So sánh các phương pháp điều khiển tuyến tính thông minh trong hệ bóng thanh trục giữa

• Tác giả: Nguyễn Hoàng Phi Khôi
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Đông Hải
• Trường học: Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
• Chuyên ngành: Công nghệ Kĩ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: So Sánh Các Phương Pháp Điều Khiển Tuyến Tính/ Thông Minh Trong Trường Hợp Hệ Bóng Thanh Trục Giữa: Mô Phỏng Và Thực Nghiệm
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: TP Hồ Chí Minh

• 1. CHƯƠNG 1: DẪN NHẬP
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Lý do chọn đề tài
• 1.3. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Giới hạn đề tài
• 1.6. Dàn ý nghiên cứu
• 1.6.1. Cấu trúc hệ B&B
• 1.6.2. Giải thuật LQR, Fuzzy
• 1.6.3. Board STM32F407 Discovery
• 1.6.4. Phần mềm và Phần cứng
• 1.7. Ý nghĩa thực tiễn
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CẤU TRÚC HỆ THỐNG
• 2.1. Giới thiệu về hệ B&B
• 2.2. Mô tả toán học hệ B&B
• 2.3. Các thông số của hệ thống
• 3. CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP ĐIỀU KHIỂN HỆ B&B
• 3.1. Giới thiệu bộ điều khiển LQR
• 3.2. Giới thiệu bộ điều khiển Fuzzy
• 3.3. Xây dựng bộ điều khiển LQR cho hệ B&B
• 3.4. Xây dựng bộ điều khiển FUZZY cho hệ dựa trên công cụ Neuro-Fuzzy Designer từ bộ điều khiển LQR
• 4. CHƯƠNG 4: PHẦN CỨNG VÀ PHẦN MỀM
• 4.1. Chương trình điều khiển hệ thống
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
• 5.1. Kết quả mô phỏng
• 5.1.1. Kết quả mô phỏng điều khiển hệ thống bằng LQR
• 5.1.2. Kết quả mô phỏng điều khiển hệ thống bằng Fuzzy
• 5.1.3. So sánh kết quả mô phỏng điều khiển giữa LQR và Fuzzy
• 5.2. Kết quả thực nghiệm
• 5.2.1. Kết quả thực nghiệm điều khiển hệ thống bằng LQR
• 5.2.2. Kết quả thực nghiệm điều khiển hệ thống bằng Fuzzy
• 5.2.3. So sánh kết quả thực nghiệm điều khiển giữa LQR và Fuzzy
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về phương pháp điều khiển tuyến tính thông minh cho hệ bóng thanh trục giữa

Phương pháp điều khiển tuyến tính thông minh đang trở thành xu hướng trong lĩnh vực điều khiển tự động. Hệ bóng thanh trục giữa là một trong những ứng dụng điển hình cho các phương pháp này. Việc so sánh các phương pháp điều khiển khác nhau giúp xác định ưu nhược điểm của từng phương pháp, từ đó đưa ra giải pháp tối ưu cho hệ thống.

1.1. Giới thiệu về hệ bóng thanh trục giữa

Hệ bóng thanh trục giữa (B&B) là một hệ thống điều khiển phức tạp, bao gồm một quả bóng lăn trên một thanh ngang. Hệ thống này thường được sử dụng để kiểm tra các thuật toán điều khiển khác nhau, từ cổ điển đến hiện đại.

1.2. Tầm quan trọng của phương pháp điều khiển thông minh

Phương pháp điều khiển thông minh giúp cải thiện độ ổn định và hiệu suất của hệ thống. Các thuật toán như LQR và Fuzzy đã chứng minh được hiệu quả trong việc điều khiển hệ B&B.

II. Vấn đề và thách thức trong điều khiển hệ bóng thanh trục giữa

Mặc dù có nhiều phương pháp điều khiển, nhưng việc áp dụng chúng vào hệ bóng thanh trục giữa vẫn gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như độ không ổn định và độ phức tạp trong mô hình toán học cần được giải quyết.

2.1. Độ không ổn định của hệ thống

Hệ B&B có độ không ổn định cao, điều này đòi hỏi các phương pháp điều khiển phải có khả năng phản ứng nhanh và chính xác để duy trì sự cân bằng.

2.2. Khó khăn trong việc mô hình hóa

Việc xây dựng mô hình toán học cho hệ B&B là một thách thức lớn. Các yếu tố như ma sát và lực ly tâm cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo tính chính xác của mô hình.

III. Phương pháp điều khiển LQR cho hệ bóng thanh trục giữa

Bộ điều khiển LQR (Linear Quadratic Regulator) là một trong những phương pháp điều khiển tuyến tính phổ biến. Phương pháp này giúp tối ưu hóa tín hiệu điều khiển để đạt được hiệu suất tốt nhất cho hệ thống.

3.1. Nguyên lý hoạt động của bộ điều khiển LQR

Bộ điều khiển LQR hoạt động dựa trên việc tối thiểu hóa hàm chi phí, từ đó xác định tín hiệu điều khiển phù hợp nhất cho hệ thống.

3.2. Ứng dụng bộ điều khiển LQR trong mô phỏng

Trong nghiên cứu, bộ điều khiển LQR đã được áp dụng thành công để mô phỏng và điều khiển hệ B&B, cho thấy khả năng ổn định cao của phương pháp này.

IV. Phương pháp điều khiển Fuzzy cho hệ bóng thanh trục giữa

Giải thuật điều khiển Fuzzy là một trong những phương pháp điều khiển thông minh, giúp xử lý các tình huống không chắc chắn và phức tạp trong hệ thống B&B.

4.1. Cấu trúc của bộ điều khiển Fuzzy

Bộ điều khiển Fuzzy bao gồm ba giai đoạn chính: mờ hóa ngõ vào, hệ thống luật mờ và giải mờ ngõ ra. Điều này giúp cải thiện khả năng điều khiển trong các tình huống không chắc chắn.

4.2. Kết quả thực nghiệm với bộ điều khiển Fuzzy

Kết quả thực nghiệm cho thấy bộ điều khiển Fuzzy có khả năng điều khiển hệ B&B hiệu quả, đặc biệt trong các tình huống phức tạp.

V. So sánh giữa phương pháp điều khiển LQR và Fuzzy

Việc so sánh giữa hai phương pháp điều khiển LQR và Fuzzy giúp xác định ưu nhược điểm của từng phương pháp trong việc điều khiển hệ B&B.

5.1. Ưu điểm của phương pháp LQR

Phương pháp LQR có ưu điểm là tính toán đơn giản và cho kết quả ổn định cao trong điều kiện lý tưởng.

5.2. Ưu điểm của phương pháp Fuzzy

Phương pháp Fuzzy có khả năng xử lý tốt các tình huống không chắc chắn và có thể điều chỉnh linh hoạt theo điều kiện thực tế.

VI. Kết luận và hướng phát triển trong điều khiển hệ bóng thanh trục giữa

Kết quả nghiên cứu cho thấy cả hai phương pháp điều khiển LQR và Fuzzy đều có thể áp dụng hiệu quả cho hệ B&B. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để cải thiện và phát triển các phương pháp điều khiển mới.

6.1. Tương lai của phương pháp điều khiển thông minh

Phương pháp điều khiển thông minh sẽ tiếp tục phát triển và được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển phức tạp trong tương lai.

6.2. Đề xuất nghiên cứu tiếp theo

Cần nghiên cứu thêm về các thuật toán điều khiển phi tuyến và các ứng dụng thực tiễn khác để nâng cao hiệu quả của hệ thống.