Điều khiển mờ cho hệ cần trục 2D: Mô phỏng và thực nghiệm

Bài viết Điều khiển mờ cho hệ cần trục 2D: Mô phỏng và thực nghiệm trình bày việc xây dựng một mô hình thực nghiệm cần trục 2D thông qua board điều khiển STM32F4. Kết quả thực nghiệm cũng cho thấy sự hiệu quả của giải thuật mờ. Các quy luật về tinh chỉnh mờ cũng được nhóm tác giả khảo sát dựa trên mô hình này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển mờ cho hệ cần trục 2D: Mô phỏng và thực nghiệmTạp chí khoa học và công nghệ - Trường Đại học Bình Dương – Quyển 6, số 1/2023Journal of Science and Technology – Binh Duong University – Vol.6, No.1/2023Điều Khiển Mờ cho Hệ Cần Trục 2D: Mô Phỏng và ThựcNghiệmFuzzy Control for Gantry Crane 2D: Simulation and ExperimentHoàng Lê Đức Minh, Phan Tấn Lực, Trần Quang Phi, Vũ Thành Trung, Trần BảoSơn, Nguyễn Minh Trình, Nguyễn Đăng Khanh, Nguyễn Long Thành, Lê Quang Huy,Nguyễn Việt AnhĐại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh, Tp. Hồ Chí MinhTác giả liên hệ: Hoàng Lê Đức Minh, E-mail: 17141105@student.hcmute.edu.vnTóm tắt: Hệ cần trục 2D hay “gantry crane” là hệ một vào nhiều ra (SIMO-single inputmulti output) được sử dụng nhiều trong cả thực tế và trong học thuật. Với một hệ thốngkhông có thông số mô hình cụ thể như đối tượng này, nhóm tác giả tiến hành xây dựng vàáp dụng giải thuật điều khiển mờ như một giải pháp khả dĩ cho đối tượng chưa rõ thông sốvà có cấu trúc SIMO. Bên cạnh việc phân tích vì sao bộ điều khiển (BĐK) mờ là phù hợpcho đối tượng này so với các BĐK khác, nhóm tác giả cũng chứng minh tính khả thi củagiải thuật này trên mô phỏng Matlab/ Simulink. Bên cạnh đó, chúng tôi tiến hành xây dựngmột mô hình thực nghiệm cần trục 2D thông qua board điều khiển STM32F4. Kết quả thựcnghiệm cũng cho thấy sự hiệu quả của giải thuật mờ. Các quy luật về tinh chỉnh mờ cũngđược nhóm tác giả khảo sát dựa trên mô hình này.Từ khóa : điều khiển mờ; hệ cần trục 2D; hệ thống SIMO; STM32F4Abstract: 2D crane or gantry crane is a SIMO system which is commonly applied in bothreality and academy. With a model which has un-known system parameters, we build andapply a fuzzy controller as a solution for this model, which has unknown system parametersand SIMO structure. Beside analysis on the need of using fuzzy controller instead of othercontrollers, we prove the ability of this algorithm on Matlab/Simulink. Moreover, we buildan experimental model of 2D crane through control board STM32F4. Experimental resultsalso show the effectiveness of fuzzy algorithm. Rules of calibration fuzzy controllers areexamined on this model.Keywords: 2D-crane 2D; fuzzy control; SIMO system; STM32F41. Đặt vấn đề cấu trúc SISO nên khi được đem ápCần trục 2D được ứng dụng trong thực dụng cho hệ MIMO under-actuated nhưtế rất rộng rãi, đặc biệt là trong vận hệ cần trục 2D thì được ghép nối thànhchuyển hàng hóa ở các bến tàu cảng các khối PID khác nhau. Điều này làm(Hình 1). Do đó, bài toán điều khiển vị cho việc tinh chỉnh PID trở nên khótrí và chống dao động tải cho đối tượng khăn. Ở nghiên cứu [2], các giải thuậtnày mang tính hàn lâm và thực tế cao. LQR và trượt được thực hiện trên đốiGiải thuật kinh điển PID đã được thực tượng cần trục 2D. Tuy nhiên, các kếthiện thành công ở mô hình này [1]. Tuy quả chỉ được thực hiện trên mô phỏng.vậy, việc tinh chỉnh thông số PID khi Ngoài ra, các giải thuật LQR và trượt làđiều khiển mô hình này là rất khó khăn. những giải thuật được thiết kế dựa trênĐiều này là do bộ điều khiển PID vốn có phương trình toán học chính xác của hệ thống. Bên cạnh đó, để các giải thuậthttps://doi.org/10.56097/binhduonguniversityjournalofscienceandtechnology.v6i1.94 127Điều Khiển Mờ cho Hệ Cần Trục 2D: Mô Phỏng và Thực Nghiệmtrên được thiết kế thành công, các thông (Hình 1). Thiết bị này di chuyển qua lạisố mô hình hệ thống cũng phải được xác trên thanh để vận chuyển tải từ vị trí nàyđịnh chính xác. Điều này là rất khó khăn sang vị trí khác. Như vậy, tín hiệu điềutrong việc vận hành mô hình thực khiển là tín hiệu điện áp cấp cho độngnghiệm. cơ để thiết bị di chuyển. Ngõ ra cần điều Trong việc điều khiển cần trục thực khiển là vị trí thiết bị đó (cũng là vị trítế, kinh nghiệm của người vận hành tải). Nếu việc ổn định sao cho dao độngđóng một vai trò rất quan trọng. Điều tải là ít nhất và khi tải đến đúng vị trí cầnnày phù hợp với việc áp dụng BĐK mờ nâng/hạ thì dao động dây treo hoặc thiết(fuzzy control – FC). Đây là giải thuật bị treo trở về 0 thì hệ trở thành một hệđiều khiển áp dụng kỹ thuật thông minh SIMO. Như vậy, ta có thể xấp xỉ hệ nhưđể bắt chước hoạt động của một chuyên một hệ con lắc [5]. Nhưng, khác với congia. Ở tài liệu [3], [4], một số tác giả đã lắc ngược (inverted pendulum - IP) trênthực hiện việc kết nối hai khối điều xe, trong hệ cần trục 2D, dây treo tải vàkhiển mờ đơn giản để tránh việc tạo ra tải lại hướng xuống so với con lắc ngượcmột khối mờ quá lớn. Nhóm tác giả trên ...