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 4 khi tham số mơ hình thay đổi là
+ Số lần dao động: 3 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 3 khi tham số mơ hình thay đổi là
+ Số lần dao động: 1 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0.01 -0.005 0 0.005 0.01 0.015 0.02 Time (sec) R a d ia n
Dap ung goc nghieng dau ra - Ban dau xe lech goc pi/180 Su dung bo dieu khienr bac 15
Su dung bo dieu khienr bac 2 theo thuat toan chat can bang truc tiep
Hình 3. 27. Đáp ứng đầu ra của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển gốc và bộ điều khiển bậc 4, bậc 3 theo thuật toán chặt cân bằng trực
tiếp
Chất lượng đáp ứng của hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh sử dụng bộ điều khiển bậc 2 khi tham số mơ hình thay đổi là
+ Số lần dao động: 7 lần + Thời gian ổn định : 6 s + Sai lệch tĩnh : 0%
Nhận xét:
- Sử dụng bộ điều khiển bậc 5,4, 3, 2 theo thuật toán chặt cân bằng trực tiếp có thể điều khiển cân bằng cho mơ hình xe hai bánh, trong đó đáp ứng đầu ra của bộ
điều khiển bậc 5 hoàn tồn trùng khít với đáp ứng đầu ra của bộ điều khiển gốc, đáp ứng đầu ra của bộ điều khiển bậc 4 có sự sai khác so với đáp ứng của bộ điều khiển
gốc. Đáp ứng đầu ra của bộ điều khiển bậc 3, bậc 3 có sự sai khác nhiều so với đáp