CÂN BẰNG HỆ ACROBOT
5. CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI
Trong đề tài luận văn này học viên đã thực hiện được các công việc sau:
Khái quát tổng quan các công trình nghiên cứu liên quan và từ đó chọn ra phương pháp điều khiển để thực hiện nghiên cứu đề tài luận văn.
Nghiên cứu và xây dựng mô hình toán và các đặc tính động học, động lực học của hệ Acrobot.
Trình bày củng cố các lý thuyết điều khiển hiện đại, điều khiển thông minh được sử dụng vào việc điều khiển mô hình Acrobot.
Nghiên cứu, thiết kế các bộ điều khiển, hồi tiếp tuyến tính hóa, bộ điều khiển LQR, bộ điều khiển mờ tự do. Đồng thời mô phỏng có hình hoạt họa bằng Simulink đặc tính động học của hệ Acrobot và các bộ điều khiển giữ cân bằng cho hệ thống.
Nghiên cứu họ vi điều khiển C2000 của Texas Instrument điển hình là chip vi điều khiển TMS320F28335, các thư viện và cách lập trình bằng ngôn ngữ C và ngôn ngữ matlab/Simulink để phục vụ cho việc thi công thực tế các bộ điều khiển.
Thiết kế và thi công mới hệ Acrobot phần cơ khí và các mạch điện tử điều khiển và giao tiếp với máy tính bằng chương trình trực quan.
Lập trình bộ điều khiển Swing- up và giữ thăng bằng LQR nhúng giải thuật thực tế trên board TMS320F28335 nhằm điều khiển giữ Swing-up và giữ thăng bằng mô hình cơ khí thực tế của hệ Acrobot.
Các hạn chế của đề tài là học viên chưa có kinh nghiệm thiết kế cơ khí dẫn tới tình trạng sai số nhiều so với mô phỏng ban đầu. Quá trình swing-up hệ Acrobot từ vị trí cân
bằng ổn dịnh hướng xuống đến vị trí cân bằng không ổn định hướng lên chưa tối ưu thời gian. Phần cơ khí của hệ Acrobot thi công các thanh quá nặng, ma sát, momen chưa tìm được thông số chính xác và bộ truyền động hoạt động chưa tốt nên việc Swing-up và giữ thăng bằng chỉ giới hạn trong các góc nhỏ và nhiễu hệ thống ít. Đồng thời các ổ bi đũa và hệ thống dây đai truyền động làm các hệ số ma sát khá lớn và không phải là hằng số dẫn đến việc khó xác định đúng các thống số mô hình thực nên việc thi công điều khiển thực chưa đạt được chất lượng.
5.2. Đóng góp khoa học của luận văn.
Luận văn đã đưa ra được cái nhìn tổng quan về các phương pháp điều khiển của các nhà nghiên cứu trước đó, thấy được ưu và khuyết điểm của từng phương pháp.
Luận văn đưa ra được 2 phương pháp điều khiển cho quá trình Swing-up hệ Acrobot là phương pháp điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa riêng phần và phương pháp điều khiển mờ tự do. Cả hai phương pháp đều cho kết quả mô phỏng khá tốt, hệ thống Swing-up trong khoảng thời gian 3s và ổn định trong thời gian ngắn tại vị trí cân bằng ngược.
Do những khuyết điểm của mô hình cơ khí dẫn tới quá trình nhúng không ra được kết quả như mô phỏng. Tuy nhiên, từ mô hình thi công cơ khí của học viên sẽ rút ra được những thiếu sót cần khắc phục cho những đối tượng có mô hình tương tự khi thiết kế cơ khí áp dụng cho đề tài sau này.
5.3. Hướng phát triển của đề tài:
Các cộng cụ lập trình và thư viện hỗ trợ phát mã C trên matlab/simulink cho dòng vi điều khiển C2000 hỗ trợ việc lập trình các bộ điều khiển phức tạp trở nên đơn giản hơn và hoàn toàn giống với các bộ điều khiển được xây dựng tính toán cho mô phỏng, từ đó ta thấy các bộ điều khiển giải thuật phức tạp nếu thực hiện mô phỏng được thì sẽ thi công được trên thực tế một cách đơn giản và dễ dàng. Từ đó mở ra một hướng nghiên cứu phân tích và điều khiển các hệ thống có tính phức tạp và độ phi tuyến cao, với các thuật toán thông minh hơn (điều khiển trượt, điều khiển thích
nghi tự chỉnh định thông số, sử dụng mạng noron…) và đạt được chất lượng điều khiển tốt hơn.
Phát triển các giải thuật điều khiển Swing-up hiệu quả hơn, thông minh hơn như điều khiển mạng noron, điều khiển thích nghi trực tiếp, gián tiếp tự dò tìm thông số.
Tìm hiểu thuật toán điều khiển cũng như phân tích nghiên cứu các hệ thống thiếu cơ cấu truyền động bậc cao hơn hệ Acrobot (hệ Acrobot là hệ thiếu cơ cấu truyền động bậc 2).
Chỉnh sửa mô hình thực tế để đạt được chất lượng điều khiển cao hơn, đồng thời xây đựng các bộ điều khiển thực tế để tối ưu hơn quá trình swing-up hệ Acrobot trên board TMS320F28335.