I. Giới thiệu về con lắc ngược
Hệ thống con lắc ngược là một mô hình phổ biến trong nghiên cứu điều khiển, đặc biệt là trong các ứng dụng kỹ thuật điều khiển phi tuyến. Điều khiển con lắc ngược bao gồm hai quá trình chính: swing-up và cân bằng con lắc ngược. Mô hình này không chỉ thể hiện tính phi tuyến mà còn có độ ổn định thấp, làm cho việc điều khiển trở nên thách thức. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng việc áp dụng các phương pháp điều khiển như PID, điều khiển trượt và mạng nơron có thể mang lại kết quả khả quan. Tuy nhiên, những phương pháp này thường yêu cầu mô hình toán học chính xác của hệ thống, điều này không phải lúc nào cũng khả thi trong thực tế.
1.1. Tính chất của con lắc ngược
Con lắc ngược có hai điểm cân bằng: một ở vị trí thẳng đứng hướng lên và một ở vị trí thẳng đứng hướng xuống. Điểm cân bằng hướng lên là không ổn định, trong khi điểm hướng xuống là ổn định. Việc thiết kế bộ điều khiển để duy trì con lắc ở vị trí không ổn định này là một thách thức lớn. Các phương pháp điều khiển hiện đại như kỹ thuật điều khiển mờ và mạng nơron đã được áp dụng để giải quyết vấn đề này, cho thấy khả năng điều khiển hiệu quả hơn so với các phương pháp truyền thống.
II. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn này áp dụng các phương pháp nghiên cứu hiện đại để phát triển bộ điều khiển cho con lắc ngược. Nghiên cứu điều khiển được thực hiện thông qua việc xây dựng mô hình toán học cho hệ thống và sử dụng phần mềm Simulink Matlab để mô phỏng. Mô hình toán học giúp xác định các thông số cần thiết cho việc điều khiển, trong khi Simulink cung cấp môi trường để kiểm tra và tối ưu hóa các thuật toán điều khiển. Việc sử dụng mạng nơron RBF cho điều khiển cân bằng và Logic Mờ cho điều khiển swing-up đã cho thấy tiềm năng lớn trong việc cải thiện hiệu suất điều khiển.
2.1. Mô hình toán học
Mô hình toán học của con lắc ngược được thiết lập dựa trên các định luật vật lý cơ bản. Các phương trình chuyển động được xây dựng để mô tả hành vi của con lắc trong các trạng thái khác nhau. Việc thiết lập mô hình chính xác là rất quan trọng để đảm bảo rằng các thuật toán điều khiển có thể hoạt động hiệu quả. Mô hình này sẽ được sử dụng để kiểm tra các phương pháp điều khiển khác nhau và đánh giá hiệu suất của chúng trong việc duy trì con lắc ở vị trí cân bằng.
III. Kết quả thực nghiệm
Kết quả thực nghiệm cho thấy rằng bộ điều khiển sử dụng mạng nơron RBF có khả năng duy trì con lắc ở vị trí cân bằng thẳng đứng một cách ổn định. Các thí nghiệm đã được thực hiện để kiểm tra hiệu suất của bộ điều khiển swing-up sử dụng Logic Mờ. Kết quả cho thấy rằng con lắc có thể được đưa từ vị trí buông lỏng lên vị trí cân bằng thẳng đứng một cách hiệu quả. Điều này chứng tỏ rằng các phương pháp điều khiển hiện đại có thể áp dụng thành công cho các hệ thống phi tuyến như con lắc ngược.
3.1. Đánh giá hiệu suất
Hiệu suất của các bộ điều khiển được đánh giá thông qua các chỉ số như thời gian ổn định và độ chính xác của vị trí cân bằng. Kết quả cho thấy rằng bộ điều khiển Logic Mờ không chỉ có khả năng điều khiển con lắc lên vị trí thẳng đứng mà còn duy trì vị trí này một cách ổn định. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc áp dụng các phương pháp điều khiển thông minh trong các hệ thống tương tự.
