Thiết kế các bộ điều khiển cho con lắc ngược quay

Tóm tắt

Hệ con lắc ngược quay là một hệ thống điều khiển phi tuyến
điển hình trong nghiên cứu điều khiển tự động, thường được
sử dụng để kiểm tra và đánh giá các thuật toán điều khiển khác
nhau. Do đặc tính không ổn định và phi tuyến mạnh, việc điều
khiển hệ thống này đặt ra nhiều thách thức, đòi hỏi các chiến
lược điều khiển hiệu quả nhằm duy trì con lắc ở vị trí cân bằng
thẳng đứng. Nhiều phương pháp điều khiển đã được áp dụng
cho hệ thống này, bao gồm các thuật toán kinh điển như PID,
phản hồi trạng thái và điều khiển tối ưu tuyến tính (LQR),
cũng như các phương pháp hiện đại như điều khiển mờ và
điều khiển dự báo mô hình. Nghiên cứu này tập trung vào việc
thiết kế, mô phỏng và so sánh chất lượng của hai bộ điều khiển
chính: LQR và PID mờ. Các thuật toán điều khiển được kiểm
chứng thông qua mô phỏng bằng MATLAB Simulink và thực
nghiệm thời gian thực trên mô-đun Quanser QUBE-Servo2.
Các tiêu chí đánh giá bao gồm độ ổn định, khả năng thích nghi
và độ nhạy với nhiễu. Kết quả cho thấy bộ điều khiển LQR
mang lại hiệu năng cao với dao động nhỏ và thời gian ổn định
ngắn, trong khi bộ điều khiển PID mờ thể hiện khả năng thích
nghi tốt hơn với điều kiện môi trường thay đổi và các nhiễu
loạn không mong muốn