I. Tổng quan về đề tài
Chương này trình bày tổng quan về hệ thống hệ bóng thanh và ứng dụng của nó trong thực tế. Hệ thống này được sử dụng để kiểm tra các giải thuật điều khiển khác nhau, bao gồm cả điều khiển tuyến tính và phi tuyến. Mục tiêu của luận văn là thiết kế và áp dụng điều khiển mờ trượt cho hệ thống này. Hệ bóng thanh có hai dạng chính: trục giữa và trục lệch. Hệ trục lệch đòi hỏi thách thức lớn hơn trong việc điều khiển do tính không ổn định tại vị trí 0. Việc nghiên cứu và phát triển các giải pháp điều khiển cho hệ thống này có ý nghĩa quan trọng trong lĩnh vực kỹ thuật điều khiển.
1.1. Mục tiêu của luận văn
Mục tiêu chính của luận văn là thiết kế điều khiển mờ trượt cho hệ bóng thanh, nhằm cải thiện khả năng ổn định và độ chính xác của hệ thống. Học viên sẽ tiến hành mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink và áp dụng vào mô hình thực tế. Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu quả điều khiển mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của hệ thống trong các lĩnh vực khác nhau.
1.2. Nhiệm vụ của đề tài
Các nhiệm vụ của đề tài bao gồm nghiên cứu và lập trình nhúng trên vi xử lý DSP, xây dựng phương trình toán học cho hệ thống, thiết kế bộ điều khiển mờ trượt và thực hiện mô phỏng. Những nhiệm vụ này sẽ giúp xác định các thông số điều khiển phù hợp và kiểm chứng tính khả thi của giải pháp đề xuất.
II. Cơ sở lý thuyết
Chương này giới thiệu về mô hình toán học của hệ bóng thanh và các phương pháp điều khiển. Hệ thống bóng thanh được mô tả bằng các phương trình động lực học, cho phép phân tích và thiết kế các bộ điều khiển. Điều khiển trượt và điều khiển mờ trượt là hai phương pháp chính được nghiên cứu. Điều khiển trượt giúp duy trì ổn định cho hệ thống trong khi điều khiển mờ trượt cho phép xử lý các bất định và không chính xác trong quá trình điều khiển. Việc áp dụng các phương pháp này sẽ giúp cải thiện hiệu suất của hệ thống.
2.1. Mô hình toán học hệ thống bóng thanh
Mô hình toán học của hệ bóng thanh được xây dựng dựa trên các định luật vật lý cơ bản. Hệ thống bao gồm một quả bóng và một thanh nghiêng, với các lực tác động như trọng lực và lực ma sát. Các phương trình chuyển động được thiết lập để mô tả sự thay đổi vị trí của quả bóng theo thời gian. Việc hiểu rõ mô hình này là rất quan trọng để thiết kế các bộ điều khiển hiệu quả.
2.2. Điều khiển trượt cho hệ bóng thanh
Điều khiển trượt là một phương pháp điều khiển mạnh mẽ, cho phép hệ thống duy trì trạng thái ổn định ngay cả khi có sự thay đổi trong điều kiện hoạt động. Phương pháp này sử dụng một luật điều khiển để điều chỉnh đầu vào của hệ thống nhằm đạt được trạng thái mong muốn. Việc áp dụng điều khiển trượt cho hệ bóng thanh giúp cải thiện khả năng phản ứng và độ chính xác của hệ thống trong việc duy trì vị trí của quả bóng.
III. Kết quả mô phỏng
Chương này trình bày kết quả mô phỏng của các phương pháp điều khiển đã được thiết kế. Mô phỏng được thực hiện trên phần mềm Matlab/Simulink, cho phép kiểm tra hiệu suất của điều khiển mờ trượt và điều khiển trượt. Kết quả cho thấy rằng điều khiển mờ trượt có khả năng xử lý tốt các bất định và duy trì ổn định cho hệ thống. Các biểu đồ và số liệu thu được từ mô phỏng sẽ được phân tích để đánh giá hiệu quả của từng phương pháp.
3.1. Xây dựng đối tượng trên mô phỏng
Đối tượng mô phỏng được xây dựng dựa trên mô hình toán học đã thiết lập. Các thông số của hệ thống được nhập vào phần mềm để tạo ra mô hình mô phỏng chính xác. Việc này cho phép kiểm tra các điều kiện hoạt động khác nhau và đánh giá hiệu suất của các bộ điều khiển. Kết quả mô phỏng sẽ cung cấp thông tin quý giá cho việc điều chỉnh và tối ưu hóa các thông số điều khiển.
3.2. Kết quả thực tế khi dùng SMC và điều khiển mờ trượt
Kết quả thực tế từ mô hình bóng thanh cho thấy sự khác biệt rõ rệt giữa hai phương pháp điều khiển. Điều khiển mờ trượt cho phép hệ thống phản ứng nhanh hơn và chính xác hơn so với điều khiển trượt. Các số liệu thu thập được từ thực nghiệm sẽ được so sánh với kết quả mô phỏng để xác nhận tính khả thi của các giải pháp đã đề xuất.
IV. Kết luận và hướng phát triển
Chương cuối cùng tổng kết những kết quả đạt được từ nghiên cứu và mô phỏng. Các nhiệm vụ đã hoàn thành bao gồm thiết kế và áp dụng điều khiển mờ trượt cho hệ bóng thanh. Những hạn chế trong nghiên cứu cũng được chỉ ra, cùng với các hướng phát triển trong tương lai. Việc mở rộng nghiên cứu sang các hệ thống khác hoặc cải tiến các phương pháp điều khiển hiện tại sẽ là những bước đi tiếp theo quan trọng.
4.1. Những nhiệm vụ đã hoàn thành
Luận văn đã hoàn thành các nhiệm vụ chính như thiết kế mô hình điều khiển, thực hiện mô phỏng và áp dụng vào thực tế. Những kết quả đạt được cho thấy tính khả thi của phương pháp điều khiển mờ trượt trong việc duy trì ổn định cho hệ bóng thanh.
4.2. Hướng phát triển
Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc nghiên cứu sâu hơn về các thuật toán điều khiển thông minh khác, hoặc áp dụng các công nghệ mới vào hệ thống bóng thanh. Việc này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của hệ thống trong các lĩnh vực khác nhau.
