Đồ án tốt nghiệp - Điều khiển PID ổn định cân bằng cho hệ bánh đà con lắc ngược

ii

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
__________

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI :

ĐIỀU KHIỂN PID ỔN ĐỊNH CÂN BẰNG
CHO HỆ BÁNH ĐÀ CON LẮC NGƯỢC
GVHD: TS. Nguyễn Văn Đông Hải
Phạm Hải Dương MSSV: 18151163
Đặng Thái Thịnh MSSV: 18151246

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 8 năm 2022
i

Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo
Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
Thành Phố Hồ Chí Minh

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
NGÀNH CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin sinh viên

a. Sinh viên 1
Họ và tên: Phạm Hải Dương. . . . MSSV: 18151163……..
Tel: ……..0329634995……..Email: [email protected]
b. Sinh viên 2
Họ và tên: Đặng Thái Thịnh. . . . MSSV: 18151246……..
Tel: ..……0336621932……..Email: [email protected]
2. Thông tin đề tài

Tên của đề tài: “ĐIỀU KHIỂN PID ỔN ĐỊNH CÂN BẰNG CHO HỆ BÁNH ĐÀ
CON LẮC NGƯỢC”.
Mục đích của đề tài: Nghiên cứu và ứng dụng giải thuật điều khiển thông minh.
Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Bộ môn Tự Động Điều Khiển, Khoa Điện - Điện
Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh.
Thời gian thực hiện: Từ ngày 20/2/2022 đến 1/8/2022.
3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài

-

Xây dựng mô hình toán học của hệ thống.

-

Thiết kế giải thuật PID cho hệ thống

-

Xây dựng chương trình mô phỏng chứng minh tính ổn định của giải thuật PID cho
hệ thống.

-

Chỉnh sửa phần cơ khí và đi lại mạch điện đối với mô hình bánh đà con lắc ngược
có sẳn (bị hỏng).

-

Nạp chương trình điều khiển PID lên chip vi điều khiển để điều khiển cân bằng
mô hình thực tế.
i

4. Lời cam đoan của sinh viên

Nhóm thực hiện đề tài xin cam đoan ĐATN là công trình nghiên cứu của chúng tôi
dưới sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Đông Hải.
Các kết quả công bố trong ĐATN là trung thực và không sao chép từ bất kỳ công trình
nào khác.

Tp.HCM, ngày 1 tháng 8 năm 2022
Nhóm thực hiện đồ án

Phạm Hải Dương
Đặng Thái Thịnh

Giáo viên hướng dẫn xác nhận về mức độ hoàn thành và cho phép được bảo vệ:
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………
Tp.HCM, ngày 1 tháng 8 năm 2022
Giáo viên hướng dẫn

Xác nhận của Bộ Môn

(Ký ghi rõ họ tên và học hàm học vị)

TS. Nguyễn Văn Đông Hải

ii

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ............................................................................i
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG BIỂU .....
...

...
hỏi. Từ đó các kỹ năng
cũng đã được cải thiện hơn.
Hệ thống bánh đà con lắc ngược là một hệ thống phi tuyến bất ổn định, việc điều
khiển thành công hệ thống này bằng bộ điều khiển PID cho thấy khả năng ứng dụng
của bộ điều khiển tuyến tính này vào công nghiệp là rất cao.
6.2 Hướng phát triển
Nhóm thực hiện đã hoàn thành được mục tiêu đề ra, tuy nhiên vẫn còn nhiều
thiếu sót. Nhóm cần có những nghiên cứu sâu hơn về việc ảnh hưởng của bánh đà
trong quá trình điều khiển con lắc. Có thể xem xét việc điều khiển cân bằng con lắc mà
không sử dụng đến góc xoay của bánh đà, điều này sẽ giúp hệ thống đơn giản và tiết
kiệm hơn. Ngoài ra, cũng có thể sử dụng nhiều hơn các giải thuật như Fuzzy, Neuron
hay ứng dụng giải thuật di truyền (GA) để nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ
thống này nói riêng và các hệ thống khác nói chung.

52

TÀI LIỆU THAM KHẢO

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Deep Ray, Ritesh Kumar, Praveen. C, Mythily Ramaswamy, J.-P. Raymond,
“Linear conreil of inverted pendulum”, IFCAM Summer School on Numerics and
Control of PDE, 2013.
[2] Emmanouil Kourtikakis, Emmanouil Kapellakis, John Fasoulas, and Michael
Sfakiotakis, “An Embedded Controller for the Pendubot”, September 2016.
[3] Nguyen Binh Hau, Nguyen Minh Tam, Le Thi Thanh Hoang, Nguyen Van Dong
Hai, Tran Hoang Chinh, “Controlling a Reaction Wheel Pendulum using LQR
controller: Simulation and Experiment”, Journal of Technical Education Science, 50,
11/2018.
[4] Karl J. Astrom, Daniel J. Block, Mark W.Spong, “The Reaction Wheel
Pendulum”, Morgan &amp Claypool Publishers, Synthesus Lectures on Controls and
Mechatronics, 2010.
[5] Víctor Daniel Correa-Ramírez, Didier GiraldoBuitrago y Andrés Escobar-Mejía,
“Fuzzy control of an inverted pendulum Driven by a reaction wheel using a trajectory
tracking scheme”, TecnoLógicas, ISSN 0123-7799 - ISSN-e 2256-5337, Vol. 20, No.
39, mayo - agosto de 2017.
[6] Tran Hoang Chinh, Huynh Xuan Dung, Le Thi Thanh Hoang, Nguyen Minh Tam,
Nguyen Van Dong Hai, “Controlling Real Self-Balancing Bicycle Model Using
Genetic Algorithm For Optimizing Lqr Controller”, Journal of Technical Education
Science, 54, 09/2019.
[7] Kiattisin Kanjanawanishkul, “LQR and MPC controller design and comparison for
a stationary self-balancing bicycle robot with a reaction wheel”, Kybernetika, Vol. 51,
No. 1, 173-191, 2015.
[8] Đồ án tốt nghiệp “Robot xe điều khiển thăng bằng con lắc”, Nguyễn Hoàng Minh,
Nguyễn Lê Thanh Duy, Trần Chí Thanh, Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng.

53