Tìm kiếm theo cụm từ

  Thông tin nghiệm thu cấp cơ sở đề tài KHCN cấp Bộ của PGS.TS. Nguyễn Hữu Công

Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình phương tiện giao thông hai bánh tự cân bằng sử dụng thuật toán điều khiển tiến tiến.

- Mã số: B2014-TN01-01

- Chủ nhiệm: PGS.TS. Nguyễn Hữu Công

- Thành viên thực hiện:

TT

Họ và tên

Đơn vị công tác và

lĩnh vực chuyên môn

1

 

PGS.TS Nguyễn Hữu Công

Công tác tại Đại học Thái Nguyên;

Lĩnh vực chuyên môn: Điều khiển và Tự động hóa.

2

PGS.TS Bùi Trung Thành

(Thư ký khoa học)

Công tác tại bộ môn Cơ điện tử - Khoa Cơ Khí – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên;

Lĩnh vực chuyên môn:Cơ điện tử.

3

TS. Vũ Ngọc Kiên

Công tác tại khoa Điện – Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên;

 Lĩnh vực chuyên môn: Điều khiển và Tự động hóa.

4

TS. Đào Huy Du

Công tác tại khoa Điện tử - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên;

Lĩnh vực chuyên môn:Kỹ thuật điện tử.

5

TS. Nguyễn Hoài Nam

Công tác tại khoa Điện Tử – Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên;

 Lĩnh vực chuyên môn: Điều khiển và Tự động hóa.

6

TS. Nguyễn Văn Chí

Công tác tại khoa Điện Tử– Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên;

 Lĩnh vực chuyên môn: Điều khiển và Tự động hóa.

7

PGS.TS. Nguyễn Văn Dự

Công tác tại khoa Cơ khí – Trường đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên;

 Lĩnh vực chuyên môn: Kỹ thuật cơ khí

 

- Cơ quan chủ trì: Đại học Thái Nguyên

- Thời gian thực hiện: Từ tháng 01 năm 2014 đến tháng 12 năm 2015

- Thời gian nghiệm thu: 9h00 ngày 14/4/2016
- Địa điểm nghiệm thu: Đại học Thái Nguyên

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1. Thông tin chung

- Tên đề tài: Thiết kế và chế tạo mô hình phương tiện giao thông hai bánh tự cân bằng sử dụng thuật toán điều khiển tiến tiến. 

- Mã số: B2014-TN01-01

- Chủ nhiệm: PGS.TS. Nguyễn Hữu Công

- Cơ quan chủ trì: Đại học Thái Nguyên

- Thời gian thực hiện: Từ tháng 01 năm 2014 đến tháng 12 năm 2015 

2. Mục tiêu

- Phát triển một mô hình phương tiện giao thông hai bánh tự cân bằng (bánh trước và bánh sau) sử dụng hệ thống bánh đà, làm việc dựa trên nguyên lý con lắc ngược.

- Mô hình hóa xe hai bánh tự cân bằng và đề xuất một thuật toán điều khiển tiên tiến phù hợp (bộ điều khiển tối ưu và bền vững bậc thấp) để điều khiển cân bằng cho hệ xe hai bánh với thời gian đáp ứng nhanh và chất lượng tốt hơn.

3. Kết quả nghiên cứu

1. Nghiên cứu, đánh giá tổng quan về xe hai bánh tự cân bằng và xây dựng thành công kết cấu phần cơ và phần điện 01 mô hình xe hai bánh tự cân bằng sử dụng bánh đà. Mô hình hóa mô hình xe hai bánh tự cân bằng cho thấy đây là một mô hình bất định. Thiết kế bộ điều khiển tối ưu bền vững cho mô hình xe hai bánh tự cân bằng thu được bộ điều khiển bậc 30.

2. Đã đưa ra 3 tiêu chuẩn đánh giá (đo) tính quan trọng (tính trội) của các điểm cực trong thuật toán giảm bậc mô hình. Từ đó đã xây dựng được thuật toán giảm bậc mới cho hệ tuyến tính ổn định bậc cao và thuật toán giảm bậc mới cho hệ tuyến tính không ổn định bậc cao. Song song với đó, luận án cũng đã đưa ra được một định lý mới xác định công thức tính chặn trên của sai số giảm bậc, 5 bổ đề mới.

3. Áp dụng thuật toán giảm bậc cho bài toán điều khiển bền vững cho kết quả: Sử dụng bộ điều khiển bậc 5, bậc 4 thay thế bộ điều khiển bền vững bậc cao (bậc 30) trong bài toán điều khiển bền vững xe hai bánh tự cân bằng mà chất lượng hệ thống điều khiển vẫn đảm bảo. Các kết quả đã được kiểm chứng qua mô phỏng trên máy tính.

4. Thực nghiệm điều khiển xe hai bánh tự cân bằng (mô hình xe được xây dựng trong phòng thí nghiệm) sử dụng bộ điều khiển bền vững giảm bậc thông qua kết nối giữa bo mạch Adruno trên mô hình xe hai bánh với phần mềm Matlab – Simulink trên máy tính bàn cho kết quả: xe có khả năng cân bằng khi xe không mang tải, khi xe chịu tác động của ngoại lực, khi xe mang tải (cân bằng hai phía) và khi xe mang tải lệch tâm. Đã thực nghiệm khi nạp mã chương trình vào Adruno cho kết quả: xe hai bánh tự cân bằng có thể hoạt động độc lập (không kết nối bo mạch Adruno trên mô hình xe hai bánh với phần mềm Matlab – Simulink trên máy tính bàn) và đảm bảo cân bằng ổn định.

4. Sản phẩm:

4.1. Sản phẩm khoa học

Báo, Báo cáo

Số lượng

Bài báo đăng tạp chí nước ngoài

01

Bài báo đăng tạp chí trong nước

02

Bài đăng kỷ yếu hội nghị, hội thảo quốc tế

01

4.2. Sản phẩm đào tạo

Loại

Cao học

NCS

Số lượng

02

01

4.3 Sản phẩm ứng dụng

Stt

Tên sản phẩm

Số lượng

Yêu cầu khoa học

Địa chỉ ứng dụng

1

 

Mô hình thực nghiệm xe hai bánh (bánh trước và bánh sau) tự cân bằng

01

- Kết cấu cơ khí vững chắc, đảm bảo tính khoa học và mỹ thuật công nghiệp;

- Mạch điều khiển làm việc ổn định, tin cậy;

- Xe có thể tự cân bằng khi đứng yên hoặc khi chuyển động.

 

2

Chương trình mô phỏng hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh

01

- Chương trình được viết theo đúng các thuật toán điều khiển đã được xây dựng từ phần lý thuyết;

- Ngôn ngữ lập trình: Phù hợp với thiết bị phần cứng;

- Chương trình có thể mô phỏng và đánh giá được chất lượng của hệ thống điều khiển mô hình xe hai bánh tự cân bằng.

 

3

Sơ đồ, bản thiết kế cơ khí, điện của xe hai bánh tự cân bằng

01

Đảm bảo yêu cầu khoa học

 

5. Hiệu quả

5.1. Giáo dục và đào tạo

  • Mô hình xe hai bánh được sử dụng để kiểm chứng khả năng điều khiển đối tượng bất định của các thuật toán điều khiển hiện đại, thông minh.
  • Là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên và học viên cao học ngành điều khiển và tự động hoá.

5.2 Kinh tế - xã hội

  • Thành công của đề tài mở ra khả năng sản xuất xe tự cân bằng, tương tự các loại xe tự cân bằng của nước ngoài như xe Lit Motors C-1 (của Mỹ), E-Tracer (của Thụy Sỹ) với giá thành thấp hơn, cũng như áp dụng bài toán này vào các hệ thống cân bằng khác như cân bằng robot di chuyển bằng hai chân, cân bằng tàu biển.

6. Khả năng áp dụng và phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu

  • Phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu

Tài liệu hướng dẫn thiết kế và chế tạo mô hình xe hai bánh tự cân bằng.

  • Khả năng ứng dụng

Kết quả nghiên cứu mở ra khả năng sử dụng xe hai bánh tự cân bằng trong địa hình chật hẹp của các thành phố, các công viên, ...

Kết quả nghiên cứu là tài liệu tham khảo hữu ích cho đào tạo và nghiên cứu của cán bộ, giảng viên, sinh viên khi nghiên cứu về xe hai bánh tự cân bằng, điều khiển bền vững và thiết kế bộ điều khiển bậc thấp.


 

 

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information

Project title: Design and manufacture of self-balancing two-wheeled transport model using advanced control algorithms.

Code number: B2014-TN01-01

Coordinator: Nguyen Huu Cong

Implementing institution: Thai Nguyen University

Duration: from 01/2014 to 12/2015

2. Objective(s)

- Developing a self-balancing two-wheeled vehicle model (front wheeled and back wheeled) using the flywheel system, working on the inverted pendulum principle.

- Modeling self-balancing two-wheeled vehicle and proposing a suitable advanced control algorithms (low-order robust and optimal controller) to balance control two-wheeled vehicle system with fastest response time and better quality.

3. Research results

1. Research, evaluation overview of self-balancing two-wheeled vehicle and successfully built the mechanical and electrical structure of a self-balancing two-wheeled vehicle model using the flywheel. Modeling self-balancing two-wheeled vehicle model show that this model is an uncertainty model. Designing optimal robust controller for self-balancing two-wheeled vehicle model obtained 30th-order controller.

2. Gave three evaluation criterias (measuring) the importance (dominance) of the poles in model reduction algorithm. Therefore, building a new algorithms for higher-order linear stable system and higher-order linear unstable system. Parallel to that, the author also provided a new theorem that determined the upper bound formula of order reduction error, 5 new lemmas.

3. Applying model order reduction algorithm for robust control problem result: Applying the 5th, 4th -order reduction controller to replace the high  order robust controller in self-balancing two-wheeled robust control problem that the quality of controller is still guaranteed. The results have been verified through computer simulations.

4. Experimentally controlled two-wheeled vehicle (vehicle model is built in a laboratory) using order reduction  robust controller through a direct connection to the Adruno motherboard on vehicle model with Matlab - Simulink software on computer  showed that vehicle can stay balance when it doesn’t carry load, it is affected by an external force, it caries load (balancing both sides), it caries eccentric load. Experimenting when loaded code controller into the Adruno motherboard showed that vehicle can self- operating (not connecting to the Adruno motherboard on vehicle model with Matlab - Simulink software on computer ) and ensure stable balance.

4. Products

Products

Number

International Articles

02

Domestic Articles

02

Master of Science

02

Research student

01

Experimental models of self-balancing two-wheeled vehicle

01

Simulation program of balance control system of two-wheeled vehicle

01

Mechanical diagram, electrical diagram of self-balancing two-wheeled vehicle

01

5. Effects

  • The model of self-balancing two-wheeled vehicle is used to test the ability to control the uncertainty object of the smart modern control algorithms.
  • Project is useful reference for students and graduate students of control and automation professionals.
  • The success of the research opens up the possibility to producing self-balancing vehicle which is similar to the self-balancing vehicles of foreign such as Lit Motors C-1 (US), the E-Tracer (Switzerland) with lower costs, as well as applies this problem into other balance systems such as balancing robot moves on two legs, ship balancing systems.

6. Transfer alternatives of reserach results andapplic ability

  • Documentation design and manufacturing self-balancing two-wheeled vehicles model.
  • The research results open up the ability to use self-balancing two-wheeled vehicles in the narrow terrain of cities, parks…
  • The research results are useful references for training and studying of officers, lecturers, students when studying self-balancing two-wheeled vehicles, robust controller and design of lower-order controller.
Trân trọng thông báo và kính mời các nhà khoa học, cán bộ, giảng viên, NCS, học viên thạc sĩ, sinh viên và những người quan tâm tham dự.