Luận văn thạc sĩ về điều khiển trượt hệ con lắc ngược đơn tại HCMUTE

Mô hình con lắc ngược bao gồm hai phần chính: cánh tay gắn vào động cơ DC và con lắc gắn vào trục encoder. Hệ thống này được sử dụng rộng rãi trong các phòng thí nghiệm để nghiên cứu các giải thuật điều khiển. Việc điều khiển con lắc ở vị trí thẳng đứng là một thách thức lớn do tác động của trọng lực và lực ma sát. Hệ thống này không chỉ có ứng dụng trong nghiên cứu mà còn trong các lĩnh vực như robot tự động và điều khiển máy móc. Các nghiên cứu trước đã chỉ ra rằng việc áp dụng kỹ thuật tự động có thể giúp cải thiện khả năng điều khiển của hệ thống con lắc ngược.

Nhiều công trình nghiên cứu đã được thực hiện để điều khiển hệ con lắc ngược. Các nghiên cứu này thường sử dụng các giải thuật như PID, LQR và Fuzzy Logic. Tuy nhiên, những giải thuật này có những nhược điểm nhất định, như không thể điều khiển hiệu quả trong các tình huống phi tuyến. Việc áp dụng giải thuật trượt trong nghiên cứu này nhằm khắc phục những hạn chế đó, cho phép điều khiển con lắc ở vị trí thẳng đứng một cách ổn định hơn. Các kết quả từ các nghiên cứu trước đã chứng minh rằng kỹ thuật điều khiển trượt có thể mang lại hiệu quả cao trong việc duy trì trạng thái cân bằng của hệ thống.

Hệ thống con lắc ngược là một mô hình điển hình trong nghiên cứu điều khiển. Nó bao gồm một cánh tay gắn vào động cơ DC và một con lắc có khả năng quay tự do. Mô hình này cho phép kiểm tra các thuật toán điều khiển phi tuyến và là một trong những đối tượng nghiên cứu phổ biến trong các phòng thí nghiệm. Việc điều khiển cánh tay để giữ cho con lắc ở vị trí thẳng đứng là một bài toán khó khăn, đòi hỏi các phương pháp điều khiển hiệu quả. Mô hình này không chỉ đơn giản mà còn có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ robot tự động đến các hệ thống điều khiển phức tạp.

Mô hình toán học của hệ con lắc ngược được thiết lập dựa trên các phương trình động lực học. Các thông số như chiều dài cánh tay, khối lượng con lắc và các hằng số động cơ được xác định để đảm bảo tính chính xác của mô hình. Việc xây dựng mô hình toán học không chỉ giúp hiểu rõ hơn về hành vi của hệ thống mà còn là cơ sở để áp dụng các giải thuật điều khiển. Các phương pháp điều khiển khác nhau sẽ cho ra các đáp ứng đầu ra khác nhau, do đó việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng. Mô hình này sẽ được sử dụng để kiểm tra và đánh giá hiệu quả của các giải thuật điều khiển trong thực tế.

Lý thuyết về bộ điều khiển trượt được phát triển để giải quyết các vấn đề trong điều khiển hệ thống phi tuyến. Giải thuật này hoạt động bằng cách xác định một mặt trượt và điều khiển hệ thống sao cho nó duy trì trên mặt trượt đó. Điều này cho phép hệ thống đạt được độ ổn định cao hơn và phản ứng nhanh hơn với các thay đổi trong điều kiện hoạt động. Việc áp dụng lý thuyết này vào hệ con lắc ngược cho thấy rằng nó có thể cải thiện đáng kể khả năng điều khiển và duy trì trạng thái cân bằng của con lắc.

Phương pháp điều khiển trượt được áp dụng để duy trì con lắc ở vị trí thẳng đứng. Giải thuật này cho phép điều khiển cánh tay sao cho con lắc không bị ngã xuống. Việc sử dụng phương pháp này giúp cải thiện độ ổn định của hệ thống và giảm thiểu sai số trong quá trình điều khiển. Các kết quả từ mô phỏng cho thấy rằng phương pháp điều khiển trượt có thể mang lại hiệu quả cao trong việc duy trì trạng thái cân bằng của hệ thống con lắc ngược. Điều này chứng tỏ rằng việc áp dụng các giải thuật điều khiển hiện đại là cần thiết để nâng cao hiệu suất của hệ thống.