ĐIỀU KHIỂN bám hệ QUANG điện tử TRONG môi TRƯỜNG RUNG lắc sử DỤNG bộ điều KHIỂN PID mờ THÍCH NGHI

Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông

ĐIỀU KHIỂN BÁM HỆ QUANG ĐIỆN TỬ TRONG MÔI TRƯỜNG
RUNG LẮC SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ THÍCH NGHI
Ngô Mạnh Tiến1*, Lưu Văn Định1, Nguyễn Như Chiến2, Đỗ Hoàng Việt2, 
 Hà Thị Kim Duyên 3, Phạm Thị Thanh Huyền3 
Tóm tắt: Bài báo này nghiên cứu điều khiển hệ quang điện tử bám mục tiêu
EOTS (Electro-optical tracking system) khi hoạt động trong môi trường rung lắc,
không ổn định như khi hệ EOTS lắp trên tàu thuyền, máy bay, xe chuyên dụng, xe
tăng..vv dẫn đến chuyển động quay của bệ đỡ hệ. Đồng thời bài báo cũng đề cập
đến sự ảnh hưởng của momen lực quán tính ly tâm tác động gây ra bởi sự mất cân
bằng tĩnh của hệ. Bộ điều khiển được sử dụng là giải thuật PID thích nghi dựa trên
giải thuật mờ. Các kết quả mô phỏng sẽ được tiến hành trên phần mềm Matlab và
được so sánh với bộ điều khiển PID thông thường.
Từ khóa: Hệ quang điện tử; Electro-optical tracking system; Gimbal; PID; Fuzzy-PID; Tracking. 

1. MỞ ĐẦU
Hệ quang điện tử bám mục tiêu EOTS được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị khí 
tài  quân  sự  như  hệ  thống  giám  sát,  bám  bắt  và  tiêu  diệt  mục  tiêu  đặt  cố  định,  hệ  thống 
giám sát, bám bắt và tiêu diệt mục tiêu  trên tàu, máy bay, xe tăng. Việc được ứng dụng 
rộng  rãi  đặc  biệt  trong  lĩnh  vực  quân  sự  đòi  hỏi  đường  ngắm  LOS  (Line  Of  Sight)  phải 
bám mục tiêu nhanh và chính xác ngay cả khi bệ đặt thiết bị quang điện tử được đặt trong 
môi trường rung lắc mạnh như trên máy bay hay tàu, xe tăng [1].    
Việc điều khiển bám cho hệ EOTS ổn định LOS khi bị các nhiễu trong quá trình hoạt 
động  là  rất  quan  trọng  trong  quá  trình  tích  hợp  hệ  thống.  Các  nhiễu  có  thể  ảnh  hưởng 
đến quá trình hoạt động của bệ gimbal có thể kể đến như chuyển động quay của bệ đặt 
(hệ  được  đặt  trên  các  xe  tăng  hay  máy  bay)  dẫn  đến  sự  xuất  hiện  của  các  momen  lực 
không mong muốn, sự mất cân bằng động (dynamic unbalance), momen lực quán tính ly 
tâm  gây  ra  bởi  sự  mất  cân  cân  bằng  tĩnh  (static mass unblance)  của  kênh  nghiêng  và 
kênh xoay [2,3].  

Hình 1. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển việc bám mục tiêu của hệ quang điện tử.
Xây dựng hệ thống điều khiển cho hệ quang điện tử bao gồm việc xây dựng vòng điều 
khiển ổn định vận tốc (vòng trong) và vòng điều khiển bám vị trí (vòng ngoài). Việc điều 
khiển bám mục tiêu trong hệ quang điện tử cũng đã được đưa ra trong một số công trình 
nghiên cứu trên thế giới. Nghiên cứu [2,3] sử dụng bộ điều khiển PID. [4] có áp dụng giải 
thuật trượt, các phương pháp điều khiển hiện đại như điều khiển mờ [5], điều khiển bền 
vững [6] cũng được áp dụng. 
Tuy nhiên các công trình trên mới chỉ chú trọng giải quyết vấn đề ổn định tốc độ cho hệ 
thống bám. Trong khi đó việc xây dựng hệ thống bám vị trí (vòng ngoài) lại không được 
đề cập. Bài báo [7,8] có đề xuất phương án sử dụng một bộ điều khiển PID tự chỉnh định 
bằng giải thuật mờ cho vòng điều khiển vị trí bám mục tiêu bên ngoài. Tuy vậy trong bài 
nghiên cứu này lại bỏ qua sự ảnh hưởng nhiễu do chuyển động quay của bệ đặt, tức không 
 

158    

N. M. Tiến, L. V. Định, …, “Điều khiển bám hệ quang điện tử… PID mờ thích nghi.”           


Nghiên cứu khoa học công nghệ

xét đến sự ảnh hưởng của hệ trong môi trường có rung lắc. Trong bài báo này sẽ trình bày 
hệ thống điều khiển cho hệ quang điện tử sử dụng giải thuật PID tự chỉnh dựa trên mờ khi 
có xét đến những ảnh hưởng do bệ đặt của hệ quay khi hoạt động trong các môi trường 
rung lắc và sự mất cân bằng tĩnh của hệ gimbal.  
Bài  báo  gồm  6  phần:  Sau  phần  tổng  quan  nghiên  cứu,  trong  phần  2  sẽ  xây  dựng  các 
phương  trình chuyển  động của 2  kênh  nghiêng và kênh  xoay, sự ảnh hưởng  của chuyển 
đông quay của 1 trục lên trục còn lại và ảnh hưởng của sự mất cân tĩnh của hệ gimbal đến 
quá trình chuyển động quay của hệ cũng được đề cập đến trong phần này; phần 3 trình bày 
vòng ổn định tốc độ bên trong; bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên giải thuật mờ dành 

cho vòng bám vị trí sẽ được trình bày ở phần 4; phần 5 tiến hành mô phỏng kiểm chứng; 
cuối cùng những kết luận đáng chú ý sẽ được tổng kết lại trong phần 6. 
2. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ GIMBAL

 
Hình 2. Hệ gimbal 2 trục. 
      Trong bài báo này ta xét hệ gimbal 2 trục như trong hình 2. Hệ này được gắn với 3 
hệ quy chiếu. Hệ tọa độ P (i,j,k) được gán cho bệ đỡ là hệ quy chiếu gốc, hệ quy chiếu B 
(n,e,k) được gán cho kênh xoay (yaw), hệ quy chiếu A (r,e,d) được gán cho kênh nghiêng 
(pitch).  Trục r sẽ trùng với đường ngắm LOS của hệ. Trục k hướng xuống dưới.  Các ma 
trận chuyển đổi hệ quy chiếu được rút ra: 

 cos  sin  0 
cos 0  sin  


A
T    sin  cos  0  ; BT   0
1
0 
(1)
 0
 sin  0 cos 
0
1 
        
 , lần lượt là góc quay của kênh xoay quanh  trục k và góc xoay của kênh nghiêng 
quanh trục e.  BPT , ABT  lần lượt là ma trận chuyển hệ tọa độ từ P sang B và từ B sang A. 
B
P

Vectơ vận tốc góc quán tính của các hệ quy chiếu lần lượt là: 
P

           

P / I

 Pi 
Bn 
 Ar 
B
A




  Pj  ; B/ I  Be  ; A/ I   Ae 
Pk 
Bk 
 Ad 

(2)

 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017

                             
159

Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông

 pi ,  pj ,  pk lần lượt là vận tốc góc của bệ đỡ trong hệ quy chiếu P theo các trục I, j, k. 
 Bn ,  Be ,  Bk lần lượt là vận tốc góc của kênh xoay theo các trục n,e,k.   Ar ,  Ae ,  Ad là vận 
tóc góc của kênh nghiêng theo lần lượt các trục r, e, d. 
   Ma trận momen quán tính của 2 kênh nghiêng và xoay lần lượt là: 
A

 Ar
J   Are
 Ard

Are
Ae
Ade

Ard 
 Bn

B
Ade  ; J   Bne
 Bnk
Ad 

Bne
Be
Bke

Bnk 

Bke 
Bk 

(3)

Ar , Ae , Ad là momen quán tính của kênh nghiêng theo các trục r, e và d.  Are , Ard , Ade  là 

tích momen quán tính.  Bn , Be , Bk  là momen quán tính của kênh xoay theo các trục n, e, k. 
Bne , Bnk , Bke là tích momen quán tính. Ngoài ra, ta còn kể đến  Tp  là tổng momen ngoài tác 

động  lên  kênh  nghiêng  quay  theo  trục  e  và  Ty   là  tổng  momen  ngoài  tác  động  lên  kênh 
xoay quay theo trục k.  
Theo [3], mối liên hệ giữa các hệ quy chiếu về vị trí được xác định bằng góc Euler. Với 
hệ quy chiếu cố định P và hệ quy chiếu cho kênh xoay B thì mối liên hệ đó được xác định 
qua góc   : 


 Bn   Pi cos    Pj sin  ;  Be   Pi sin    Pj cos  ;  Bk   Pk  

(4)

Tương tự với hệ quy chiếu B và A mối liên hệ được xác định qua góc    


 Ar  Bn cos  Bk sin  ;  Ad  Bn sin   Bk cos ;  Ae  Be  

(5)

Áp  dụng  định  luật  II  Newton  cho  chuyển  động  quay  của  vật  rắn  ta  có  phương  trình 
chuyển động cho 2 kênh của gimbal [2]: 

T

d
H    H ;
dt

H  J .

(6)

                        
H  J . là  momen  động  lượng,  J  là  ma  trận  momen  quán  tính  của  vật  rắn,   là  ma 
trận vận tốc góc của vật rắn. 
 Đối với kênh xoay
Phương trình chuyển động xoay của kênh xoay theo định luật II Newton: 
d
T  H B  B / I  H B
(7)
dt
                                

H B  J BB / I  BAC T J A A/ I là  momen  động  lượng  của  cả  hệ  gồm  kênh  xoay  và  kênh 
nghiêng theo hệ quy chiếu B. 
Chuyển  động  quay  của  kênh  xoay  chỉ  xung  quanh  trục  k  nên  phương  chuyển  trình 
chuyển động quay của kênh xoay sẽ chỉ xét đến thành phần k trong phương trình (7): 
J   Ty  TDy1  TDy 2
(8)
                     eq BK
Phương  trình  (8)  là  phương  trình  chuyển  động  quay  của  kênh  xoay  quanh  trục  thẳng 
đứng  k  với  J eq   là  momen  quán  tính  tức  thời  quanh  trục  k,  TDy1 , TDy 2 là  những  nhiễu  tác 

động lên kênh xoay ảnh hưởng từ chuyển động quay của bệ đỡ gimbal do hoạt động trong 
môi trường rung lắc và ảnh hưởng từ chuyển động quay của kênh nghiêng.  

J eq  Bk  Ar sin 2   Ad cos2  Ard sin(2 )

    (9)

 

160    

N. M. Tiến, L. V. Định, …, “Điều khiển bám hệ quang điện tử… PID mờ thích nghi.”           


Nghiên cứu khoa học công nghệ

 B  Ar sin 2   Ad sin 2  
TDy1   n
  BnBe
  Ard sin(2 )  ( Be  Ae ) 
 Bnk  ( Ad  Ar )sin  cos 

 ( Bn  BeBk )
 + Ard cos(2 )

( Bke  Ade cos(2 )  Are sin  )  ( Bn  BeBk )
2
Bn

(11)

2
Be

( Bne  Are cos  Ade sin  )  (   )
2
( Ade cos  Are sin  )   Bk  ( Ade sin   Are co s )Bk
  Bk  Ar sin 2   Ad co s 2   Ard sin(2 )   Bn
  ( Ar  Ad )sin(2 )  2 Ard cos(2 )  BeBk

TDy 2  ( Are sin   Ade cos ) Ae  ( Are cos  Ade sin ) 2 Ae
  ( Ad  Ar sin(2 )  2 Ard co s(2 )   AeB

(12)

 Đối với kênh nghiêng
Phương trình chuyển động của kênh nghiêng theo định luật II Newton: 

dH A
(13)
  A/ I  H A
dt
                                      
H A  J A A/ I là momen động lượng cho kênh nghiêng. Chuyển động của kênh nghiêng 
chỉ xung quanh trục e nên ta chỉ xét thành phần e trong biểu thức (13): 
Ae Ae  Tp  TDp1  TDp 2
(14)
 
TDp1  ( Ade sin   Are co s )  ( Bn  BeBk )  ( Ade cos  Are sin  )  BnBe
(15)

1
2
  ( Ad  Ar )cos(2 )  2 Ard sin(2 )  BnBk   ( Ad  Ar )sin(2 )  2 Ard cos(2 )  Bn
2
1
2
TDp 2  ( Are sin   co s )   Bk   ( Ad  Ar )sin(2 )  2 Ard cos(2 )  Bk
(16)
2

Ảnh hưởng do mất cân bằng tĩnh
Mất cân bằng tĩnh gây nên do khối tâm của một vật rắn không nằm trên trục quay của 
nó. Khi vật rắn quay với gia tốc sẽ gây ra momen lực quán tính ly tâm lên trục quay của nó 
làm vật rắn bị rung lắc mạnh trong quá trình quay. Đối với hệ gimbal 2 trục được xét trong 
bài báo này trường hợp tương tự cũng xảy ra. Hai kênh nghiêng và kênh xoay về lý tưởng 
sẽ  có  khối  tâm  nằm  trên  trục  quay  của  mỗi  kênh,  nhưng  trong  thực  tế  do  thiết  kế  phần 
cứng  không  đảm  bảo  nên  khối  tâm  thường  không  nằm  trên  trục  quay.  Do  đó  trong  quá 
trình chuyển động quay của 2 kênh đều có những momen nhiễu tác động lên. Đặc biệt khi 
làm việc trong những môi trường rung lắc thì chuyển động quay của bệ đặt của hệ càng 
gây ra tăng các momen lực quán tính lý tâm do mất cân bằng tĩnh. 
Trong [3], để nghiên cứu sự ảnh hưởng của những momen nhiễu do sự mất cân bằng 
tĩnh gây lên 2 kênh của hệ EOTS, xét 1 hệ quy chiếu XYZ (trục Y trùng với trục k, trục Z 
trùng với trục e) và giả sử khối tâm của bệ đặt nằm trên trục quay của bệ đặt. Khi đó 2 
momen nhiễu tác động lên 2 kênh nghiêng và xoay lần lượt là: 
T

J sp  m p arp co s(m     p )
J sy  my ary co s(m     y )

(17)

 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017

                             
161


Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông

m p , my lần  lượt  là  khối  lượng  của  kênh  nghiêng  và  kênh  xoay;  a  là  gia  tốc  của  bệ; 

 p , y lần lượt là các góc lệch tâm của kênh nghiêng và kênh xoay;  rp , y y là khoảng cách 
lệch tâm (khoảng cách từ tâm tới trục quay) của kênh nghiêng và kênh xoay. 
3. THIẾT KẾ VÒNG ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ
Nhiệm vụ chính của vòng ổn định tốc độ là ổn định tốc độ   Ad   Ae  của kênh nghiêng 
luôn ổn định bám theo giá trị đặt từ vòng ngoài đưa vào bất kể sự ảnh hưởng từ nhiễu do 
làm việc trong môi trường rung lắc mạnh hay momen lực quán tính ly tâm. 
Vòng ổn định tốc độ bên trong chứa một động cơ servo với nhiều đặc điểm nổi bật như 
hiệu suất cao, momen quay cao so với tỉ lệ quán tính, tốc độ cao, ít ồn và đặc tính nhiễu 
điện từ thấp. 
Theo [9], các công thức điện áp của động cơ servo như sau: 
di
dq

 Rm i  Lm dt  K e dt  um

2
dq
 d q

 Kq  Tm  TD
 J m 2  Dm
dt
 dt
Tm  KT i




(18)

 
Hình 3. Sơ đồ khối cho động cơ servo.
Có  thể  thấy  momen  do  động  cơ  phát  ra  chính  là  tín  hiệu  điều  khiển  cho  các  kênh 
nghiêng  và  kênh  xoay  của  hệ.  Từ  hình  4  ta  thấy  J m*  J m  J L là  tổng  momen  quán  tính 
bao  gồm  momen  quán  tính  động  cơ  và  momen  quán  tính  các  kênh  của  hệ  gimbal. 
am*  am  aL là tổng hệ số ma sát nhớt. Ta có được hàm truyền của động cơ servo:  
Gm ( s ) 

KT
( Ls  R )( J  am* )  K d KT

(19)

*
m

Thông số
Điện áp định mức  (um )  

Bảng 1. Thông số của động cơ servo được sử dụng.
Giá trị
Thông số
Giá trị
24V 
0.85 Nm/A 
Hằng số momen  ( KTM )  

Tốc độ không tải  (0 )  

303 rpm 

Trở kháng  ( Rm )  

4.5   

Hằng số EMF  ( K d )  
Momen quán tính roto Jm 

0.85 V/rad/s 
0.0017 Kg/ m2  
0 

0.003 H 
Cảm thuần  ( Lm )  
Tỉ lệ hãm  (am )  
 
Thay các thông số của động cơ thực tế vào, hàm truyền của động cơ khi đó là: 
                              Gm ( s ) 

48850.5
s 2  1500 s  41523

(20)

 

162    

N. M. Tiến, L. V. Định, …, “Điều khiển bám hệ quang điện tử… PID mờ thích nghi.”           


Nghiên cứu khoa học công nghệ

Ngoài  ra  để  đo  tốc  độ   Ae   Ad   của  kênh  nghiêng  ta  sử  dụng  một  con  quay  hồi  tốc 
(gyro scope). Con quay hồi tốc được đặt tại 2 trục e và d của kênh nghiêng. Tín hiệu từ 
con quay hồi tốc được trả về bộ điều khiển để so sánh với tín hiệu đặt từ vòng điều khiển 
bám bên ngoài. 
Hàm truyền của gyro scope được rút ra như sau [6]: 
2500
Ggyro  2
(21)
s  70 s  25000
                               
4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI DỰA TRÊN GIẢI THUẬT MỜ
CHO VÒNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ
Cấu trúc của bộ điều khiển PID thích nghi mờ: 

 
Hình 4. Cấu trúc bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên giải thuật mờ.

Đầu vào của bộ điều khiển là sai số e(t) giữa vị trí đặt mong muốn và đầu ra; và tốc độ 
của  sự  thay  đổi  sai  số  de/dt;  đầu  ra  là  các  hệ  số  K p , Ki, K d .  Cấu  trúc  giải  thuật  mờ  bao 
gồm 2 đầu vào và 3 đầu ra được chỉ ra trên hình 5   

 
Hình 5. Cấu trúc giải thuật mờ.
 Nhiệm vụ của khối mờ là thu được hệ số  K p , Ki, K d  tối ưu bằng cách áp dụng một số 
điều chỉnh. Các hệ số  K p , Ki , K d  này đều được giới hạn trong 1 dải giá trị, tức: 

K p  [ K pM in , K pM ax ] K i  [ K iM in , K iM ax ] K d  [ K d Mi n , K d M ax ]

(22)

Dựa trên các kết quả đạt được từ bộ điều khiển PID trước đó, ta thu được dải giá trị của 
3 thông số  K p , Ki , K d  lần lượt là: 


Đối với kênh nghiêng: 

[ K pM in , K pM ax ]  [25;75] [ KiM in , KiM ax ]  [1;8] [ K dM in , K dM ax ]  [1;9]



(23)

Đối với kênh xoay 

[ K pM in , K pM ax ]  [20;70] [ KiM in , KiM ax ]  [2;10] [ KiM in , KiM ax ]  [2,5;9,5]

(24)

Các hệ số  K p , Ki , K d của bộ điều khiển PID thích nghi sẽ được xác định từ các hệ số 
của bộ chỉnh định mờ theo biểu thức: 
 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017

                             
163


Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông

K p 

K p  K pMax
K pMax  K pMin

;

Ki 

Ki  KiMax
;
KiMax  KiMin

K d 

K d  K d Max
K d Max  K d Min

(25)

Mờ hóa đầu vào cho  e(t ), de(t ), K p , Ki , K d  với các tập mờ NB, NM, NS, ZE, PS, PM, 
PB tương ứng là âm lớn, âm vừa, âm nhỏ, không, dương nhỏ, dương lớn          
    

Hình 6. Hàm liên thuộc của e(t)-de(t) cho 2 kênh.

 
Hình 7. Hàm liên thuộc của K p , Ki, K d

 
Hình 8. Cấu trúc tổng thể hệ thống điều khiển EOTS.
 

164    

N. M. Tiến, L. V. Định, …, “Điều khiển bám hệ quang điện tử… PID mờ thích nghi.”           


Nghiên cứu khoa học công nghệ

5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
5.1 Kiểm tra sự ảnh hưởng do tốc độ góc của bệ đặt thay đổi

Hình 9. Đáp ứng góc của kênh nghiêng và kênh xoay với a) (Pi  Pj  Pk  0)
b) (Pi  Pj  Pk  5) (rad/s).
Bảng 2. Thống kê các kết quả mô phỏng.
 
Thời gian đáp 

Độ quá điều 
Thời gian xác  Sai lệch tĩnh 
ứng  (s) 
chỉnh (%) 
lập (s) 
(%) 
Tốc độ góc của  Kênh  PID  FuzzyPID  Fuzzy- PID  Fuzzy- PID  Fuzzybệ (rad/s) 
PID 
PID 
PID 
PID 
0 
pitch  0.003  0.033 
15.698  0.473 
0.352  0.151 
0  0 
yaw  0.01  0.041 
11.798  0.505 
0.156  0.136 
0  0 
5 
pitch  0.003  0.036 
18.452  0.505 
0.471  0.127 
0  0 
yaw  0.01  0.039 
13.068  0.505 
0.274  0.128 
0.25 0 
10 

pitch  0.003  0.037 
19.880  0.496 
0.534  0.137 
0.25 0 
yaw  0.01  0.039 
15.698  0.430 
0.597  0.139 
0.5  0 
15 
pitch  0.003  0.038 
21.341  0.404 
0.605  0.141 
0.5  0 
yaw  0.01  0.040 
17.039  0.314 
0.809  0.142 
0.5  0 

Hình 10. Đáp ứng góc của kênh nghiêng và kênh xoay với (Pi  Pj  Pk  10) (rad/s)
và (Pi  Pj  Pk  15 (rad/s).
 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017

                             
165


Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông

Từ bảng 2 ta có thể thấy rõ tính hiệu quả của bộ điều khiển PID thích nghi so với bộ 

điều khiển PID thông thường đặc biệt khi hoạt động trong các môi trường rung lắc không 
đứng yên dẫn đến chuyển động quay của bệ đỡ của hệ. Khi tốc độ góc của bệ bằng 0 thì 
với bộ điều khiển PID thông thường độ quá điều chỉnh (15,69%), với bộ điều khiển PID tự 
chỉnh định dựa trên luật mờ (0.473%) , đồng thời thời gian xác lập của bộ PID tự chỉnh 
định cũng nhanh (0,151s) so với  bộ PID thông thường (0.352s). Đặc biệt khi tốc độ góc 
của bệ tăng cao như tại tốc độ góc là 15 rad/s thì kết quả này lại càng rõ. Bộ PID thông 
thường độ quá điều chỉnh lên đến 21,341% và thời gian xác lập là 0.604s (đối với kênh 
nghiêng) trong khi với bộ PID tự chỉnh định thì chỉ là 0.404% và 0.141s. 
5.2 Kiểm tra sự ảnh hưởng do gia tốc quán tính ly tâm thay đổi
Tiến hành mô phỏng trong các trường hợp gia tốc quán tính ly tâm của bệ đặt tăng dần 
trong quá trình bệ quay với cả 2 bộ điều khiển PID thích nghi và PID thông thường. 

Hình 11. Đáp ứng của kênh nghiêng và kênh xoay khi gia tốc quán tính ly tâm thay đổi
a) với bộ điều khiển PID; b) với bộ điều khiển PID thích nghi.
Từ hình 11 trên ta có thể thấy ngay với bộ điều khiển PID thông thường thì khi gia tốc 
quán tính ly tâm thay đổi thì sai lệch tĩnh trong các đáp ứng góc của kênh nghiêng và kênh 
xoay tăng dần. Với bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên hệ mờ của 2 kênh nghiêng và 
xoay đều không tồn tại sai lệch tĩnh khi gia tốc quán tính ly tâm có thay đổi. Điều đó cho 
thấy tính hiệu quả của bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên hệ mờ. 
6. KẾT LUẬN
Bài báo đã đề xuất bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên hệ mờ cho hệ thống quang 
điện  tử  bám  mục  tiêu  khi  hoạt  động  trong  các  môi  trường  rung  lắc  khi  đặt  hệ  trên  các 
phương tiện di chuyển như tàu thuyền, xe chuyên dụng, xe tăng ..vv. Bài báo cũng đã đề 
cập đến những ảnh hưởng của nhiễu: ảnh hưởng của 1 trục lên trục còn lại khi quay, sự 
ảnh hưởng do chuyển động quay của bệ đặt và momen lực quán tính ly tâm gây ra bởi sự 
mất cân bằng tĩnh của hệ đến nhiệm vụ bám mục tiêu của hệ. Bộ điều khiển đề xuất đảm 
bảo được yêu cầu bám mục tiêu cho hệ quang điện tử và có độ quá chỉnh và thời gian xác 
lập nhỏ hơn so với bộ PID thông thường.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. J.  Hilkert,  "Inertially Stabilized Platform Technology,"  IEEE  Control  Systems 

Magazine, pp. 26-46, 2008. 
[2]. Maher  Abdo,  Ahmad  Reza  Vali,  Alireza  Toloei  and  Mohammad  Reza  Arvan, 

"Research on the Cross-Coupling of a Two Axes Gimbal System with Dynamic
Unbalance," International Journal of Advanced Robotic Systems, vol. 10, pp. 80, 2013 
 

166    

N. M. Tiến, L. V. Định, …, “Điều khiển bám hệ quang điện tử… PID mờ thích nghi.”           


Nghiên cứu khoa học công nghệ
[3]. Maher  Abdo,  Ali  Reza  Toloei,  Ahmad  Reza  Vali  and  Mohammad  Reza  Arvan, 

"Cascade Control System for Two Axes Gimbal System with Mass Unbalance," 
International Journal of Scientific & Engineering Research, vol. 4, no. 9, pp. 903, 2013. 
[4]. Zhiming  Zhao  and  Xiaoyang  Yuan,  "Backstepping Designed Sliding Mode Control
for a Two-Axis Tracking System," IEEE, pp. 1593-1598, 2010 
[5]. Maher  Abdo,  Ahmad  Reza  Vali,  Ali  Reza  Toloei  and  Mohammad  Reza  Arvan, 
"Modeling Control and Simulation of Two Axes Gimbal Seeker Using Fuzzy PID" 
The 22nd Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE 2014), pp. 1342, 2014. 
[6]. Ho-Pyeong Lee and Inn-Eark Yoo, "Robust Control Design for a Two-axis Gimbaled
Stabilization System," IEEE, pp. 45-52, 2008. 
[7]. Minh  Xuân  Phan,  Tien  Ngo  Manh,  Nhan  Nguyen  Duc,  Duyen  Ha  Thi  Kim,  Lien 
Truong Thi Bich, “Tracking control for the Electro-Optical tracking system Based on
the self-tuning Fuzzy PID control”,VCCA-2015. 
[8]. M.  Abdo,  A.  R.  Toloei,  A.  R.  Vali  and  M.  R.  Arvan,  "Modeling, Control and
Simulation of Cascade Control Servo System for One Axis Gimbal Mechanism," IJE 

Transactions A, vol. 27, no. 1, pp. 157-170, 2014. 
[9]. E.  DiBenedetto,  Classical  Mechanics,  “Theory and Mathematical Modeling”,  2011, 
Birkhauser, New York. 
[10]. Tien Ngo Manh, Minh Phan Xuan, Duyen Ha Thi Kim, Minh Pham Ngoc, “Some of
new research results in the Deverlopment of Mobile Robot mounted Camera
automatically Seaching and Tracking Moving Target”, The Vietnam Conference on 
Mechatronics VCM6, ISBN 978-604-62-0753-5; 12/2012. 
[11]. Tien  Ngo  Manh,  Khanh  Pham  Xuan,    Phuoc  Nguyen  Doan,  Minh  Phan 
Xuan,“Proposed improvements controller parameter adjustment to adaptive the PID,
applications replacement of industrial controllers”,  Journal  of  Science  and 
Technology 05/2011 - Hanoi University of Industry, ISSN 1859 3585, Tr 25-30. 
[12]. Tien  Ngo  Manh,  “Research, design and integrating the electro-optical system to
monitor the short range objects, applying for the islands”, report of project Vietnam 
Academy of Science and Technology 2013-2014, 3/2015 
ABSTRACT
TRACKING CONTROL FOR ELECTRO-OPTICAL TRACKING SYSTEM IN 
VIBRATION ENVIRONMENT BASED ON SELF-TUNING FUZZY PID CONTROL 
In this paper, controlling Electro-optical tracking system (EOTS) when
operating in vibration, unstable environment such as ship, air plane, tank is
researched. This makes the base body of EOTS has angular motion. In this paper,
we also mention the effect of centrifugal force torque which is the cause of static
mass unbalance on the rotating of pitch and yaw channel. The controller used in
this paper is self-tuning Fuzzy PID controller. The overall control system is built
and simulated in Matlab for the self-tuning Fuzzy PID controller and a
conventional PID controller.
Keywords: Electro-optical tracking system; Gimbal; PID; Fuzzy-PID; Tracking. 

Nhận bài ngày 02 tháng 5 năm 2017
Hoàn thiện ngày 10 tháng 6 năm 2017
Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 7 năm 2017

Địa chỉ: 1Viện Vật Lý, Viện Hàn Lâm KH&CN Việt Nam;   
 
             2
 Đại học Bách khoa Hà Nội;  
 
            3
 Đại học Công nghiệp Hà Nội. 
          * E-mail:  
 
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017

                             
167