Điều khiển mờ trượt thích nghi cho hệ pendubot tại HCMUTE

• Tác giả: TS. Nguyễn Văn Đông Hải
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Điện-Điện Tử
• Đề tài: Hệ Thống Điều Khiển Mờ Trượt Cho Pendubot
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 1.1. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH
• 2. CHƯƠNG II: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 2.1. Điều kiện mô phỏng
• 2.2. Cân bằng tại chỗ
• 3. CHƯƠNG III: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 3.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu hệ thống điều khiển mờ trượt cho Pendubot tại HCMUTE

Nghiên cứu này tập trung vào hệ thống điều khiển mờ trượt cho Pendubot, một hệ thống cơ điện tử phức tạp thường được sử dụng trong nghiên cứu điều khiển robot. Hệ thống điều khiển được thiết kế tại Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE). Bài báo trình bày việc thiết kế và triển khai một giải pháp điều khiển mờ trượt để đạt được điều khiển chính xác và ổn định cho Pendubot, khắc phục những hạn chế của các phương pháp điều khiển truyền thống. Việc sử dụng thuật toán điều khiển mờ giúp hệ thống thích nghi tốt hơn với các thông số động lực học pendubot không chính xác hoặc thay đổi. Nghiên cứu này đóng góp vào lĩnh vực nghiên cứu điều khiển và ứng dụng thực tiễn của Robotics.

1.1 Mô hình hóa Pendubot và phương trình động lực học

Phần này tập trung vào mô hình hóa pendubot. Mô hình toán học của Pendubot được xây dựng dựa trên phương pháp Euler-Lagrange, bao gồm các phương trình toán học mô tả chuyển động của các khớp. Các tham số hệ thống như khối lượng, chiều dài, quán tính, ma sát được xác định. Mô hình Pendubot được xây dựng để phản ánh chính xác hành vi động lực học của hệ thống. Phân tích động lực học được thực hiện để hiểu rõ hơn về hành vi của hệ thống và xác định các đặc điểm quan trọng cần được điều khiển. Nghiên cứu cũng đề cập đến việc giải quyết các vấn đề như sự không chắc chắn trong mô hình, do các giả định đơn giản hóa trong quá trình mô hình hóa, ảnh hưởng đến độ chính xác của phương trình toán học. Việc mô phỏng pendubot bằng MATLAB/Simulink được thực hiện để kiểm chứng mô hình. Các kết quả mô phỏng được sử dụng để đánh giá độ chính xác của mô hình và điều chỉnh các tham số nếu cần thiết. Kiểm soát ổn định và kiểm soát chính xác của Pendubot là các mục tiêu chính trong quá trình thiết kế hệ thống điều khiển. Đây là một phần quan trọng của nghiên cứu, vì nó giúp đảm bảo rằng hệ thống hoạt động như mong muốn và đáp ứng các yêu cầu hiệu suất.

1.2 Thiết kế hệ thống điều khiển mờ trượt

Phần này trình bày thiết kế hệ thống điều khiển mờ trượt cho Pendubot. Thuật toán điều khiển mờ trượt được lựa chọn do khả năng xử lý tốt các hệ thống phi tuyến và không chắc chắn. Điều khiển mờ trượt kết hợp giữa điều khiển mờ và điều khiển trượt. Thuật toán điều khiển mờ được sử dụng để ước lượng các tham số động lực học không chắc chắn của hệ thống, trong khi thuật toán điều khiển trượt đảm bảo sự ổn định của hệ thống. Thiết kế bộ điều khiển bao gồm việc thiết lập các quy tắc mờ, các hàm thành viên mờ, và các thông số điều khiển. Phân tích ổn định của hệ thống được thực hiện dựa trên lý thuyết Lyapunov. Quá trình thiết kế chú trọng vào việc giảm thiểu hiện tượng dao động (chattering) trong điều khiển trượt. Việc sử dụng MATLAB/Simulink giúp mô phỏng và kiểm tra hiệu quả của thuật toán điều khiển. Kiểm tra và đánh giá hệ thống dựa trên các tiêu chí như thời gian đáp ứng, độ vượt, và độ ổn định. Hệ thống điều khiển thời gian thực được xem xét để triển khai trên hệ thống vật lý thực tế.

1.3 Kết quả mô phỏng và phân tích

Phần này trình bày kết quả mô phỏng của hệ thống điều khiển mờ trượt cho Pendubot sử dụng MATLAB/Simulink. Các kết quả mô phỏng được sử dụng để đánh giá hiệu quả của giải thuật điều khiển. Phân tích hệ thống bao gồm việc đánh giá các chỉ số hiệu suất như thời gian đáp ứng, độ vượt, và độ ổn định của hệ thống. So sánh thuật toán điều khiển mờ trượt với các thuật toán điều khiển khác như PID hay LQR được thực hiện để đánh giá ưu điểm của phương pháp được đề xuất. Kiểm soát ổn định và kiểm soát chính xác được đánh giá qua các đồ thị đáp ứng và các chỉ số thống kê. Các vấn đề trong điều khiển Pendubot như hiện tượng dao động (chattering) và sự ảnh hưởng của nhiễu được phân tích. Ưu điểm của điều khiển mờ trượt như khả năng thích nghi với các thông số không chắc chắn của hệ thống được làm nổi bật. Nhược điểm của phương pháp cũng được chỉ ra, tạo cơ sở cho các nghiên cứu mở rộng trong tương lai. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống điều khiển cũng được thảo luận.

1.4 Kết luận và hướng phát triển

Phần này tóm tắt các kết quả nghiên cứu và kết luận về hiệu quả của hệ thống điều khiển mờ trượt cho Pendubot. Ứng dụng của pendubot trong thực tế được thảo luận, bao gồm các lĩnh vực như robot di động, điều khiển hệ thống cơ khí phức tạp. Hướng phát triển của nghiên cứu bao gồm việc triển khai hệ thống điều khiển trên hệ thống pendubot thực tế, nghiên cứu và cải tiến thuật toán để nâng cao hiệu suất, và mở rộng ứng dụng cho các hệ thống khác. Nghiên cứu khoa học HCMUTE đóng góp đáng kể vào lĩnh vực điều khiển tự động và robotics. Luận văn tốt nghiệp HCMUTE liên quan đến chủ đề này có thể tham khảo nghiên cứu này. Các kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, góp phần vào sự phát triển của công nghệ điều khiển tự động ở Việt Nam. Tối ưu hóa hệ thống điều khiển là một hướng nghiên cứu quan trọng trong tương lai. Cải thiện khả năng thích ứng của hệ thống với các điều kiện hoạt động khác nhau sẽ làm tăng tính thực tiễn của nghiên cứu.