Nghiên cứu hệ thống điều khiển mờ cho mô hình con lắc ngược

Mục lục Lời nói đầu Chương I: Mô hình toán học con lắc ngược 1.1. Cấu tạo và các thông số của con lắc ngược 1.2. Xây dựng mô hình toán học con lắc ngược 1.3. Mô hình con lắc ngược có xét đến phần truyền động Chương II: Lí thuyết điều khiển mờ 2.1. Các khái niệm liên quan đến điều khiển mờ 2.2. Điều khiển mờ Chương III: Xây dựng hệ thống điều khiển mờ cho mô hình con lắc ngược 3.1. Phương trình toán học dạng phi tuyến và tuyến tính hoá của mô hình con lắc ngược 3.2. Thiết kế hệ thống điều khiển mờ cho mô hình con lắc ngược . 3.3. Xây dựng bộ điều khiển mờ bằng Fuzzy Toolbox 3.4. Mô phỏng hệ thống 3.5. Kết quả mô phỏng . Chương IV: Hệ thống điều khiển mờ con lắc ngược theo thời gian thực 4.1. Cấu trúc phần cứng hệ thống điều khiển . 4.2. Cấu trúc chương trình phần mềm . 4.3. Kết quả chạy với thời gian thực của hệ thống .

doc11 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 3036 | Lượt tải: 5download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu hệ thống điều khiển mờ cho mô hình con lắc ngược, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Ch­¬ng I: M« h×nh to¸n häc con l¾c ng­îc 1.1. CÊu t¹o vµ c¸c th«ng sè cña con l¾c ng­îc. CÊu tróc ®éng häc chung cña m« h×nh con l¾c ng­îc ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.1. Bé phËn c¬ khÝ gåm mét xe goßng nhá, trªn ®ã cã c¸c bé phËn chÝnh lµ tay ®ßn g¾n con l¾c cã thÓ xoay tù do trªn mét trôc ngang. Xe goßng ®ã ®­îc truyÒn ®éng bëi mét ®éng c¬ ®iÖn mét chiÒu th«ng qua hÖ thèng Puly vµ d©y ®ai cã thÓ di chuyÓn trªn ®­êng ray ph¼ng trong ph¹m vi chuyÓn ®éng giíi h¹n. VÞ trÝ cña xe goßng ®­îc ®iÒu khiÓn bëi hÖ thèng ®iÒu khiÓn sè th«ng minh ®¶m b¶o con l¾c di chuyÓn vµ ®­îc gi÷ c©n b»ng. §­êng ray cã ®é dµi cè ®Þnh lµ ®iÒu kiÖn rµng buéc cña thuËt to¸n ®iÒu khiÓn. Encoder g¾n cïng trôc puly cña c¬ cÊu chuyÓn ®éng ®­îc sö dông cho x¸c ®Þnh vÞ trÝ tøc thêi xe goßng. Gãc quay cña con l¾c ®­îc ®o b»ng mét chiÕt ¸p xoay g¾n trªn trôc quay cña con l¾c ng­îc. § H×nh 1.1. CÊu tróc ®éng häc cña m« h×nh con l¾c ng­îc. C¸c th«ng sè cña hÖ thèng con l¾c ng­îc: ChiÒu dµi hµnh tr×nh chuyÓn ®éng (mm) ChiÒu dµi con l¾c quy ®æi (mm) Khèi l­îng xe (kg) Khèi l­îng con l¾c quy ®æi (Kg) B¸n kÝnh puly (mm) TØ sè bé truyÒn HiÖu suÊt bé truyÒn §éng c¬ mét chiÒu 900 162,5 2,4 0,23 61,3 15 0,9 40VDC;0,7A;4000vg/ph 1.2. X©y dùng m« h×nh to¸n häc con l¾c ng­îc. Tõ cÊu t¹o cña con l¾c ng­îc ta cÇn x©y dùng m« h×nh to¸n häc cña con l¾c ng­îc ®Ó phôc vô qu¸ tr×nh tæng hîp bé ®iÒu khiÓn vµ m« pháng trªn m¸y tÝnh mét c¸ch chÝnh x¸c. Khi x©y dùng m« h×nh to¸n häc cña con l¾c ng­îc ta cã thÓ sö dông nhiÒu ph­¬ng ph¸p ®Ó t×m ®­îc ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc. ë ®©y ta sö dông mét ph­¬ng ph¸p th­êng ®­îc sö dông ®ã lµ ph­¬ng ph¸p Euler_Lagrange. §Ó cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña con l¾c ng­îc tr­íc hÕt ta cÇn tÝnh quy ®æi con l¾c. lt lp mt mp ml y q F x x mc H×nh 1.2. M« h×nh vµ c¸c th«ng sè con l¾c ng­îc. 1. TÝnh quy ®æi con l¾c vÒ khèi t©m. Theo h×nh 1.2 ta cã thÓ tÝnh ®­îc khèi l­îng cña khèi t©m con l¾c vµ vÞ trÝ cña khèi t©m: Trong ®ã: mp: Khèi l­îng cña con l¾c quy ®æi vÒ khèi t©m. lp: Kho¶ng c¸ch tõ t©m con l¾c ®Õn ®iÓm gèc. ml: Khèi l­îng cña cÇn l¾c. ll: ChiÒu dµi cña cÇn l¾c. mt: Khèi l­îng cña thanh mt: ChiÒu dµi cña thanh. 2. Ph­¬ng ph¸p Euler_Lagrange. Ph­¬ng ph¸p Euler_Lagrange lµ ph­¬ng ph¸p th­êng ®­îc sö dông ®Ó x¸c ®Þnh ph­¬ng tr×nh ®éng lùc cña c¸c hÖ theo c«ng thøc: Trong c«ng thøc (1.3): T: Tæng ®éng n¨ng cña hÖ. qi: To¹ ®é suy réng thø i. : Lùc suy réng t­¬ng øng víi täa ®é thø i. Lùc suy réng ®­îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: Trong ®ã: : Tæng c«ng cña hÖ. 3. Ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña con l¾c ng­îc. Ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña con l¾c ng­îc ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng ph¸p Euler_Lagrange trong ®ã c¸c täa ®é suy réng lµ vÞ trÝ cña xe goßng( x) vµ gãc lÖch cña con l¾c so víi ph­¬ng th¼ng ®øng(q). a. TÝnh ®éng n¨ng cña hÖ. Trong ®ã: T1: §éng n¨ng cña xe goßng T2: §éng n¨ng cña con l¾c. Trong ®ã: vp: VËn tèc khèi t©m con l¾c. Jp: Momen qu¸n tÝnh cña con l¾c ®èi víi trôc quay ®i qua khèi t©m. Trong c«ng thøc (1.8) xp, yp lµ to¹ ®é cña khèi t©m con l¾c vµ ®­îc x¸c ®Þnh: (1.9) Tõ (1.9) suy ra (1.10) Thay (1.10) vµo (1.8) ta ®­îc: (1.11) Tõ ®ã ta cã: (1.12) b. TÝnh c¸c lùc suy réng. Víi: Suy ra: Tõ ®ã ta tÝnh ®­îc c¸c lùc suy réng: c. X¸c ®Þnh ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc cña hÖ. + TÝnh ®èi víi to¹ ®é suy réng x: Thay vµo ph­¬ng tr×nh (1.3) ta ®­îc: + TÝnh ®èi víi täa ®é suy réng q: Thay vµo ph­¬ng tr×nh (1.3) ta ®­îc: Ph­¬ng tr×nh (1.20) vµ (1.24) lµ ph­¬ng tr×nh ®éng lùc häc m« t¶ chuyÓn ®éng cña con l¾c ng­îc d­íi t¸c ®éng cña lùc F. Trong thùc tÕ con l¾c ng­îc ®­îc truyÒn ®éng b»ng ®éng c¬ mét chiÒu do ®ã cÇn tÝnh tíi c¶ phÇn truyÒn ®éng ®Ó cã ®­îc ph­¬ng tr×nh m« t¶ chÝnh x¸c hÖ thèng phôc vô cho viÖc tæng hîp c¸c bé ®iÒu khiÓn vµ m« pháng hÖ thèng. 1.3. M« h×nh con l¾c ng­îc cã xÐt ®Õn phÇn truyÒn ®éng. 1.3.1. M« h×nh ®Çy ®ñ. §éng c¬ mét chiÒu truyÒn ®éng cho con l¾c ng­îc ®­îc cÊp nguån tõ bé b¨m xung ¸p, cã hai m¹ch vßng dßng ®iÖn vµ tèc ®é. S¬ ®å khèi cña hÖ thèng ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh 1.3. w* I* Ia Gs(s) Gr(s) Gc(s) W§C CLN KI Gw(s) H×nh 1.2: S¬ ®å cÊu tróc hÖ thèng con l¾c ng­îc xÐt ®Õn phÇn truyÒn ®éng Trong ®ã: Hµm truyÒn ®éng c¬: Bé biÕn ®æi: Bé ®iÒu chØnh dßng ®iÖn: Bé ®iÒu chØnh tèc ®é: Hµm truyÒn kh©u ph¶n håi tèc ®é: HÖ sè ph¶n håi dßng ®iÖn KI. M¹ch vßng dßng ®iÖn ®­îc tæng hîp theo chuÈn tèi ­u modul vµ cã coi gÇn ®óng lµ mét kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt: Tõ ®ã ta cã ®­îc s¬ thu gän: w* I* Ia Gc(s) Wi(s) Gw(s) CLN H×nh 1.3: S¬ ®å cÊu tróc gÇn ®óng hÖ thèng con l¾c ng­îc M Hép truyÒn Fk U Ta cÇn x¸c ®Þnh ph­¬ng tr×nh m« t¶ con l¾c ng­îc khi coi tÝn hiÖu ®Çu vµo t¸c ®éng lµ dßng ®iÖn Ia. Momen sinh ra trªn trôc ®éng c¬: H×nh 1.4: M« h×nh ®éng c¬- Puly Momen ®éng c¬ quy ®æi vÒ Puly lµm viÖc: Víi i lµ tØ sè truyÒn vµ h lµ hiÖu suÊt c¬ cÊu. Gäi Fk lµ lùc kÐo xe goßng, momen do lùc Fk sinh ra: Víi r lµ b¸n kÝnh Puly. Ph­¬ng tr×nh II Newton cña ®éng c¬: Víi Jdc lµ Momen qu¸n tÝnh cña ®éng c¬. Quy ®æi ph­¬ng tr×nh (1.28) vÒ Puly: Trong ®ã: Tõ ®ã ta tÝnh ®­îc: Thay vµo ph­¬ng tr×nh (1.20) vµ (1.24) ta cã hÖ ph­¬ng tr×nh m« t¶ chuyÓn ®éng cña con l¾c ng­îc: §Æt : Thay vµo (1.33) vµ (1.34) ta cã hÖ ph­¬ng tr×nh: 1.3.2. M« h×nh ®¬n gi¶n ho¸. Khi c¸c bé ®iÒu chØnh tèc ®é vµ dßng ®iÖn tæng hîp theo tiªu chuÈn tèi ­u modul, hµm truyÒn kÝn cña hÖ thèng truyÒn ®éng ®iÖn m« h×nh con l¾c: Trong ®ã: Kd: HÖ sè ph¶n håi tèc ®é. Ts: H»ng sè thêi gian hÖ thèng. Cã thÓ coi gÇn ®óng lµ 1 kh©u qu¸n tÝnh bËc nhÊt: Tõ ®ã suy ra: hay Ta cã: Tõ (1.39) vµ (1.40) cã ®­îc: Þ KÕt hîp c¸c c«ng thøc (1.26), (1.27), (1.29), (1.30), (1.31), (1.42) ta cã: Þ Thay Fk tõ (1.44) vµo (1.20) ta ®­îc: Suy ra: §Æt : Thay vµo (1.45) vµ (1.46) ta cã hÖ ph­¬ng tr×nh: §Æt: BiÕn ®æi (1.48) ta ®­îc: HÖ ph­¬ng tr×nh trªn cã thÓ tuyÕn tÝnh hãa v× víi gãc l¾c q bÐ th×: §Æt Thay vµo (1.49) ta cã ®­îc hÖ ph­¬ng tr×nh tuyÕn tÝnh hãa: §Æt c¸c ma trËn: M« h×nh to¸n häc cña con l¾c ng­îc ®­îc biÓu diÔn d­íi d¹ng hÖ ph­¬ng tr×nh tr¹ng th¸i tuyÕn tÝnh ho¸:

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docChuongI.doc
  • docChuongII.doc
  • docChuongIII.doc
  • docChuongIII_PID.doc
  • docChuongIV.doc
  • docDutruCIV.doc
  • docHauphuchuong.doc
  • docMachdieukhientrang55.doc
  • docMachluctrang54.doc
  • docMophong01.doc
  • docMophong02.doc
  • docPhuluc01.doc
  • docTienphuchuong.doc
Luận văn liên quan