ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYEN PHONG LƯU THIET KE BO DIEU KHIEN LQG BEN VUNG HE BALL AND BEAM Chuyên ngành: Tự Dong Hoa Mã sô: 605260 TP. HO CHÍ MINH, tháng 07 năm 2013 DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM CONG TRINH DUOC HOÀN THÀNH TẠI TRUONG DAI HOC BACH KHOA DAI HOC QUOC GIA TP.HO CHI MINH Cán bộ hướng dẫn khoa hoc? w.cccececcssescscsscecssssesesssessssesseseseeeeees (ghi rõ họ tên, học ham, học vi và chữ ky) Cán bộ chấm nhận Xét Ì:.-- G6 ESE SE E8 E#ESEs SE EeEskeseskes (ghi rõ họ tên, học ham, học vi và chữ ky) Cán bộ chấm nhận Xét 2:.-- =6 x53 EE E98 E#ES vs xi (ghi rõ họ tên, học ham, học vi và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai học Bách Khoa, DHQG Tp. HCM Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học ham, học vi của Hội đông cham bảo vệ luận văn thạc si) Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nêu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐÔNG TRƯỞNG KHOA. HVTH: Nguyễn Phong Lưu Trang i DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM ĐẠI HOC QUOC GIA TP.HCM CONG HOA XÃ HỘI CHU NGHIA VIỆT NAM TRUONG DAI HOC BACH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hanh Phúc Traas=ễễnnn ---oQO--- Tp. NHIỆM VỤ LUẬN VAN THẠC SĨ Họ và tên học viên : NGUYÊN PHONG LƯU Giới tính: Nam Ngày. tháng, năm sinh : 02-08-1983 Nơi sinh : Tây Ninh Chuyên ngành : — TỰ ĐỘNG HÓA Khoá (Năm trúng tuyến) : 2010 1- TÊN ĐÈ TÀI: THIET KE BO DIEU KHIỂN LQG BEN VỮNG HỆ BALL AND BEAM 2- NHIEM VU LUAN VAN: e _ Xây dựng bộ điều khiển nhúng cân bằng hệ ball and beam e M6 phỏng các giải thuật cho hệ ball and beam e Xây dựng bộ điều khiến thời gian thực trên DSP TMS320F28335 để kiêm tra tính xác thực của mô hình.
3- NGÀY GIAO NHIỆM VU :. 022G C2221 HT 22H12 ra 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU :. 2G 555222 Hee 5- HO VÀ TÊN CAN BỘ HƯỚNG DAN: PGS. TS NGUYÊN THỊ PHƯƠNG HÀ.
Nội dung và đề cương Luận văn Thạc Sĩ đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên và chữ ký) QUAN LÝ CHUYỂN NGÀNH (Họ tên và chữ ký) HVTH: Nguyễn Phong Lưu Trang ii DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM LOI CAM ON Lời cảm ơn đầu tiên, tôi xin chân thành gửi đến Cô Nguyễn Thị Phương Ha người đã tận tình hướng dẫn và truyền đạt các kiến thức giúp tôi hoàn thành luận văn này. Bên cạnh đó, tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thay cô trong bộ môn Điều Khién Tự Động: thay Nguyễn Đức Thanh, thầy Dương Hoài Nghĩa, thay Huỳnh Thái Hoàng. thầy Nguyễn Vĩnh Hảo, thầy Nguyễn Thiện Thành, thầy Trương Đình Châu.đã cho tôi các kiến thức rất b6 ích và quý giá trong quá trình học tập để ứng dụng vào nghiên cứu va phát triển dé tài này cũng như ứng dụng vào công việc sau này.
Tôi cũng xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn cao học khóa 2010 đã động viên, giúp đỡ, trao đôi kiến thức với nhau trong suốt khóa học.HCM, ngày tháng 07 nam 2013 Tác giả NGUYÊN PHONG LƯU HVTH: Nguyễn Phong Lưu Trang iii DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM TOM TAT LUAN VAN CAO HOC Hệ thống ball and beam là một hệ thống được sử dung rat nhiều trong phòng thí nghiệm, nó có thể được sử dụng để kiểm chứng tính xác thực của các giải thuật tuyến tính lẫn phi tuyến, cô điển cũng như hiện đại. Hệ thống bao gồm động cơ DC servo, quả banh (ball), máng trượt (beam) , cảm bến vi tri (position sensor). Trong luận văn nay sẽ xem xét và giải quyết các van dé lien quan đến hệ bóng và thanh này. Do sự ton tại của lực ma sát lăn, lực ly tâm nên đáp ứng của hệ thống chỉ đạt được ở mức độ tương đối.
Hơn nữa do quả banh có xu hướng lăn tự do nên việc cho quả banh cân băng là rất khó và quả banh có xu hướng lệch khỏi vị trí cân bằng là rất cao. Nếu như cảm biến vị trí không chính xác sẽ làm cho viên bi đỉnh vị không đúng vị trí dẫn đến sai số lớn và mất cân bằng. Trong luận văn này học viên sẽ dựa trên giải thuật bền vững LQG dé cân bằng qua bóng tai vi tri mong muốn và thực hiện với một số giả thuật khác để so sánh các đáp ứng của hệ thống. HVTH: Nguyễn Phong Lưu Trang iv DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM LOI CAM DOAN Tôi xin cam đoan luận văn này do mình làm ra, không sao chép két qua của người khác và xin chịu mọi trách nhiệm về cam đoan cua mình.
HVTH: Nguyễn Phong Lưu Trang v DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM NHAN XET CUA CAN BO HUONG DAN Cán bộ hướng dẫn : PGS.TS NGUYEN THỊ PHƯƠNG HÀ Họ và tên học viên : NGUYÊN PHONG LƯU Khóa : 2010 Tên dé tài : THIET KE BO DIEU KHIEN LQG BEN VUNG HE BALL AND BEAM 8c.HCM, ngày thang năm Cán bộ hướng dân (Ký tên, ghi rõ họ tên) HVTH: Nguyễn Phong Lưu Trang vi DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM NHAN XET CUA CAN BO PHAN BIEN 1 Cán bộ phản biện 1 Họ và tên họcviên : NGUYÊNPHONGLUƯU Khóa : 2010 Tên dé tài : THIẾT KE BO DIEU KHIEN LQG BEN VỮNG HE BALL AND BEAM 80. Đánh giá : Tp.HCM, ngày thang năm Can bộ phản biện Ï (Ký tên, ghi rõ họ tên) HVTH: Nguyễn Phong Lưu Trang vii DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM NHAN XET CUA CAN BO PHAN BIEN 2 Cán bộ phản biện 2 Họ và tên họcviên : NGUYÊNPHONGLUƯU Khóa : 2010 Tên dé tài : THIẾT KE BO DIEU KHIEN LQG BEN VỮNG HE BALL AND BEAM 80. Đánh giá : Tp.HCM, ngày thang năm Cán bộ phản biện 2 (Ký tên, ghi rõ họ tên) HVTH: Nguyễn Phong Lưu Trang viii DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM MUC LUC NHIEM VU LUẬN VAN THAC SĨ.- - 2 2+E+E+ESEEEE2E2E5E 1 E211 Erkrke ii LOT CAM ON ooo occcccccccccsccscscsccscsscsesecsesecsesevscsesssesscsesecsesecscsesacseavssavsesecsesecsesees iil TOM TAT LUẬN VAN CAO HOC ooocicccccccccccccececsesecscetessesscscsvevsssesesevevsvens iv LOT CAM ĐOAN. - - tt 1E 2 1211111111111 2122111111011 1111 112 ru V NHẬN XÉT CUA CAN BỘ HUONG DẪN.--- ccntrreerrreg vi NHẬN XÉT CUA CÁN BO PHAN BIEN 1.-- 25255222 vii NHẬN XÉT CUA CÁN BỘ PHAN BIEN 2.-- 25252 Sccccccrrrereez viii MUC LUC 2 ix CHUONG I: TONG QUAN.
ch n1 T TH HH TT TT HT TT | 1.2 Tổng quan về để tài:.------ + se 21211121521 212121212121 2121111121111 E0 3 CHƯƠNG II: PHAN TÍCH MÔ HÌNH TOÁN HOC HỆ BALL AND ;17.1 Mô hình thực tế của hệ ball and beam, .2 Mô hình toán học của hệ ball and beam. cece cccccccccceeeeeeceeeeeeeseeeees 8 CHUONG III: THIET KE BO DIEU KHIEN LQG BEN VUNG HE BALL AND BEAM.1 Giải thuật thiết K6 LQC.- - - kxSt SE 31191 1E 1E EEE E111 xErggvre, 14 3.2 Ung dụng điều khiển LQG cho hệ ball and beam.---- 5-5 +52 15 CHUONG IV: MO PHONG SIMULINK VA SO SANH KET QUA THU 1079.1 Mô phỏng simulink bộ điều khiển LQG : .2 So sánh đáp ứng bộ điều khiển Sliding Mode Control với các bộ điều khién PID, LQR, Input- output LineariZatiOn.------ 52 555+s+c+£+cszszx+z 20 CHUONG V: KET QUA THUC TE. 5< + SE SE eEeEekekererees 22 5.1 Mô phỏng LOR1. 27 HVTH: Nguyễn Phong Lưu Trang ix DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM PHU LUC 2 37 PHU LUC I: VI DIEU KHIEN TMS320F28335 .1 Giới thiệu vi điều khién TMS320F 28335: .2 Thông số va chức năng DSP TMSE28335: .3 Phan mềm mô phỏng Code Composer Studio va Matlab 2009:.
66 L4 Kết nối matlab 2009b với Card DSP TMS320F 28335 :. 68 PHU LUC II: CAC BO DIEU KHIEN KHÁC.I Bộ điều khiển PID: ccc ccccccececcscesscecesescscsvecsssceceevsvevevsceeeseecsvevseseneen 72 II2 Bộ điều khiển tuyến tính vào ra:.--- - 2-2 E222 E212 2221212 EEerrrkd 73 PHU LUC II: MO PHONG SIMULINK CÁC BO DIEU KHIEN KHÁC socevevevsssacavevsvsusavavevsvsesacavssvsssacevevssusacavsvavsesacacevevsnsasacavavansusasavevsvssieavevevsnenseneee 75 III.1 Bộ điều khiển PID? occ ccccccceccscssscsceseccecsvesevsceceessvevevsceeeesesvevseseneen 75 III.2 Mô phỏng simulink bộ điều khiển Input — Output Linearization:. 80 TÀI LIEU THAM KHẢO.- - 2 SE SESEE2EEE5E5E21212151211 1111111121116 84 LY LICH TRÍCH NGANG .---- 2252121 E21 E21 122121212111 1111111111 xe 85 HVTH: Nguyễn Phong Lưu Trang x DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM CHUONG I: TONG QUAN 1.1 Đặt vẫn đề: Hệ thông nhúng là một hệ thống chuyên dụng, thường có khả năng tự hành và được thiết kế tích hợp vào mot hệ thong lon hon dé thực hiện một chức năng chuyên biệt nào đó. Khác với các máy tính da chức nang (multi-purposes computers), ví du như máy vi tính cá nhân (PC), một hệ thống nhúng thường chỉ thực hiện một hoặc một vài chức năng nhất định.
Hệ thống nhúng bao sồm cả thiết bị phần cứng và phan mềm, hau hết đều phải thỏa mãn yêu cau hoạt động theo thời gian thực (real-time). — Những bộ vi xử lý và phần cứng khác nhau: Texas Instrument, Freescale, ARM, Intel, Microchip, PIC, Motorola, Atmel, AVR, Renesas. — Những ngôn ngữ lập trình khác nhau : C/C++, B#, Ada, Assembly, PMC, LabView, PLC. — Các dòng sản phẩm nhúng càng lúc tốc độ xử lý, bộ nhớ, giá thành rẻ hơn Các hệ thông nhúng thông dụng: ECP(Embedded Computing Platform) FPGA/ CPLD (Field-programmable gate array) PSOC (Programmable System-on-Chip) DSP(Digital signal processing) MCU(Microcontroller Unit) Chương trình sẽ được lập trình bang các ngôn ngữ trên máy tính, sau đó nó sẽ được biên dịch ra mã nhị phân và nạp xuống hệ thống nhúng.
Ưu điểm của hệ thống nhúng là nhỏ gọn, hoạt động độc lập. ôn định có tinh tự động hóa cao, tiết kiệm chỉ phí. HVTH: Nguyễn Phong Lưu Trang 1 DIEU KHIỂN HE BALL AND BEAM Lý thuyết điều khiến tự đông: Lý thuyết điều khiến tự động cho phép chúng ta thiết kế, tính toán và mô phỏng các bộ điều khiển nhăm tiết kiệm thời gian va tăng hiệu quả của các quá trình điều khiển được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như: dân dụng - công nghiệp - quốc phòng - kinh tế. Với sự ra đời của lý thuyết điều khiển hiện đại như Tối ưu, Thích nghi, Bên vững và điều khiến thông minh như Fuzzy Logic, Neural Network , Ga, Phỏng Sinh Học lý thuyết điều khiến tự động đã được những thành tựu hết sức to lớn.
Từ đó, ta thấy việc đưa lý thuyết DKTD vào các chíp nhúng là một vấn đề tất nhiên và là một nhu cầu thực tế. Tại Việt Nam , việc nghiên cứu lý thuyết DKTD và hệ thống nhúng tuy đã bắt dau từ lâu và đạt được nhiều kết quả quan trọng nhưng các ứng dụng thực tế từ các kết quả nghiên cứu này chúng ta còn rất nhiều hạn chế so với các nước. Do đó chúng ta vẫn phải nhập khẩu các bộ điều khiến công nghiệp để đáp ứng nhu câu trong nước. Các công trình nghién citu lién quan: http://www.com/watch?v=qMCj3 peqJ 91 &feature=related http://www.com/watch?v=cNxxnkKmAM4o€feature=related http://www.com/watch?
