Tài liệu Đồ án TBTĐ - Con lắc ngược

Mô tả:

LỜI NÓI ĐẦU Trong công cuộc kiến thiết xây dựng đất nước nhà nước đạng bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ những chủ nhân tương lai của đất nước những nhiệm vụ nặng nề. Sự phát triển nhanh chóng của cách mạng khoa học kĩ thuật nói chung và trong lĩnh vực điện – điện tử nói riêng làm cho bộ mặt xã hội đất nước biến đổi từng ngày. Để đáp ứng được những yêu cầu đó, chúng em những chủ nhân tương lai của đất nước cần có ý thức học tập và nghiên cứu về chuyên môn của mình trong trường đại học KTCN một cách đúng đắn và sâu rộng. Điều khiển – Đo lường là một trong nhưng ngành mới, đang có đà phát triển một cách tích cực trong nền CN nước nhà, chính vì vậy chúng em những kỹ sư tương lai của đất nước đang nghiên cứu trên ghế nhà trường đều ý thức một cách rõ ràng về Điều Khiển Tự Động. Đồ án “Thiết Bị Tự Động” là một trong những đề tài mà chúng em đang nghiên cứu đã nói lên được phần nào về vấn đề thiết kế và mô phỏng hệ thống điều khiển. Rất quan trọng trong hệ thống thiết bị công nghiệp hiện nay. Được sự giúp đỡ của các thầy trong bộ môn đặc biệt là thầy giáo hướng dẫn Phạm Văn Thiêm chúng em đã hoàn thành đồ án này. Qua đây em gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong bộ môn: thầy Phạm Văn Thiêm, thầy Đỗ Công Thành, thầy Nguyễn Nam Trung, thầy Nguyễn Văn Chí , cô Nguyễn Thị Thanh Quỳnh…,và các thầy cô khác. Trong quá trình làm đồ án của chúng em không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự góp ý của các thầy để đồ án của chúng em được hoàn thành tốt hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Ngày 29 tháng 5 năm 2014 Sinh viên Chu Thị Tuyết Đồng Thị Tuyết Ngô Thanh Tú Đồ án Thiết Bị Tự Động Gvhd:Th.S Phạm Văn Thiêm 2 CHƯƠNG 1: Mô hình hóa hệ thống 1 . Con lắc ngược. Con lắc ngược là một con lắc với tâm của trọng lực trên trục của nóquay. Con lắc bình thường có tâm của lực hấp dẫn dưới trục quay và khi nó ở trạng thái ổn định thì nó hướng xuống dưới. Nghiên cứu về mô hình toán học , mô hình năng động và các thuật toán trong việc kiểm soát thâý con lắc ngược đóng vai trò rất quan trọng trong việc kiểm soát tên lửa và tàu vũ trụ và trong việc duy trì trạng thái cân bằng cho hai chân robot , skyscraping tòa nhà , .v.v. Hiện nay , có rất nhiều các thuật toán trong các hệ thống kiểm soát của con lắc như: PID kiểm soát , kiểm soát trượt, điều khiển logic mờ và ARTI mạng lưới thần kinh biệt (ANN) điều khiển. controllers dựa trên hành động của họ xung quanh một điểm sẽ không thành công nếu có sự thay đổi xảy ra . Khi lý thuyết về các bộ điều khiển hiện đại ngày càng hoàn thiện hơn thì con lắc ngược là một trong những đối tượng được áp dụng để kiểm tra các lý thuyết đó. 2. Mô hình con lắc ngược Xét hệ thống con lắc ngược như hình 1.1. bao gồm một con lắc gắn liền với một thanh ngang.Con lắc ngược được gắn vào xe kéo bởi động cơ điện. Giả sử khối lượng của con lắc tập trung ở đầu thanh như hình vẽ (khối lượng thanh không đáng kể). Yêu cầu của bài toán là điều khiển địên áp và giữ cho con lắc ngược luôn cân bằng. Đồ án Thiết Bị Tự Động Gvhd:Th.S Phạm Văn Thiêm 3 Hình 1: Mô hình con lắc ngược. Trong đó : l=0.1675(m) : chiều dài con lắc ngược . g=9.8( m/s2) : Gia tốc trọng trường . m=0.215(kg ):khối lượng con lắc . θ :vị trí góc của cánh tay thanh ngang. α :vị trí góc của con lắc. r=0.125(m) :chiêù dài cánh tay thanh ngang. 3:MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA HỆ CON LẮC NGƯỢC Giả sử rằng lực hấp dẫn của con lắc là vào thời điểm B. Điểm B thực hiện mộtchuyển động quay so với điểm A và vận tốc quay của điểm B như sau: ..os..sinABABxLcyL  (1) Lúc đó con lắc vẫn quay xung quanh điểm 0 với vận tốc là: r.. Vậy lúc đó vận tốc của điểm B so với điểm 0 được mô tả bởi phương trình sau: