Xây dựng mô hình và thiết kế luật điều khiển cho bài toán BEAM BALL

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
KHOA HÀNG KHÔNG VŨ TRỤ
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
XÂY DỰNG MÔ HÌNH VÀ THIẾT KẾ LUẬT
ĐIỀU KHIỂN CHO BÀI TOÁN BEAM-BALL
Sinh viên: Nguyễn Văn Cường
Đặng Hải Anh
Lớp: Cơ Điện Tử 6
Giáo viên hướng dẫn: Thiếu Tá, TS-Hoàng Quang Chính
Nội dung bài thuyết trình
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU
KHIỂN BEAM-BALL

Hệ thống quả bóng và thanh đỡ được gọi là hệ cân bằng của quả bóng trên
thanh đỡ

Được sử dụng như một bài thí nghiệm trong hầu hết các trường đại học kỹ
thuật trên thế giới vì nó khá gần gũi với các hệ thống điều khiển thực như
việc ổn định hệ thống cân bằng máy bay theo phương nằm ngang khi hạ
cánh dưới tác động hỗn loạn của các dòng khí

Mục đích của bài toán là điều khiển vị trí quả bóng trên thanh đỡ sao cho
nó đạt đúng giá trị mong muốn dưới ảnh hưởng bên ngoài

Để giải quyết bài toán beam-ball, ta coi hệ là tuyến tính với góc quay
anphal (α) của thanh tương đối nhỏ (-30
0
≤α≤30
0
).
Các đề tài nghiên cứu về hệ

thống beam-ball
Mô hình: “Quả bóng cân bằng trên thanh dầm”
được xây dựng bởi Berkeley Robotics Laboratory
(Arroyo 2005)
Mẫu “quả bóng và thanh dầm” do
Quanser chế tạo (năm 2006)
Mô hình ‘Cân bằng quả bóng và thanh đỡ’ được
thiết kế bởi đại học Lakehead
(Ambalavanar, Moinuddin & Malyshev 2006)
Mô hình: Ball on Beam System
(Hirsch 1999)
Mô hình: A Robotic Ball Balancing
Beam (Lieberman 2004)
PHÂN TÍCH VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH CỦA
HỆ THỐNG BEAM-BALL
•
Mô hình tổng quát
Phân tích sự cân bằng của quả bóng
Giả thiết quả bóng lăn không trượt, bỏ qua ma
sát
THIẾT KẾ MÔ HÌNH CƠ KHÍ CỦA HỆ THỐNG
BEAM-BALL
•
Phân tích yều cầu và chức năng của mô hình cơ khí.
•
Mục tiêu của thiết kế là hệ thống làm việc ổn định, đáp ứng
chất lượng đề ra, cơ cấu cơ khí đơn giản,chắc chắn, bền, đẹp.

Một số mô hình được thiết kế trong thực tế.
Trong đồ án này sử dụng mô hình 3.4
3.3 Mô hình sau khi thiết kế
4.4 Thiết kế bộ điều khiển PID cho bài toán beam-ball
Chạy M-file đoạn chương trình sau cho ta
hàm truyền và đáp ứng của hệ hở
Thêm khâu tỷ lệ Kp=0,0407 thu được
Thêm khâu vi phân kd=2; kp=10
Tăng kd=10
Thực nghiệm thuật toán điều khiển trên
mô hình beam-ball
Thiết kế mạch
Thiết kế giao diện
Thuật toán
Main
Khởi tạo các PORT, các
Timer, bộ Timer, bộ ADC
10 bít, ngắt ngoài, bộ UART
Kết quả thực nghiệm