Luận văn tốt nghiệp: Điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate
Trần Thiện Dũng 2 ĐK-TĐH 2015B
2. Các bài báo liên quan đến đề tài
Hệ B&P được xem là phiên bản mở rộng của hệ Ball & Beam (bóng và thanh),
có thể thiết kế theo một số cách khác nhau [1]. Tuy cấu tạo đơn gản, nhưng B&P lại
là một hệ đa biến và có tính phi tuyến điển hình. Vì vậy nó được sử dụng nhiều
trong phòng thí nghiệm để nghiên cứu, thử nghiệm các thuật toán điều khiển [2].
Một số phương pháp dựa trên điều khiển tuyến tính [3], [4] xấp xỉ mô hình của hệ
B&P thành dạng tuyến tính, sau đó áp dụng các thuật toán của điều khiển tuyến tính
như PID, phản hồi trạng thái gán điểm cực, tối ưu LQR, ... và cho đáp ứng đầu ra
khá tốt. Tuy nhiên, do việc xấp xỉ và không tính đến các yếu tố bất định: ma sát
giữa viên bi và mặt phẳng, hiện tượng backlash, tham số không chính xác, ... mà
chất lượng điều khiển của các phương pháp này không được như mong đợi. Điều
khiển phi tuyến cho phép nâng cao chất lượng và khả năng bền vững với các bất
định trong dải rộng vận hành. Trong [5], phương pháp điều khiển cuốn chiếu
(backstepping) được sử dụng, tuy vậy lựa chọn các hàm Lyapunov rất phức tạp và
gây khó khăn cho việc thiết kế. Trong [1], [2] sử dụng điều khiển trượt (Sliding
Mode Control) nâng cao đáng kể khả năng bền vững với các bất định. Tuy nhiên lại
gây ra hiện tượng rung (chattering) trong hệ. Cấu trúc điều khiển cho B&P thường
gồm 2 mạch vòng phản hồi [6]. Trong cùng là mạch vòng điều khiển vị trí cho động
cơ DC Servo, mạch vòng ngoài điều khiển vị trí của viên bi trên đĩa. Đầu ra của bộ
điều khiển vị trí viên bi chính là góc nghiêng của mặt phẳng, được đưa tới làm
lượng đặt cho mạch vòng trong, điều khiển động cơ bám theo lượng đặt này. Tốc độ
của mạch vòng trong được chọn cao hơn mạch vòng ngoài, có thể bỏ qua động học
của nó so với động học của viên bi.
3. Mục đích nghiên cứu
Đề tài có mục đích nghiên cứu, ứng dụng các bộ điều khiển nâng cao cho bài
toán điều khiển bám quỹ đạo cho hệ Ball & Plate. Vị trí viên bi trên tấm phẳng
được điều khiển để có thể chuyển động theo những quỹ đạo đặt trước trên tấm
phẳng, với sự xuất hiện của nhiễu và các bất định trong mô hình hệ thống. Thuật
toán được sử dụng là bộ điều khiển LQR tích phân và bộ điều khiển trượt SMC.