Khảo Sát Điều Khiển Linear Quadratic Regulator Cho Hệ Bóng Trên Bánh Xe

• Tác giả: Nguyễn Thanh Nhân
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Đông Hải
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điều Khiển Và Tự Động Hóa
• Đề tài: Khảo Sát Điều Khiển Linear Quadratic Regulator Cho Hệ Bóng Trên Bánh Xe
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Phương pháp nghiên cứu
• 1.2. Giải hạn và ý nghĩa
• 1.3. Mục tiêu
• 1.4. Kết cấu
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Giải thuật điều khiển
• 2.2. Ứng dụng bộ điều khiển LQR trong mô hình Ball on Wheel
• 2.3. Phương pháp điều chế dạng xung PWM
• 2.4. Mô hình toán học
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG
• 3.1. Chương trình mô phỏng
• 3.2. Kết quả mô phỏng
• 4. CHƯƠNG 4: THỰC NGHIỆM
• 4.1. Mô hình thí nghiệm
• 4.2. Giao diện người dùng
• 4.3. Chương trình điều khiển thí nghiệm
• 4.4. Kết quả thí nghiệm
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 5.1. Kết luận
• 5.2. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Khảo Sát Điều Khiển Linear Quadratic Regulator

Khảo sát điều khiển Linear Quadratic Regulator (LQR) cho hệ bóng trên bánh xe là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong ngành công nghệ điều khiển. Mô hình này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất điều khiển mà còn mở ra nhiều ứng dụng thực tiễn trong các hệ thống tự động hóa. Việc áp dụng LQR cho hệ bóng trên bánh xe giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển, đảm bảo sự ổn định và chính xác trong việc duy trì vị trí của bóng.

1.1. Định nghĩa và nguyên lý hoạt động của LQR

LQR là một phương pháp điều khiển tối ưu, sử dụng hàm mục tiêu quadractic để tối ưu hóa trạng thái và điều khiển của hệ thống. Nguyên lý hoạt động của LQR dựa trên việc giải phương trình Riccati để tìm ma trận điều khiển tối ưu.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng LQR trong điều khiển

Việc sử dụng LQR mang lại nhiều lợi ích như giảm thiểu năng lượng tiêu thụ, cải thiện độ ổn định của hệ thống và tăng cường khả năng phản ứng nhanh chóng với các thay đổi trong môi trường.

II. Vấn đề và thách thức trong điều khiển hệ bóng trên bánh xe

Hệ bóng trên bánh xe là một mô hình phức tạp, đòi hỏi các phương pháp điều khiển chính xác để duy trì sự ổn định. Các thách thức chính bao gồm việc xử lý các yếu tố như ma sát, độ trễ trong điều khiển và sự không chắc chắn trong mô hình. Những vấn đề này cần được giải quyết để đảm bảo hiệu quả của hệ thống.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất điều khiển

Các yếu tố như ma sát giữa bóng và bánh xe, độ chính xác của cảm biến và độ trễ trong tín hiệu điều khiển có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của hệ thống điều khiển.

2.2. Giải pháp cho các thách thức trong điều khiển

Để giải quyết các thách thức này, cần áp dụng các kỹ thuật điều khiển tiên tiến như điều khiển thích nghi và điều khiển phi tuyến, nhằm cải thiện độ chính xác và độ ổn định của hệ thống.

III. Phương pháp khảo sát điều khiển LQR cho hệ bóng trên bánh xe

Phương pháp khảo sát điều khiển LQR cho hệ bóng trên bánh xe bao gồm việc xây dựng mô hình toán học, thiết kế bộ điều khiển và thực hiện các thí nghiệm để đánh giá hiệu quả. Mô hình toán học được xây dựng dựa trên các phương trình Euler-Lagrange, giúp mô tả chính xác động lực học của hệ thống.

3.1. Xây dựng mô hình toán học cho hệ thống

Mô hình toán học cho hệ bóng trên bánh xe được xây dựng dựa trên các phương trình động lực học, bao gồm các biến trạng thái như góc nghiêng của bóng và bánh xe.

3.2. Thiết kế bộ điều khiển LQR

Bộ điều khiển LQR được thiết kế dựa trên việc tối ưu hóa hàm mục tiêu quadractic, nhằm đảm bảo hiệu suất điều khiển tốt nhất cho hệ thống.

IV. Ứng dụng thực tiễn của LQR trong điều khiển hệ bóng trên bánh xe

Ứng dụng của LQR trong điều khiển hệ bóng trên bánh xe không chỉ giới hạn trong nghiên cứu mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác nhau như robot tự hành, hệ thống tự động hóa trong công nghiệp và các ứng dụng trong đời sống hàng ngày. Việc áp dụng LQR giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống này.

4.1. Ứng dụng trong robot tự hành

LQR được sử dụng để điều khiển vị trí và hướng di chuyển của robot tự hành, giúp chúng hoạt động hiệu quả trong môi trường phức tạp.

4.2. Ứng dụng trong hệ thống tự động hóa

Trong các hệ thống tự động hóa, LQR giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu thời gian và chi phí.

V. Kết luận và hướng phát triển trong nghiên cứu điều khiển LQR

Nghiên cứu về điều khiển LQR cho hệ bóng trên bánh xe đã chỉ ra rằng phương pháp này mang lại nhiều lợi ích trong việc tối ưu hóa hiệu suất điều khiển. Hướng phát triển trong tương lai có thể bao gồm việc áp dụng các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo để cải thiện khả năng điều khiển và thích ứng của hệ thống.

5.1. Tương lai của nghiên cứu điều khiển LQR

Nghiên cứu có thể mở rộng sang việc áp dụng LQR trong các mô hình phức tạp hơn, bao gồm các yếu tố không chắc chắn và phi tuyến.

5.2. Tích hợp công nghệ mới vào điều khiển

Việc tích hợp trí tuệ nhân tạo và học máy vào điều khiển LQR có thể giúp cải thiện khả năng tự động hóa và tối ưu hóa quy trình điều khiển.