Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện tử: Thiết kế và điều khiển cân bằng hệ con nêm ngược dùng Fuzzy Logic

Nội dung nghiên cứu của luận văn này là thiết kế mô hình mô phỏng cân bằng hệ con nêm ngược; kết quả thực nghiệm mô hình con nêm ngược tự cân bằng. Để nắm chi tiết hơn nội dung nghiên cứu, mời các bạn cùng tham khảo luận văn.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn Thạc sĩ Kỹ thuật điện tử: Thiết kế và điều khiển cân bằng hệ con nêm ngược dùng Fuzzy Logic BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THANH TẦNTHIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG HỆ CON NÊM NGƯỢC DÙNG FUZZY LOGIC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 60520203 Hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN MINH TÂM Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được aicông bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2015 (Ký tên và ghi rõ họ tên) Nguyễn Thanh Tần iii LỜI CẢM ƠN Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ts. Nguyễn Minh Tâm đã tận tìnhhướng dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài này. Xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể quí thầy cô trường Đại học Sư Phạm KỹThuật Tp. Hồ Chí Minh đã giảng dạy, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện, môi trườnghọc tập tốt cho tôi trong hai năm cao học vừa qua. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả bạn bè đã động viên và hỗ trợ tôi trong suốtquá trình học tập tại trường. Kính chúc sức khỏe! Học viên Nguyễn Thanh Tần iv TÓM TẮT Hệ con nêm ngược là một hệ thống rất phức tạp và có độ phi truyến cao. Môhình con nêm ngược chủ yếu được sử dụng trong các công trình nghiên cứu khoahọc và được kiểm chứng trong nhiều thuật toán điều khiển khác nhau từ các phươngpháp cổ điển đến hiện đại. Mục tiêu chính của cân bằng hệ con nêm ngược là điềukhiển con nêm ngược giữ cân bằng ổn định theo phương thẳng đứng. Trong công trình này, tác giả đã sử dụng nhiều thuật toán điều khiển khácnhau trên hệ con nêm ngược như: điều khiển trượt, LQR, phương pháp điều khiểnmờ và hệ nơron mờ. Kết quả mô phỏng cho thấy hầu hết các phương pháp điềukhiển trên đều có khả năng cân bằng ổn định hệ con nêm ngược. Trong đó, phươngpháp điều khiển mờ cho kết quả là tốt nhất, với khả năng điều khiển góc nghiêngrộng, thời gian xác lập ngắn hơn và khắc phục được hiện tượng dao động so với cácphương pháp điều khiển còn lại. Tác giả xây dựng bộ luật mờ dựa trên các giá trịgóc nghiêng, vị trí vật nặng và đạo hàm của chúng để tính toán và quyết định giá trịđiện áp điều khiển động cơ nhằm giữ cân bằng con nêm ngược với góc nghiêng xấpxỉ 0 độ. Kết quả thực nghiệm đạt được: tác giả đã xây dựng thành công mô hình thựcnghiệm hệ con nêm ngược thông qua giao tiếp máy tính giữa phần mềm Matlab vớicard DSP TMS320F28335. Kết quả thực nghiệm cho thấy phương pháp điều khiểnmờ hoàn toàn có thể điều khiển cân bằng hệ con nêm ngược theo phương thẳngđứng. Giá trị góc nghiêng và vị trí vật nặng thu được luôn dao động xung quanh vịtrí cân bằng mong muốn. v ABSTRACT Inverted wedge system is a very complex system and high nonlinear. Theinverted wedge model used in many scientific researchs and proven in manydifferent control algorithms from the classic method to modern method. The mainobjective of balancing inverted wedge system is controlling this system to maintainbalancing vertical stability. In this project, the author has used many different control algorithms on theinverted wedge, including: Sliding mode control, LQR, fuzzy control methods andneural fuzzy systems. Simulation results show that most control methods are likelyon balance stabilizing the inverted wedge. In particular, fuzzy control method is thebest result, with the ability to control a wide angle, a faster establish time and fix thechattering phenomenon compared with many different control methods. Authorconstructed of fuzzy rules based on the values angle and position loads and theirderivatives to calculate and decide the value of motor control voltage to balancesystems with angle approximately 0 degree. The experimental results obtained: the author has built successfull theexperimental inverted wedge model by computer communication between Matlabsoftware with DSP TMS320F28335 card. Experimental results show that fuzzycontrol method can completely control the balance of inverted wedge vertical.Values angle and position loads obtained fluctuated around the desired equilibriumposition. vi ...