Điều khiển cân bằng con lắc ngược quay dùng giải thuật Backstepping

Bài viết Điều khiển cân bằng con lắc ngược quay dùng giải thuật Backstepping trình bày kỹ thuật backstepping điều khiển hệ con lắc ngược quay cân bằng ở vị trí thẳng đứng hướng lên - điểm cân bằng không ổn định.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển cân bằng con lắc ngược quay dùng giải thuật Backstepping Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Tiền Giang Số 10/2021 Điều khiển cân bằng con lắc ngược quay dùng giải thuật Backstepping Balancing control rotary inverted pendulum by Backstepping algorithm Nguyễn Thành Duy1, Phạm Văn Chinh1, Nguyễn Trung Kiên1, Nguyễn Trung Triển1, Nguyễn Văn Đông Hải1,*, Dương Anh Kiệt1, Hoàng Tiến Nam1, Nguyễn Phạm Thành Đạt1, Nguyễn Công Trung1, Lê Võ Việt1 1 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM, 01 Võ Văn Ngân, P. Linh Chiểu, Q. Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Thông tin chung Tóm tắt Ngày nhận bài: Bài báo này trình bày kỹ thuật backstepping điều khiển hệ con 19/11/2020 lắc ngược quay cân bằng ở vị trí thẳng đứng hướng lên - điểm cân bằng không ổn định. Kết quả mô phỏng và thực nghiệm trên bộ điều Ngày nhận kết quả phản biện: khiển swing-up và cân bằng - và đáp ứng của hệ thống cho thấy hiệu 15/01/2021 quả của phương pháp này. Cả hai phương pháp swing-up được đề Ngày chấp nhận đăng: xuất trong bài viết này là phương pháp Furuta và lũy thừa vị trí 27/02/2021 thanh con lắc. Abstract Từ khóa: This paper presents the backstepping technique to control the Con lắc ngược quay; equilibrium rotary inverted pendulum system in a vertical upward giải thuật backstepping; position - with an unstable balance point. Simulative and phương pháp Furuta; experimental results on the swing up and balance controller - and phương pháp lũy thừa vị trí the system's response illustrate the effectiveness of this method. The thanh con lắc; điều khiển cân two swing-up methods which are recommended in this article are the bằng Furuta method and the power of the pendulum bar position. Keywords: Backstepping algorithm; the power of the pendulum bar position; the Furuta method; rotary inverted pendulum control; balance controls 1. GIỚI THIỆU được áp dụng. Hệ thống này có hai bậc Hệ con lắc ngược quay (rotary tự do, một liên kết được gắn theo inverted pendulum - RIP) là đại diện phương ngang và một liên kết khác được điển hình nhất cho hệ thống under- gắn vào nó theo phương thẳng đứng đại actuated. Do mô hình có tính phi tuyến diện cho con lắc. Các thuật toán điều và tính đơn giản trong cấu trúc cơ học, khiển khác nhau được nhiều nhà nghiên mô hình này rất phổ biến trong nghiên cứu áp dụng, từ bộ điều khiển PID cổ cứu và giáo dục kỹ thuật. Hệ thống có điển, bộ điều khiển LQR [1, 2] đến bộ hai bậc tự do mà tại đó mômen xoắn điều khiển logic mờ nâng cao [3], mạng * tác giả liên hệ, email: hainvd@hcmute.edu.vn, 034 9672 108 -1- No. 10/2021 Journal of Science, Tien Giang University nơ-ron, thuật toán di truyền (GA) [4], tối lắc và liên kết thứ hai là thanh cánh tay. ưu hóa bầy đàn (PSO) [ 4], phương pháp Góc của thanh con lắc và thanh cánh tay tối ưu hóa đàn kiến (ACO) [4], trượt [5], lần lượt là  và  . Các thông số của mô backstepping [6, 7, 8]. Tuy nhiên, các hình được hiển thị trong Bảng 2. phương pháp backstepping này chỉ được áp dụng trên mô hình trong mô phỏng và tín hiệu đầu vào là momen của động cơ. Giả thiết này làm cho thí nghiệm không phù hợp với mô phỏng. Do đó, trong nghiên cứu này, một bộ điều khiển backstepping có thể được sử dụng cả trong mô phỏng và thí nghiệm để triển Hình 1. Hệ con lắc ngược quay khai kiến thức theo hướng này. Tổng động năng của hệ: Bộ điều khiển backstepping lần đầu 1 1 (1) tiên được giới thiệu bởi Petar V. K  J r  2  J p 2  Kokotovic vào năm 1990. Backstepping 2 2 là một kỹ thuật phi tuyến dựa trên lý L   2 2  1  r  thuyết Lyapunov chỉ áp dụng cho hệ  mp  1 2 2  thống phản hồi chặt chẽ [9]. Giải thuật  4  2  L p    cos   2 2   này được sử dụng trong hệ thống con đầu tiên để thiết kế một điều khiển biến ảo 1  Lr L p m p  cos  cho hệ thống con tiếp theo và thiết kế 2 được thực hiện trong hệ thống con tiếp theo để thiết kế một điều khiển biến ảo Trong đó, thông số hệ thống được khác cho đến khi động ...