I. Tính cấp thiết của đề tài
Tự động hóa trong công nghiệp đang phát triển mạnh mẽ, đặc biệt trong việc ứng dụng robot. Các cánh tay robot được sử dụng để thay thế con người trong các công việc nặng nhọc, nâng cao hiệu quả sản xuất. Hệ thống thiếu cơ cấu truyền động, như Pendubot, là một ví dụ điển hình cho việc điều khiển robot với số ngõ vào nhỏ hơn số cơ cấu chấp hành. Hệ thống này có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp với ít cơ cấu truyền động, mang lại nhiều ưu điểm như nhẹ, rẻ và tiết kiệm năng lượng. Tuy nhiên, việc điều khiển cho loại hệ thống này gặp nhiều khó khăn do tính phi tuyến và dao động lớn. Mục tiêu điều khiển là chuyển hệ robot từ vị trí cân bằng dưới lên vị trí cân bằng trên và giữ ổn định tại đó. Nghiên cứu về điều khiển swing-up và cân bằng cho Pendubot đã thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học, với nhiều giải thuật được đề xuất để cải tiến điều khiển.
II. Lý do chọn đề tài
Hệ thống thiếu cơ cấu truyền động thường có kích thước nhỏ gọn và tiêu thụ ít năng lượng. Tuy nhiên, việc thiết kế bộ điều khiển cho các hệ thống này phức tạp hơn so với các hệ thống đầy đủ cơ cấu truyền động. Do đó, việc nghiên cứu và tối ưu hóa điều khiển cho Pendubot là cần thiết. Mục tiêu là tối ưu thời gian đáp ứng và nâng cao chất lượng điều khiển. Bộ điều khiển lai kết hợp giữa điều khiển swing-up và LQR sẽ được áp dụng để kiểm tra tính ứng dụng và chất lượng điều khiển của hệ thống. Việc này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất mà còn mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực điều khiển robot tự động.
III. Tổng quan tình hình nghiên cứu
Nghiên cứu về điều khiển Pendubot đã được thực hiện rộng rãi cả trong nước và quốc tế. Các phương pháp điều khiển như hồi tiếp tuyến tính hóa và điều khiển năng lượng đã được áp dụng để giải quyết vấn đề cân bằng. Một số nghiên cứu tiêu biểu như của M.Tarn đã sử dụng hồi tiếp tuyến tính để điều khiển swing-up và đạt được kết quả ổn định nhanh chóng. Ngoài ra, phương pháp điều khiển năng lượng cũng được đề xuất, tuy nhiên, nó gặp khó khăn trong việc xác định luật điều khiển và phức tạp hơn so với các phương pháp khác. Trong nước, nhiều đề tài nghiên cứu đã được thực hiện, trong đó có việc ứng dụng các phương pháp như PID, LQR và GA để tối ưu hóa tham số điều khiển cho Pendubot. Những nghiên cứu này đã tạo nền tảng vững chắc cho việc phát triển các bộ điều khiển hiệu quả hơn cho hệ thống này.
IV. Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu
Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển một bộ điều khiển lai cho hệ thống Pendubot, kết hợp giữa điều khiển swing-up và LQR để duy trì sự cân bằng. Phương pháp điều khiển sẽ bao gồm hai giai đoạn: điều khiển swing-up sử dụng hồi tiếp tuyến tính hóa và điều khiển cân bằng sử dụng phương pháp LQR. Việc mô phỏng và thực nghiệm sẽ được thực hiện để đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển. Kết quả từ mô phỏng và thực nghiệm sẽ cung cấp thông tin quý giá về khả năng ứng dụng của bộ điều khiển trong thực tế, đồng thời giúp cải thiện chất lượng điều khiển cho hệ thống robot tự động.
