THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG NÂNG BI TRONG TỪ TRƯỜNG

Abstract

Hệ thống nâng bi trong từ trường là một hệ phi tuyến bao gồm một nam châm điện được quấn bởi dây đồng quanh lõi thép để nâng một viên bi sắt. Viên bi được nâng lên bởi từ trường sinh ra từ nam châm điện được một hệ thống điều khiển để giữ cho viên bi nằm lơ lửng ở một khoảng cách (giữa viên bi và nam châm điện) được đặt trước. Mục tiêu của việc nghiên cứu này nhằm: Tìm hiểu các phương pháp xây dựng mô hình toán học và điều khiển một hệ thống phi tuyến và không ổn định để điều khiển vị trí của vật được nâng; so sánh các bộ điều khiển khác nhau giữa lý thuyết mô phỏng và hệ thống thực tế; hoàn thành một mô hình hoàn chỉnh để ứng dụng trong việc nghiên cứu và học tập về điều khiển tự động. Để đáp ứng được các mục tiêu đã đề ra, nhóm tác giả đã xây dựng mô hình toán học của hệ thống; khảo sát cảm biến hồng ngoại để xác định vị trí của viên bi; thực hiện mô phỏng các giải thuật điều khiển: Trượt, hồi tiếp tuyến tính hóa, LQR (Linear–Quadratic Regulator) bằng MATLAB; xây dựng mô hình thực tế; thử nghiệm điều khiển và hiệu chỉnh để so sánh với kết quả mô phỏng được. Kết quả đạt được là mô hình thực nghiệm có thể giữ viên bi ở các điểm cân bằng đạt trước bởi bộ điều khiển LQG (Linear–Quadratic–Gaussian Control), tín hiệu điều khiển thực tế giống với mô hình đã được mô phỏng. Hệ thống này có thể được phát triển và thử nghiệm với những giải thuật điều khiển như: điều khiển thích nghi,… như một cách áp dụng kiến thức lý thuyết đã học được vào mô hình thực tế đã xây dựng.