Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ Twin Rotor MIMO

• Tác giả: Nguyễn Thành Long
• Người hướng dẫn: Ts. Nguyễn Thị Mai Hương
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Nghiên cứu nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ Twin Rotor Mimo
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG TWIN ROTOR MIMO SYSTEM (TRMS)
• 1.1. Mô hình hệ TRMS
• 1.2. Cấu trúc cơ khí của hệ TRMS
• 1.3. Các khó khăn khi thiết kế bộ điều khiển cho TRMS
• 1.3.1. Tính phi tuyến và hiện tượng xen kênh
• 1.3.2. Tính bất định mô hình
• 1.4. Giới thiệu về máy bay trực thăng
• 2. CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA TWIN ROTOR MIMO SYSTEM
• 2.1. Giới thiệu chung
• 2.2. Xây dựng mô hình toán của TRMS theo phương pháp Newton
• 2.3. Đặc tính của động cơ
• 2.4. Xây dựng mô hình toán của TRMS theo Euler – Lagrange (EL)
• 2.4.1. Trục quay tự do
• 2.4.2. Thanh đối trọng
• 3. CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐIỀU KHIỂN CHO TRMS
• 3.1. Điều khiển hệ Euler-Lagrange
• 3.1.1. Khái niệm hệ Euler-Lagrange
• 3.1.2. Phân tích tính ổn định Lyapunov và tính thụ động
• 3.1.3. Điều khiển ổn định tiệm cận
• 3.1.4. Điều khiển tuyến tính hóa chính xác
• 3.1.5. Nâng cao chất lượng nhờ điều khiển thích nghi giả định rõ bằng mô hình ngược
• 3.2. Phương pháp điều khiển thích nghi Li-Slotine
• 3.2.1. Phương trình Euler-Lagrange của chuyển động
• 3.2.2. Thiết kế bộ điều khiển
• 4. CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG
• 4.1. Cấu trúc điều khiển
• 4.2. Kết quả mô phỏng
• 4.2.1. Vị trí góc trong mặt phẳng đứng với tín hiệu đặt
• 4.2.2. Vị trí góc trong mặt phẳng bằng với tín hiệu đặt
• 4.2.3. Đánh giá kết quả
• 4.3. Giới thiệu hệ thống TRMS
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

I. Tổng quan về hệ thống Twin Rotor MIMO và ứng dụng

Hệ thống Twin Rotor MIMO (TRMS) là một mô hình điều khiển phức tạp, thường được sử dụng trong nghiên cứu và phát triển công nghệ điều khiển tự động. TRMS mô phỏng hoạt động của máy bay trực thăng, cho phép nghiên cứu các phương pháp điều khiển tiên tiến. Hệ thống này có khả năng điều khiển nhiều đầu vào và đầu ra, tạo ra những thách thức lớn trong việc thiết kế bộ điều khiển hiệu quả.

1.1. Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống điều khiển MIMO

Hệ thống TRMS có cấu trúc phức tạp với hai rotor và một đối trọng, cho phép điều khiển vị trí và vận tốc của máy bay trực thăng. Đặc điểm này tạo ra sự tương tác giữa các đầu vào và đầu ra, dẫn đến hiện tượng xen kênh trong quá trình điều khiển.

1.2. Lợi ích của việc nghiên cứu hệ thống Twin Rotor

Nghiên cứu hệ thống TRMS giúp cải thiện chất lượng điều khiển cho các ứng dụng thực tiễn như máy bay không người lái và các hệ thống tự động hóa. Việc nâng cao hiệu suất điều khiển không chỉ giúp tăng độ chính xác mà còn giảm thiểu rủi ro trong các tình huống khẩn cấp.

II. Thách thức trong việc nâng cao chất lượng điều khiển cho TRMS

Việc nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống Twin Rotor MIMO gặp phải nhiều thách thức, bao gồm tính phi tuyến và hiện tượng xen kênh. Những yếu tố này làm cho việc thiết kế bộ điều khiển trở nên phức tạp và đòi hỏi các phương pháp điều khiển tiên tiến.

2.1. Tính phi tuyến trong hệ thống điều khiển

Hệ thống TRMS hoạt động theo nguyên lý phi tuyến, điều này có nghĩa là các đầu vào không tỷ lệ thuận với các đầu ra. Sự phi tuyến này gây khó khăn trong việc dự đoán hành vi của hệ thống, làm cho việc thiết kế bộ điều khiển trở nên khó khăn hơn.

2.2. Hiện tượng xen kênh và ảnh hưởng đến điều khiển

Hiện tượng xen kênh giữa các rotor trong hệ thống TRMS có thể dẫn đến sự không ổn định trong quá trình điều khiển. Mỗi rotor ảnh hưởng đến cả hai vị trí góc, điều này yêu cầu các bộ điều khiển phải được thiết kế để xử lý sự tương tác này một cách hiệu quả.

III. Phương pháp điều khiển tiên tiến cho hệ thống TRMS

Để nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống Twin Rotor MIMO, nhiều phương pháp điều khiển tiên tiến đã được nghiên cứu và áp dụng. Các phương pháp này bao gồm điều khiển thích nghi, điều khiển tuyến tính hóa và các thuật toán điều khiển phi tuyến.

3.1. Điều khiển thích nghi cho hệ thống MIMO

Điều khiển thích nghi cho phép hệ thống tự động điều chỉnh các tham số điều khiển dựa trên phản hồi từ môi trường. Phương pháp này giúp cải thiện độ chính xác và ổn định của hệ thống trong các điều kiện hoạt động khác nhau.

3.2. Thuật toán điều khiển phi tuyến

Sử dụng các thuật toán điều khiển phi tuyến giúp xử lý các đặc điểm phức tạp của hệ thống TRMS. Những thuật toán này có khả năng tối ưu hóa hiệu suất điều khiển, giảm thiểu sự ảnh hưởng của các yếu tố không chắc chắn.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của TRMS

Nghiên cứu về hệ thống Twin Rotor MIMO đã mang lại nhiều kết quả tích cực trong việc nâng cao chất lượng điều khiển. Các ứng dụng thực tiễn của TRMS không chỉ giới hạn trong lĩnh vực hàng không mà còn mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác như tự động hóa công nghiệp và robot.

4.1. Kết quả mô phỏng và kiểm chứng

Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc áp dụng các phương pháp điều khiển tiên tiến đã cải thiện đáng kể hiệu suất của hệ thống TRMS. Những mô phỏng này cung cấp dữ liệu quan trọng để đánh giá tính khả thi của các giải pháp điều khiển.

4.2. Ứng dụng trong công nghiệp và nghiên cứu

Hệ thống TRMS đã được áp dụng trong nhiều nghiên cứu và ứng dụng công nghiệp, từ việc phát triển máy bay không người lái đến các hệ thống tự động hóa trong sản xuất. Những ứng dụng này chứng minh tính linh hoạt và hiệu quả của hệ thống trong thực tế.

V. Kết luận và triển vọng tương lai cho hệ thống TRMS

Kết luận từ nghiên cứu cho thấy rằng việc nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống Twin Rotor MIMO là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các phương pháp điều khiển mới và cải thiện độ ổn định của hệ thống.

5.1. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu về hệ thống TRMS sẽ tiếp tục phát triển, với mục tiêu cải thiện hiệu suất và khả năng điều khiển. Các công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo có thể được áp dụng để tối ưu hóa quá trình điều khiển.

5.2. Tác động đến ngành công nghiệp và xã hội

Việc nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống TRMS không chỉ có lợi cho ngành hàng không mà còn có thể tạo ra những thay đổi tích cực trong nhiều lĩnh vực khác, từ tự động hóa đến an ninh quốc phòng.