LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Thị Tuyết Hoa
Sinh ngày 07 tháng 01 năng 1990
Học viên lớp cao học khóa 18 – Chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
– Trƣờng đại học Kỹ thuật Công Nghiệp – Đại học Thái Nguyên
Hiện nay tôi đang công tác tại Khoa Điện tử – Trƣờng đại học Kỹ thuật Công
Nghiệp – Đại học Thái Nguyên
Xin cam đoan luận văn “Nâng cao chất lượng điều khiển cho hệ thống Twin
Rotor MIMO System” do thầy giáo PGS.TS Nguyễn Duy Cương hƣớng dẫn là
công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc,
xuất xứ rõ ràng.
Tác giả xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn đúng nhƣ nội dung
của đề cƣơng và yêu cầu của thầy giáo hƣớng dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội dung
của luận văn tác giả xin hoàn toàn chịu trách nhiệm với lời cam đoan của mình.
Thái Nguyên, ngày….. tháng..... năm 2017
Học viên

Nguyễn Thị Tuyết Hoa

i


LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, làm việc khẩn trƣơng và đƣợc sự hƣớng dẫn chỉ bảo
tận tình của thầy giáo PGS.TS Nguyễn Duy Cương, luận văn với đề tài “ Nâng cao
chất lượng điều khiển cho hệ thống Twin Rotor MIMO System” đã hoàn thành.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới:
Thầy giáo hƣớng dẫn PGS.TS Nguyễn Duy Cương đã tận tình chỉ dẫn và
giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn.
Các thầy giáo, cô giáo của Khoa Điện – Trƣờng đại học Kỹ thuật Công nghiệp
và các đồng nghiệp của Khoa Điện tử đã động viên khuyến khích, giúp đỡ tác giả


Cấu tạo của TRMS ................................................................................................ 10

I.3

Các đặc điểm của bộ điều khiển TRMS ............................................................... 11

I.3.1. Tính phi tuyến và hiện tƣợng xen kênh .............................................................. 12
I.3.2. Tính bất định mô hình ......................................................................................... 12
I.4

Tổng quan các nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về TRMS .................................. 12

I.4.1 Nhận dạng hệ thống ............................................................................................ 12
I.4.2 Chiến lƣợc điều khiển của các các nghiên cứu trƣớc đây về TRMS .................. 13
I.5

Định hƣớng nghiên cứu và mục tiêu của đề tài .................................................... 14

I.5.1 Định hƣớng nghiên cứu ....................................................................................... 14
I.5.2 Mục tiêu của đề tài .............................................................................................. 15
KẾT LUẬN CHƢƠNG I ................................................................................................. 15
CHƢƠNG II: MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA TWIN ROTOR MIMO SYSTEM ....... 16
II.1

Giới thiệu chung ................................................................................................... 16

II.2

Mô hình toán học của TRMS xây dựng dựa theo Euler – Lagrange .................... 16


III.4.2

Tính toán các thông số và mô phỏng hệ thống .............................................. 55

III.5

Kết quả mô phỏng hệ thống .................................................................................. 57

KẾT LUẬN CHƢƠNG III .............................................................................................. 60
CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM ...................................... 61
IV.1 Hệ thống TRMS thực nghiệm ............................................................................... 61
IV.2 Các kết quả thực nghiệm của hệ thống ................................................................. 64
IV.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm .............................................................................. 68
KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ......................................... 69
1. Kết luận chung ............................................................................................................. 69
2. Hƣớng phát triển của đề tài .......................................................................................... 69
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 70
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 72

iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

Ký hiệu

Chú thích

TRMS :


ITAE :

Integral of Time Absolute Error

MSE :

Mean Squared Error

SVF:

State Variable Filter

v


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Máy bay trực thăng
Hình 1.2: Twin Rotors MIMO System – TRMS
Hình 1.3: Mặt chiếu đứng của TRMS
Hình 1.4: Mặt chiếu bằng của TRMS
Hình 2. 1: Phân tích TRMS trên hệ trục tọa độ Oxyz
Hình 2. 2: Hình chiếu đứng của TRMS với αh = 0
Hình 2. 3: Hình chiếu bằng của TRMS
Hình 2.4: Sơ đồ khối theo mô hình toán của TRMS
Hình 3.1: Mô hình tổng quát tối ƣu hóa bộ điều khiển PID bằng GA
Hình 3.2: Lƣu đồ thuật toán tối ƣu hóa bộ điều khiển PID
Hình 3.3: Cực tiểu cục bộ và cực tiểu toàn bộ trong kỹ thuật học
Hình 3. 4: Cấu trúc bộ điều khiển học LC
Hình 3.5: Cấu trúc bộ điều khiển học LC kết hợp feed forward/ feedback

11
17
18
18
23
27
28
30
31
31
34
34
35
37
40
44
45
50
51
54
54
56
57
58
59
59
61
61
63
63

đã đƣợc đơn giản hóa, hệ thống này đƣợc sử dụng trong các phòng thí nghiệm để
phục vụ cho việc nghiên cứu và ứng dụng các thuật toán điều khiển cho máy bay
trực thăng nói riêng và các hệ thống có nhiều đầu vào và nhiều đầu ra (MIMO) nói
chung.
Hiện nay đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về các giải thuật điều khiển cho
TRMS đƣợc thử nghiệm và áp dụng, phần nào đã giải quyết đƣợc bài toán điều
khiển cho hệ thống phức tạp này, tuy nhiên chất lƣợng điều khiển của một số nghiên
cứu về TRMS vẫn còn tồn tại một vài hạn chế. Với mong muốn tìm hiểu thêm các
thuật toán mới nhằm nâng cao chất lƣợng điều khiển cho TRMS, tác giả đã lựa chọn
đề tài: “Nâng cao chất lượng điều khiển cho Twin Rotor MIMO System” sử dụng
phương pháp điều khiển phản hồi (Feedback) kết hợp điều khiển truyển thẳng
(Learning Feed Forward) theo phương pháp bù tổng. Kết quả đạt đƣợc đã cho
thấy cấu trúc này có thể cải thiện đáng kể chất lƣợng điều khiển của hệ thống.
Nội dung chính của luận văn bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về Twin Rotor MIMO System
Chương 2: Mô hình toán học của Twin Rotor MIMO System
Chương 3: Thiết kế và mô phỏng bộ điều khiển cho hệ thống
Chương 4: Kết quả và đánh giá thực nghiệm.

GVHD: PGS.TS Nguyễn Duy Cương

-7-

Học viên: Nguyễn Thị Tuyết Hoa


Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật

Nâng cao chất lượng điều khiển cho TRMS


GVHD: PGS.TS Nguyễn Duy Cương

-8-

Học viên: Nguyễn Thị Tuyết Hoa


Luận Văn Thạc Sỹ Kỹ Thuật

Nâng cao chất lượng điều khiển cho TRMS

nâng sẽ cân bằng và triệt tiêu sự quay của thân máy bay giữ hƣớng cố định cho máy
bay. Nhƣ vậy, khi cánh quạt nâng quay vẫn bảo đảm đƣợc sự chuyển động tƣơng
đối của không khí đối với cánh nâng và tạo lực nâng khí động học trong khi bản
thân máy bay không cần chuyển động nên máy bay trực thăng có thể bay đứng treo
một chỗ và thậm chí bay lùi. Ngoài ra cánh quạt đuôi này còn có tác dụng để lái đổi
hƣớng bay cho trực thăng nhờ việc thay đổi công suất cánh đuôi từ đó thay đổi lực
đẩy gió ngang và mô men đuôi khiến máy bay có thể chuyển hƣớng sang phải sang
trái dễ dàng.
Nhiệm vụ của cánh quạt chính là tạo ra lực nâng để thắng trọng lực của máy
bay để nâng nó bay trong không khí. Lực nâng đƣợc tạo ra nhờ sự tƣơng tác với
không khí . Trong quá trình quay cách quạt tác dụng vào không khí một lực và
ngƣợc lại không khí tác dụng lên cánh quạt một phản lực hƣớng lên trên. Do đó, khi
không có không khí lực nâng này sẽ không còn, hay nói cách khác, không thể dùng
máy bay trực thăng để bay ra khỏi tầng khí quyển dù công su ất của động cơ có lớn
đến đâu.
Nhƣ vậy có thể thấy rằng máy bay trực thăng có kết cấu và cấu tạo tƣơng đối
phức tạp, khó điều khiển, hiệu suất khí động học thấp, tốn nhiều nhiên liệu, tốc độ
và tầm bay xa kém hơn nhiều so với máy bay phản lực. Tuy nhiên khả năng cất
cánh – hạ cánh thẳng đứng không cần sân bay và tính năng bay đứng, dịch chuyển

phƣơng thẳng đứng và cánh quạt phụ (hay cánh quạt đuôi) chuyển động theo
phƣơng ngang, viền ngoài hai cánh quạt có lá chắn bảo vệ. Cần đối trọng (bao gồm
đối trọng và thanh gắn đối trọng) đƣợc gắn cố định với dầm ở chốt quay. Tất cả các
bộ phận trên đƣợc gắn trên một trụ tháp có chân đế.

Hình 1.3: Mặt chiếu đứng của TRMS

GVHD: PGS.TS Nguyễn Duy Cương

- 10 -

Học viên: Nguyễn Thị Tuyết Hoa


Luận văn đầy đủ ở file: Luận văn full