Thiết kế bộ điều khiển cân bằng con lắc ngược bánh đà

Trong luận văn này tôi đã áp dụng phương pháp điều khiển PID, phương pháp điều khiển LQR và phương pháp điều khiển trượt để cân bằng hệ con lắc ngược bánh đà. Phương pháp điều khiển PID, phương pháp điều khiển LQR và phương pháp điều khiển trượt được mô phỏng bằng chương trình MatLab Simulink. Sau đó, giải thuật điều khiển được nhúng vào mô hình thực nghiệm dùng bộ công cụ phát triển STM32F4 của hãng ST. Tôi đã thiết kế và xây dựng hoàn chỉnh mô hình thực nghiệm cân bằng hệ con lắc ngược bánh đà. Phương pháp đề xuất được đánh giá và so sánh với phương pháp điều khiển PID và phương pháp điều khiển trượt, từ đó rút ra được các ưu điểm và khuyết điểm của phương pháp đề xuất so với phương pháp điều khiển PID và phương pháp điều khiển trượt.

ABSTRACT

In this thesis, I have implemented and applied PID method, LQR method and Sliding mode to control the balance of the Reaction Wheel Pendulum (RWP). The PID method, LQR method and Sliding mode control are simulated by Matlab Simulink. Then the algorithm is embedded in the microcontroller using STM32F4 Discovery kit from ST. I have designed and constructed the actual RWP model. I also assess my method and then I compare results with PID method and Sliding mode control in real cases and find out advantages and disavantages of each method

NỘI DUNG:

Chương 1: Giới thiệu ........................................................................................................ 1

1.1 Đặt vấn đề ....................................................................................................... 1

1.2 Một số mô hình liên quan ............................................................................... 2

1.3 Một số bộ điều khiển ...................................................................................... 5

1.4 Mục tiêu luận văn ......................................................................................... 12

1.5 Nội dung nghiên cứu .................................................................................... 12

Chương 2: Cơ sở lý thuyết và các phương pháp điều khiển ...................................... 13

2.1 Nguyên lý, cấu tạo và mô hình toán của hệ .................................................. 13

2.1.1 Nguyên lý, cấu tạo ..................................................................................... 13

2.1.2 Mô hình toán của hệ .................................................................................. 14

2.1.3 Tuyến tính hóa mô hình toán của hệ .......................................................... 17

2.2 Các phương pháp điều khiển ........................................................................ 20

2.2.1 Bộ điều khiển PID ..................................................................................... 20

2.2.2 Bộ điều khiển LQR .................................................................................... 26

2.2.3 Bộ điều khiển trượt .................................................................................... 29

Chương 3: Thiết kế và thi công mô hình thực nghiệm ............................................... 33

3.1 Kết cấu cơ khí ............................................................................................... 33

3.1.1 Lựa chọn phần cứng cho mô hình ............................................................. 33

3.1.2 Thông số mô hình thực tế .......................................................................... 35

Thiết kế bộ điều khiển cân bằng con lắc ngược bánh đà GVHD: PGS.TS. Huỳnh Thái Hoàng

HVTH: TRẦN VĂN DUY ii

3.2 Điều khiển ..................................................................................................... 38

3.2.1 Sơ đồ khối điều khiển ................................................................................ 38

3.2.2 Board điều khiển STM32F4 Discovery ...................................................... 38

3.2.3 Board driver điều khiển động cơ ................................................................ 39

3.2.4 Nguồn ........................................................................................................ 40

3.2.5 Encoder ...................................................................................................... 40

Chương 4: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm ............................................................ 42

4.1 Kết quả mô phỏng ......................................................................................... 42

4.1.1 Sơ đồ khối và thông số mô hình ................................................................ 42

4.1.2 Kiểm tra mô hình toán ............................................................................... 44

4.1.3 Mô phỏng bộ điều khiển PID .................................................................... 46

4.1.4 Mô phỏng bộ điều khiển LQR .................................................................... 50

4.1.5 Mô phỏng bộ điều khiển trượt ................................................................... 58

4.2 Kết quả thực nghiệm ..................................................................................... 67

4.2.1 Bộ điều khiển PID ..................................................................................... 67

4.2.2 Bộ điều khiển LQR .................................................................................... 68

4.3 Nhận xét các bộ điều khiển ........................................................................... 68

Chương 5: Kết luận – Đánh giá ..................................................................................... 69

Tài liệu tham khảo ............................................................................................................ 71

Phụ lục

LINK DOWNLOAD

ABSTRACT

NỘI DUNG: