Luận văn thạc sĩ về thiết kế điều khiển trượt cho hệ Pendubot

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM TẠ
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố
• 1.2. Mục tiêu, khách thể và đối tượng nghiên cứu
• 1.3. Nhiệm vụ của đề tài và phạm vi nghiên cứu
• 1.4. Phương pháp nghiên cứu
• 1.5. Giới hạn của luận văn
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Điều khiển trượt
• 2.1.1. Điều khiển bám (Tracking)
• 2.1.2. Luật điều khiển trượt
• 2.1.3. Tính bền vững của luật điều khiển
• 2.1.4. Phương pháp chọn mặt trượt
• 2.1.5. Hiện tượng chattering (dao động tần số cao)
• 2.1.6. Bổ đề barbalat
• 2.1.7. Định lý ổn định thứ 2 của Lyapunov
• 2.2. Điều khiển ổn định hóa (regulation)
• 3. CHƯƠNG 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC PENDUBOT
• 3.1. Mô hình động học hệ Pendubot
• 3.2. Mô tả các điểm cân bằng
• 4. CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CHO PENDUBOT
• 4.1. Thiết kế bộ điều khiển trượt cho hệ thống
• 4.2. Phân tích ổn định
• 4.2.1. Ổn định tiệm cận của mặt trượt mỗi lớp
• 4.2.2. Phân tích ổn định cho các mặt trượt hệ thống con
• 4.3. Thông số của mặt trượt hệ thống con thứ i sẽ hội tụ
• 5. CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ KIỂM CHỨNG
• 5.1. Mô phỏng luật điều khiển hệ thống
• 5.2. Hiện tượng chattering
• 5.2.1. Giảm biên độ của hiện tượng chattering bằng cách giảm hệ số η2
• 5.2.2. Thay hàm signum bằng hàm saturation
• 5.2.3. Giảm hệ số η2 và thay hàm signum bằng hàm saturation
• 5.3. Hệ thống bị ảnh hưởng của Nhiễu trắng
• 5.3.1. Hệ thống bị ảnh hưởng của Nhiễu trắng với cường độ thấp
• 5.3.2. Hệ thống bị ảnh hưởng của Nhiễu trắng với cường độ cao
• 6. CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 6.1. Kết luận chung
• 6.2. Hướng phát triển luận văn
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về thiết kế điều khiển trượt cho hệ Pendubot

Hệ Pendubot là một trong những hệ thống điều khiển phi tuyến điển hình, được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn. Thiết kế điều khiển trượt cho hệ thống này không chỉ giúp ổn định mà còn tối ưu hóa hiệu suất hoạt động. Bài viết này sẽ đi sâu vào các khía cạnh quan trọng của việc thiết kế luật điều khiển trượt cho hệ Pendubot.

1.1. Giới thiệu về hệ Pendubot và ứng dụng

Hệ Pendubot, hay còn gọi là con lắc quay, là một hệ thống cơ khí có cấu trúc đơn giản nhưng lại rất phức tạp trong điều khiển. Hệ thống này bao gồm hai thanh quay trên hai khớp nối, với mục tiêu điều khiển là đưa nó từ điểm cân bằng ổn định lên điểm cân bằng không ổn định.

1.2. Tại sao cần thiết kế điều khiển trượt

Thiết kế điều khiển trượt cho hệ Pendubot giúp giải quyết các vấn đề về ổn định và giảm thiểu hiện tượng chattering. Phương pháp này cho phép điều khiển hệ thống một cách hiệu quả, ngay cả khi có sự thay đổi trong thông số hoặc tác động từ bên ngoài.

II. Vấn đề và thách thức trong điều khiển hệ Pendubot

Mặc dù hệ Pendubot có nhiều ứng dụng tiềm năng, nhưng việc điều khiển nó gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ phi tuyến, hiện tượng chattering và giới hạn mô men xoắn là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ phi tuyến trong hệ Pendubot

Hệ Pendubot có tính phi tuyến mạnh mẽ, điều này làm cho việc thiết kế luật điều khiển trở nên phức tạp. Các phương pháp điều khiển truyền thống thường không đủ hiệu quả trong việc xử lý các phi tuyến này.

2.2. Hiện tượng chattering trong điều khiển trượt

Hiện tượng chattering xảy ra khi tín hiệu điều khiển thay đổi quá nhanh, gây ra dao động không mong muốn. Điều này có thể dẫn đến sự giảm hiệu suất và độ bền của hệ thống. Cần có các biện pháp để giảm thiểu hiện tượng này.

III. Phương pháp thiết kế điều khiển trượt cho hệ Pendubot

Thiết kế điều khiển trượt cho hệ Pendubot bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc xây dựng mô hình toán học đến việc thiết kế luật điều khiển. Các phương pháp này cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo hiệu quả.

3.1. Xây dựng mô hình toán học cho hệ Pendubot

Mô hình toán học của hệ Pendubot được xây dựng dựa trên các phương trình động học và động lực học. Mô hình này là cơ sở để thiết kế luật điều khiển trượt, giúp xác định các biến trạng thái và điều kiện ổn định.

3.2. Thiết kế luật điều khiển trượt

Luật điều khiển trượt được thiết kế để đưa quỹ đạo trạng thái của hệ thống về mặt trượt. Việc lựa chọn hàm mặt trượt và các tham số điều khiển là rất quan trọng để đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống.

IV. Kết quả mô phỏng và ứng dụng thực tiễn của hệ Pendubot

Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab cho thấy hiệu quả của luật điều khiển trượt trong việc ổn định hệ Pendubot. Các ứng dụng thực tiễn của hệ thống này rất đa dạng, từ nghiên cứu đến các ứng dụng công nghiệp.

4.1. Kết quả mô phỏng trên phần mềm Matlab

Mô phỏng cho thấy rằng luật điều khiển trượt có thể ổn định hệ Pendubot tại điểm cân bằng không ổn định. Các thông số điều khiển được tối ưu hóa để giảm thiểu hiện tượng chattering và tăng cường độ bền của hệ thống.

4.2. Ứng dụng thực tiễn của hệ Pendubot

Hệ Pendubot có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như robot tự động, nghiên cứu điều khiển phi tuyến và giáo dục. Việc hiểu rõ về hệ thống này sẽ mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và phát triển trong tương lai.

V. Kết luận và hướng phát triển trong nghiên cứu điều khiển trượt

Nghiên cứu về thiết kế điều khiển trượt cho hệ Pendubot đã chỉ ra nhiều tiềm năng và thách thức. Hướng phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc cải thiện các phương pháp điều khiển và ứng dụng trong các hệ thống phức tạp hơn.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Nghiên cứu đã chỉ ra rằng thiết kế điều khiển trượt có thể giúp ổn định hệ Pendubot hiệu quả. Các kết quả mô phỏng cho thấy tính khả thi của phương pháp này trong thực tiễn.

5.2. Hướng phát triển trong tương lai

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các thuật toán điều khiển thông minh hơn, ứng dụng công nghệ mới để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống Pendubot.