I. Hệ thống điều khiển trượt và ứng dụng tại HCMUTE
Bài báo tập trung vào việc thiết kế và ứng dụng hệ thống điều khiển trượt cho hệ thống bóng và thanh trục lệch, một hệ thống phức tạp thường được sử dụng trong nghiên cứu điều khiển tự động tại Đại học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh (HCMUTE). Nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc kiểm chứng các thuật toán điều khiển hiện đại, đặc biệt là trong lĩnh vực điều khiển phi tuyến. Vấn đề chính được đề cập là khả năng giữ cân bằng hệ thống, một thách thức do bản chất không ổn định của hệ thống và ảnh hưởng của ma sát, quán tính cũng như độ chính xác của cảm biến. Hệ thống bóng và thanh trục lệch đặt ra yêu cầu cao về thiết kế bộ điều khiển, đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn.
1.1 Mô hình toán học hệ thống bóng và thanh trục lệch
Phần này tập trung vào việc xây dựng mô hình toán học chính xác cho hệ thống bóng và thanh trục lệch. Các phương trình động lực học được thiết lập dựa trên các nguyên lý cơ bản của vật lý, bao gồm phương trình động lực học của quả bóng và thanh, lực hấp dẫn, và các lực tác động lên hệ thống. Mô hình này là cơ sở để thiết kế hệ thống điều khiển. Các biến quan trọng như vị trí quả bóng, góc lệch thanh, và mô men động cơ được đưa vào mô hình. Việc xây dựng mô hình dựa trên các giả định hợp lý giúp đơn giản hóa tính toán mà vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết cho việc thiết kế hệ thống điều khiển. Mô hình toán học này được kiểm chứng thông qua các phép mô phỏng trên phần mềm Matlab/Simulink. Các phương trình được lập ra nhằm mô tả chính xác chuyển động của hệ thống, giúp cho việc thiết kế hệ thống điều khiển hiệu quả hơn. Hệ thống nhúng cũng được xem xét để ứng dụng thực tế.
1.2 Thiết kế hệ thống điều khiển trượt
Phần này trình bày chi tiết về thiết kế hệ thống điều khiển trượt (Sliding Mode Control - SMC). Thuật toán điều khiển trượt được lựa chọn do khả năng điều khiển mạnh mẽ đối với các hệ thống phi tuyến và khả năng chống nhiễu tốt. Thiết kế bao gồm việc xác định mặt trượt, luật điều khiển, và các thông số điều chỉnh. Việc loại bỏ hiện tượng chattering, một hiện tượng dao động không mong muốn của điều khiển trượt, được đặc biệt quan tâm. Các phương pháp giảm thiểu chattering, chẳng hạn như sử dụng hàm bão hòa hoặc logic mờ, được xem xét và đánh giá. Phương pháp điều khiển trượt được áp dụng nhằm đảm bảo hệ thống đạt được độ chính xác và ổn định cao. Điều khiển chính xác là một trong những mục tiêu chính của thiết kế này. Điều khiển ổn định được đảm bảo thông qua việc lựa chọn các tham số thích hợp cho thuật toán điều khiển trượt. Giải thuật điều khiển trượt được mô tả rõ ràng từng bước, từ việc xây dựng mặt trượt đến việc thiết kế luật điều khiển.
1.3 Mô phỏng và Thực nghiệm
Kết quả mô phỏng trên Matlab/Simulink được trình bày và phân tích. Các chỉ số đánh giá hiệu suất của hệ thống điều khiển, chẳng hạn như thời gian đáp ứng, độ vượt, và sai số ổn định, được tính toán và so sánh. Sau đó, hệ thống điều khiển được triển khai trên mô hình thực tế tại HCMUTE. Kết quả thực nghiệm được thu thập và so sánh với kết quả mô phỏng. Sự phù hợp giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm chứng minh tính hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điều khiển đã thiết kế. Ứng dụng điều khiển trên thực tế cho thấy khả năng ứng dụng của nghiên cứu. Nghiên cứu điều khiển này được đánh giá dựa trên các chỉ số hiệu suất cụ thể. Phần mềm lập trình và vi xử lý được sử dụng trong quá trình thực nghiệm cũng được đề cập. Dữ liệu thực nghiệm được phân tích kỹ lưỡng để đánh giá hiệu quả của hệ thống điều khiển.
