Thiết kế các bộ điều khiển cho con lắc ngược quay

Tóm tắt

Hệ con lắc ngược quay là một đối tượng 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 tính chất không ổn định và phi tuyến mạnh, việc điều khiển hệ thống này đặt ra nhiều thách thức, đòi hỏi các phương pháp điều khiển hiệu quả nhằm duy trì trạng thái cân bằng của con lắc tại vị trí thẳng đứng. Nhiều phương pháp điều khiển đã được áp dụng cho hệ thống này, bao gồm các thuật toán điều khiển cổ điển như PID, phản hồi trạng thái, LQR cũng như các phương pháp điều khiển 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 trên phần mềm MATLAB Simulink và thực nghiệm trên mô-đun Quanser QUBE-Servo2. Các tiêu chí đánh giá bao gồm độ ổn định, khả năng thích nghi và mức độ nhạy cảm với nhiễu. Kết quả cho thấy bộ điều khiển LQR đạt chất lượng cao với độ dao động nhỏ và thời gian ổn định ngắn, trong khi bộ điều khiển PID mờ có khả năng thích nghi tốt hơn với các điều kiện môi trường thay đổi và nhiễu loạn không mong muốn.