Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi
Bài báo này nghiên cứu điều khiển hệ quang điện tử bám mục tiêu EOTS (Electro-optical tracking system) khi hoạt động trong môi trường rung lắc, không ổn định như khi hệ EOTS lắp trên tàu thuyền, máy bay, xe chuyên dụng, xe tăng.vv dẫn đến chuyển động quay của bệ đỡ hệ.
![Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 1 Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 1](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7156/dieu-khien-bam-he-quang-dien-tu-trong-moi-truong-rung-lac-su-trang-1_s86PG9y0DI.jpg)
Trang 1
![Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 2 Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 2](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7156/dieu-khien-bam-he-quang-dien-tu-trong-moi-truong-rung-lac-su-trang-2_eek3xDKPGh.jpg)
Trang 2
![Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 3 Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 3](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7156/dieu-khien-bam-he-quang-dien-tu-trong-moi-truong-rung-lac-su-trang-3_PWL6zwEdMU.jpg)
Trang 3
![Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 4 Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 4](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7156/dieu-khien-bam-he-quang-dien-tu-trong-moi-truong-rung-lac-su-trang-4_Mkdod13rVK.jpg)
Trang 4
![Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 5 Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 5](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7156/dieu-khien-bam-he-quang-dien-tu-trong-moi-truong-rung-lac-su-trang-5_k4IhWqfHVm.jpg)
Trang 5
![Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 6 Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 6](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7156/dieu-khien-bam-he-quang-dien-tu-trong-moi-truong-rung-lac-su-trang-6_FhhIShpmiA.jpg)
Trang 6
![Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 7 Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 7](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7156/dieu-khien-bam-he-quang-dien-tu-trong-moi-truong-rung-lac-su-trang-7_yYrfXPLxea.jpg)
Trang 7
![Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 8 Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 8](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7156/dieu-khien-bam-he-quang-dien-tu-trong-moi-truong-rung-lac-su-trang-8_MdwgcJiDSn.jpg)
Trang 8
![Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 9 Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 9](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7156/dieu-khien-bam-he-quang-dien-tu-trong-moi-truong-rung-lac-su-trang-9_Rl9CY9OgEJ.jpg)
Trang 9
![Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 10 Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi trang 10](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/image/2024/02/14/7156/dieu-khien-bam-he-quang-dien-tu-trong-moi-truong-rung-lac-su-trang-10_ddS9mSzR0q.jpg)
Trang 10
Bạn đang xem tài liệu "Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi
![Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi Điều khiển bám hệ quang điện tử trong môi trường rung lắc sử dụng bộ điều khiển pid mờ thích nghi](https://s1.tailieuhoc.vn/4ydyqpyrc4869mas/thumb/2024/02/14/dieu-khien-bam-he-quang-dien-tu-trong-moi-truong-rung-lac-su_WY8V6aH9ER.jpg)
Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông N. M. Tiến, L. V. Định, , “Điều khiển bám hệ quang điện tử PID mờ thích nghi.” 158 ĐIỀU KHIỂN BÁM HỆ QUANG ĐIỆN TỬ TRONG MÔI TRƯỜNG RUNG LẮC SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID MỜ THÍCH NGHI Ngô Mạnh Tiến1*, Lưu Văn Định1, Nguyễn Như Chiến2, Đỗ Hoàng Việt2, Hà Thị Kim Duyên 3, Phạm Thị Thanh Huyền3 Tóm tắt: Bài báo này nghiên cứu điều khiển hệ quang điện tử bám mục tiêu EOTS (Electro-optical tracking system) khi hoạt động trong môi trường rung lắc, không ổn định như khi hệ EOTS lắp trên tàu thuyền, máy bay, xe chuyên dụng, xe tăng..vv dẫn đến chuyển động quay của bệ đỡ hệ. Đồng thời bài báo cũng đề cập đến sự ảnh hưởng của momen lực quán tính ly tâm tác động gây ra bởi sự mất cân bằng tĩnh của hệ. Bộ điều khiển được sử dụng là giải thuật PID thích nghi dựa trên giải thuật mờ. Các kết quả mô phỏng sẽ được tiến hành trên phần mềm Matlab và được so sánh với bộ điều khiển PID thông thường. Từ khóa: Hệ quang điện tử; Electro-optical tracking system; Gimbal; PID; Fuzzy-PID; Tracking. 1. MỞ ĐẦU Hệ quang điện tử bám mục tiêu EOTS được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị khí tài quân sự như hệ thống giám sát, bám bắt và tiêu diệt mục tiêu đặt cố định, hệ thống giám sát, bám bắt và tiêu diệt mục tiêu trên tàu, máy bay, xe tăng. Việc được ứng dụng rộng rãi đặc biệt trong lĩnh vực quân sự đòi hỏi đường ngắm LOS (Line Of Sight) phải bám mục tiêu nhanh và chính xác ngay cả khi bệ đặt thiết bị quang điện tử được đặt trong môi trường rung lắc mạnh như trên máy bay hay tàu, xe tăng [1]. Việc điều khiển bám cho hệ EOTS ổn định LOS khi bị các nhiễu trong quá trình hoạt động là rất quan trọng trong quá trình tích hợp hệ thống. Các nhiễu có thể ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của bệ gimbal có thể kể đến như chuyển động quay của bệ đặt (hệ được đặt trên các xe tăng hay máy bay) dẫn đến sự xuất hiện của các momen lực không mong muốn, sự mất cân bằng động (dynamic unbalance), momen lực quán tính ly tâm gây ra bởi sự mất cân cân bằng tĩnh (static mass unblance) của kênh nghiêng và kênh xoay [2,3]. Hình 1. Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển việc bám mục tiêu của hệ quang điện tử. Xây dựng hệ thống điều khiển cho hệ quang điện tử bao gồm việc xây dựng vòng điều khiển ổn định vận tốc (vòng trong) và vòng điều khiển bám vị trí (vòng ngoài). Việc điều khiển bám mục tiêu trong hệ quang điện tử cũng đã được đưa ra trong một số công trình nghiên cứu trên thế giới. Nghiên cứu [2,3] sử dụng bộ điều khiển PID. [4] có áp dụng giải thuật trượt, các phương pháp điều khiển hiện đại như điều khiển mờ [5], điều khiển bền vững [6] cũng được áp dụng. Tuy nhiên các công trình trên mới chỉ chú trọng giải quyết vấn đề ổn định tốc độ cho hệ thống bám. Trong khi đó việc xây dựng hệ thống bám vị trí (vòng ngoài) lại không được đề cập. Bài báo [7,8] có đề xuất phương án sử dụng một bộ điều khiển PID tự chỉnh định bằng giải thuật mờ cho vòng điều khiển vị trí bám mục tiêu bên ngoài. Tuy vậy trong bài nghiên cứu này lại bỏ qua sự ảnh hưởng nhiễu do chuyển động quay của bệ đặt, tức không Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017 159 xét đến sự ảnh hưởng của hệ trong môi trường có rung lắc. Trong bài báo này sẽ trình bày hệ thống điều khiển cho hệ quang điện tử sử dụng giải thuật PID tự chỉnh dựa trên mờ khi có xét đến những ảnh hưởng do bệ đặt của hệ quay khi hoạt động trong các môi trường rung lắc và sự mất cân bằng tĩnh của hệ gimbal. Bài báo gồm 6 phần: Sau phần tổng quan nghiên cứu, trong phần 2 sẽ xây dựng các phương trình chuyển động của 2 kênh nghiêng và kênh xoay, sự ảnh hưởng của chuyển đông quay của 1 trục lên trục còn lại và ảnh hưởng của sự mất cân tĩnh của hệ gimbal đến quá trình chuyển động quay của hệ cũng được đề cập đến trong phần này; phần 3 trình bày vòng ổn định tốc độ bên trong; bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên giải thuật mờ dành cho vòng bám vị trí sẽ được trình bày ở phần 4; phần 5 tiến hành mô phỏng kiểm chứng; cuối cùng những kết luận đáng chú ý sẽ được tổng kết lại trong phần 6. 2. PHƯƠNG TRÌNH CHUYỂN ĐỘNG CỦA HỆ GIMBAL Hình 2. Hệ gimbal 2 trục. Trong bài báo này ta xét hệ gimbal 2 trục như trong hình 2. Hệ này được gắn với 3 hệ quy chiếu. Hệ tọa độ P (i,j,k) được gán cho bệ đỡ là hệ quy chiếu gốc, hệ quy chiếu B (n,e,k) được gán cho kênh xoay (yaw), hệ quy chiếu A (r,e,d) được gán cho kênh nghiêng (pitch). Trục r sẽ trùng với đường ngắm LOS của hệ. Trục k hướng xuống dưới. Các ma trận chuyển đổi hệ quy chiếu được rút ra: cos sin 0 cos 0 sin sin cos 0 ; 0 1 0 0 0 1 sin 0 cos B A P BT T (1) , lần lượt là góc quay của kênh xoay quanh trục k và góc xoay của kênh nghiêng quanh trục e. BPT , A BT lần lượt là ma trận chuyển hệ tọa độ từ P sang B và từ B sang A. Vectơ vận tốc góc quán tính của các hệ quy chiếu lần lượt là: / B/ A/; ; Pi Bn Ar P B A P I Pj I Be I Ae Pk Bk Ad (2) Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông N. M. Tiến, L. V. Định, , “Điều khiển bám hệ quang điện tử PID mờ thích nghi.” 160 , ,pi pj pk lần lượt là vận tốc góc của bệ đỡ trong hệ quy chiếu P theo các trục I, j, k. , ,Bn B ke B lần lượt là vận tốc góc của kênh xoay theo các trục n,e,k. , ,Ar Ae Ad là vận tóc góc của kênh nghiêng theo lần lượt các trục r, e, d. Ma trận momen quán tính của 2 kênh nghiêng và xoay lần lượt là: ; r re rd n ne nk A B re e de ne e ke rd de d nk ke k A A A B B B J A A A J B B B A A A B B B (3) , ,r e dA A A là momen quán tính của kênh nghiêng theo các trục r, e và d. , ,re rd deA A A là tích momen quán tính. , ,n e kB B B là momen quán tính của kênh xoay theo các trục n, e, k. , ,ne nk keB B B là tích momen quán tính. Ngoài ra, ta còn kể đến pT là tổng momen ngoài tác động lên kênh nghiên ... 2 2 2 sin s ) sin s sin(2 ) ( )sin(2 ) 2 cos( ) ( 2 de re k r d r k Bk Bn Be B d r d rd k A A co B A A co A A A A (11) 2 2 ( os ) ( os sisin c c ( sin(2 ) 2 s(2 ) n )Dy Ae Aere de re A de d r Brd e A A A A A A co T A (12) Đối với kênh nghiêng Phương trình chuyển động của kênh nghiêng theo định luật II Newton: / A A I A dH H dt T (13) /A A A IH J là momen động lượng cho kênh nghiêng. Chuyển động của kênh nghiêng chỉ xung quanh trục e nên ta chỉ xét thành phần e trong biểu thức (13): 1 2e Ae p Dp DpA T T T (14) 1 2 sin s ) c sin ) ( ) (2 ) 2 sin(2 ) ( )sin(2 ) 2 ( ( ) ( os cos( 1 2os 2 ) de re de re d Dp Bn Be Bk Bn Be Bn Br rd d r rk Bnd A A co A A A A c A A A A T (15) 22 sin s ) ( )sin(2 ) 2 co 1 ( 2 s(2 )re dDp Bk Bkr rdA co A A AT (16) Ảnh hưởng do mất cân bằng tĩnh Mất cân bằng tĩnh gây nên do khối tâm của một vật rắn không nằm trên trục quay của nó. Khi vật rắn quay với gia tốc sẽ gây ra momen lực quán tính ly tâm lên trục quay của nó làm vật rắn bị rung lắc mạnh trong quá trình quay. Đối với hệ gimbal 2 trục được xét trong bài báo này trường hợp tương tự cũng xảy ra. Hai kênh nghiêng và kênh xoay về lý tưởng sẽ có khối tâm nằm trên trục quay của mỗi kênh, nhưng trong thực tế do thiết kế phần cứng không đảm bảo nên khối tâm thường không nằm trên trục quay. Do đó trong quá trình chuyển động quay của 2 kênh đều có những momen nhiễu tác động lên. Đặc biệt khi làm việc trong những môi trường rung lắc thì chuyển động quay của bệ đặt của hệ càng gây ra tăng các momen lực quán tính lý tâm do mất cân bằng tĩnh. Trong [3], để nghiên cứu sự ảnh hưởng của những momen nhiễu do sự mất cân bằng tĩnh gây lên 2 kênh của hệ EOTS, xét 1 hệ quy chiếu XYZ (trục Y trùng với trục k, trục Z trùng với trục e) và giả sử khối tâm của bệ đặt nằm trên trục quay của bệ đặt. Khi đó 2 momen nhiễu tác động lên 2 kênh nghiêng và xoay lần lượt là: s( ) s( ) sp p p m p sy y y m y J m ar co J m ar co (17) Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông N. M. Tiến, L. V. Định, , “Điều khiển bám hệ quang điện tử PID mờ thích nghi.” 162 ,p ym m lần lượt là khối lượng của kênh nghiêng và kênh xoay; a là gia tốc của bệ; ,p y lần lượt là các góc lệch tâm của kênh nghiêng và kênh xoay; ,p yr y là khoảng cách lệch tâm (khoảng cách từ tâm tới trục quay) của kênh nghiêng và kênh xoay. 3. THIẾT KẾ VÒNG ỔN ĐỊNH TỐC ĐỘ Nhiệm vụ chính của vòng ổn định tốc độ là ổn định tốc độ Ad Ae của kênh nghiêng luôn ổn định bám theo giá trị đặt từ vòng ngoài đưa vào bất kể sự ảnh hưởng từ nhiễu do làm việc trong môi trường rung lắc mạnh hay momen lực quán tính ly tâm. Vòng ổn định tốc độ bên trong chứa một động cơ servo với nhiều đặc điểm nổi bật như hiệu suất cao, momen quay cao so với tỉ lệ quán tính, tốc độ cao, ít ồn và đặc tính nhiễu điện từ thấp. Theo [9], các công thức điện áp của động cơ servo như sau: 2 2 m m e m m m m D m T di dq R i L K u dt dt d q dq J D Kq T T dt dt T K i (18) Hình 3. Sơ đồ khối cho động cơ servo. Có thể thấy momen do động cơ phát ra chính là tín hiệu điều khiển cho các kênh nghiêng và kênh xoay của hệ. Từ hình 4 ta thấy *m m LJ J J là tổng momen quán tính bao gồm momen quán tính động cơ và momen quán tính các kênh của hệ gimbal. * m m La a a là tổng hệ số ma sát nhớt. Ta có được hàm truyền của động cơ servo: * *( ) ( )( ) T m m m d T K G s Ls R J a K K (19) Bảng 1. Thông số của động cơ servo được sử dụng. Thông số Giá trị Thông số Giá trị Điện áp định mức ( )mu 24V Hằng số momen ( )TMK 0.85 Nm/A Tốc độ không tải 0( ) 303 rpm Hằng số EMF ( )dK 0.85 V/rad/s Trở kháng ( )mR 4.5 Momen quán tính roto Jm 0.0017 Kg/ 2m Cảm thuần ( )mL 0.003 H Tỉ lệ hãm ( )ma 0 Thay các thông số của động cơ thực tế vào, hàm truyền của động cơ khi đó là: 2 48850.5 ( ) 1500 41523 mG s s s (20) Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017 163 Ngoài ra để đo tốc độ Ae Ad của kênh nghiêng ta sử dụng một con quay hồi tốc (gyro scope). Con quay hồi tốc được đặt tại 2 trục e và d của kênh nghiêng. Tín hiệu từ con quay hồi tốc được trả về bộ điều khiển để so sánh với tín hiệu đặt từ vòng điều khiển bám bên ngoài. Hàm truyền của gyro scope được rút ra như sau [6]: 2 2500 70 25000 gyroG s s (21) 4. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI DỰA TRÊN GIẢI THUẬT MỜ CHO VÒNG ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ Cấu trúc của bộ điều khiển PID thích nghi mờ: Hình 4. Cấu trúc bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên giải thuật mờ. Đầu vào của bộ điều khiển là sai số e(t) giữa vị trí đặt mong muốn và đầu ra; và tốc độ của sự thay đổi sai số de/dt; đầu ra là các hệ số , ,p i dK K K . Cấu trúc giải thuật mờ bao gồm 2 đầu vào và 3 đầu ra được chỉ ra trên hình 5 Hình 5. Cấu trúc giải thuật mờ. Nhiệm vụ của khối mờ là thu được hệ số , ,p i dK K K tối ưu bằng cách áp dụng một số điều chỉnh. Các hệ số , ,p i dK K K này đều được giới hạn trong 1 dải giá trị, tức: in ax[ , ]p p M p MK K K in ax[ , ]i i M i MK K K n ax[ , ]d d Mi d MK K K (22) Dựa trên các kết quả đạt được từ bộ điều khiển PID trước đó, ta thu được dải giá trị của 3 thông số , ,p i dK K K lần lượt là: Đối với kênh nghiêng: in ax[ , ] [25;75]p M p MK K in ax[ , ] [1;8]i M i MK K in ax[ , ] [1;9]d M d MK K (23) Đối với kênh xoay in ax[ , ] [20;70]p M p MK K in ax[ , ] [2;10]i M i MK K in ax[ , ] [2,5;9,5]i M i MK K (24) Các hệ số , ,p i dK K K của bộ điều khiển PID thích nghi sẽ được xác định từ các hệ số của bộ chỉnh định mờ theo biểu thức: Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông N. M. Tiến, L. V. Định, , “Điều khiển bám hệ quang điện tử PID mờ thích nghi.” 164 ; ; p p Max i i Max d d Max p i d p Max p Min i Max i Min d Max d Min K K K K K K K K K K K K K K K (25) Mờ hóa đầu vào cho ( ), ( ), , ,p i de t de t K K K với các tập mờ NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB tương ứng là âm lớn, âm vừa, âm nhỏ, không, dương nhỏ, dương lớn Hình 6. Hàm liên thuộc của e(t)-de(t) cho 2 kênh. Hình 7. Hàm liên thuộc của , ,p i dK K K Hình 8. Cấu trúc tổng thể hệ thống điều khiển EOTS. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017 165 5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 5.1 Kiểm tra sự ảnh hưởng do tốc độ góc của bệ đặt thay đổi Hình 9. Đáp ứng góc của kênh nghiêng và kênh xoay với a) ( 0)Pi Pj Pk b) ( 5)Pi Pj Pk (rad/s). Bảng 2. Thống kê các kết quả mô phỏng. Thời gian đáp ứng (s) Độ quá điều chỉnh (%) Thời gian xác lập (s) Sai lệch tĩnh (%) Tốc độ góc của bệ (rad/s) Kênh PID Fuzzy- PID PID Fuzzy- PID PID Fuzzy- PID PID Fuzzy- PID 0 pitch 0.003 0.033 15.698 0.473 0.352 0.151 0 0 yaw 0.01 0.041 11.798 0.505 0.156 0.136 0 0 5 pitch 0.003 0.036 18.452 0.505 0.471 0.127 0 0 yaw 0.01 0.039 13.068 0.505 0.274 0.128 0.25 0 10 pitch 0.003 0.037 19.880 0.496 0.534 0.137 0.25 0 yaw 0.01 0.039 15.698 0.430 0.597 0.139 0.5 0 15 pitch 0.003 0.038 21.341 0.404 0.605 0.141 0.5 0 yaw 0.01 0.040 17.039 0.314 0.809 0.142 0.5 0 Hình 10. Đáp ứng góc của kênh nghiêng và kênh xoay với ( 10)Pi Pj Pk (rad/s) và ( 15Pi Pj Pk (rad/s). Điều khiển – Cơ điện tử - Truyền thông N. M. Tiến, L. V. Định, , “Điều khiển bám hệ quang điện tử PID mờ thích nghi.” 166 Từ bảng 2 ta có thể thấy rõ tính hiệu quả của bộ điều khiển PID thích nghi so với bộ điều khiển PID thông thường đặc biệt khi hoạt động trong các môi trường rung lắc không đứng yên dẫn đến chuyển động quay của bệ đỡ của hệ. Khi tốc độ góc của bệ bằng 0 thì với bộ điều khiển PID thông thường độ quá điều chỉnh (15,69%), với bộ điều khiển PID tự chỉnh định dựa trên luật mờ (0.473%) , đồng thời thời gian xác lập của bộ PID tự chỉnh định cũng nhanh (0,151s) so với bộ PID thông thường (0.352s). Đặc biệt khi tốc độ góc của bệ tăng cao như tại tốc độ góc là 15 rad/s thì kết quả này lại càng rõ. Bộ PID thông thường độ quá điều chỉnh lên đến 21,341% và thời gian xác lập là 0.604s (đối với kênh nghiêng) trong khi với bộ PID tự chỉnh định thì chỉ là 0.404% và 0.141s. 5.2 Kiểm tra sự ảnh hưởng do gia tốc quán tính ly tâm thay đổi Tiến hành mô phỏng trong các trường hợp gia tốc quán tính ly tâm của bệ đặt tăng dần trong quá trình bệ quay với cả 2 bộ điều khiển PID thích nghi và PID thông thường. Hình 11. Đáp ứng của kênh nghiêng và kênh xoay khi gia tốc quán tính ly tâm thay đổi a) với bộ điều khiển PID; b) với bộ điều khiển PID thích nghi. Từ hình 11 trên ta có thể thấy ngay với bộ điều khiển PID thông thường thì khi gia tốc quán tính ly tâm thay đổi thì sai lệch tĩnh trong các đáp ứng góc của kênh nghiêng và kênh xoay tăng dần. Với bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên hệ mờ của 2 kênh nghiêng và xoay đều không tồn tại sai lệch tĩnh khi gia tốc quán tính ly tâm có thay đổi. Điều đó cho thấy tính hiệu quả của bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên hệ mờ. 6. KẾT LUẬN Bài báo đã đề xuất bộ điều khiển PID thích nghi dựa trên hệ mờ cho hệ thống quang điện tử bám mục tiêu khi hoạt động trong các môi trường rung lắc khi đặt hệ trên các phương tiện di chuyển như tàu thuyền, xe chuyên dụng, xe tăng ..vv. Bài báo cũng đã đề cập đến những ảnh hưởng của nhiễu: ảnh hưởng của 1 trục lên trục còn lại khi quay, sự ảnh hưởng do chuyển động quay của bệ đặt và momen lực quán tính ly tâm gây ra bởi sự mất cân bằng tĩnh của hệ đến nhiệm vụ bám mục tiêu của hệ. Bộ điều khiển đề xuất đảm bảo được yêu cầu bám mục tiêu cho hệ quang điện tử và có độ quá chỉnh và thời gian xác lập nhỏ hơn so với bộ PID thông thường. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. J. Hilkert, "Inertially Stabilized Platform Technology," IEEE Control Systems Magazine, pp. 26-46, 2008. [2]. Maher Abdo, Ahmad Reza Vali, Alireza Toloei and Mohammad Reza Arvan, "Research on the Cross-Coupling of a Two Axes Gimbal System with Dynamic Unbalance," International Journal of Advanced Robotic Systems, vol. 10, pp. 80, 2013 Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san ACMEC, 07 - 2017 167 [3]. Maher Abdo, Ali Reza Toloei, Ahmad Reza Vali and Mohammad Reza Arvan, "Cascade Control System for Two Axes Gimbal System with Mass Unbalance," International Journal of Scientific & Engineering Research, vol. 4, no. 9, pp. 903, 2013. [4]. Zhiming Zhao and Xiaoyang Yuan, "Backstepping Designed Sliding Mode Control for a Two-Axis Tracking System," IEEE, pp. 1593-1598, 2010 [5]. Maher Abdo, Ahmad Reza Vali, Ali Reza Toloei and Mohammad Reza Arvan, "Modeling Control and Simulation of Two Axes Gimbal Seeker Using Fuzzy PID" The 22nd Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE 2014), pp. 1342, 2014. [6]. Ho-Pyeong Lee and Inn-Eark Yoo, "Robust Control Design for a Two-axis Gimbaled Stabilization System," IEEE, pp. 45-52, 2008. [7]. Minh Xuân Phan, Tien Ngo Manh, Nhan Nguyen Duc, Duyen Ha Thi Kim, Lien Truong Thi Bich, “Tracking control for the Electro-Optical tracking system Based on the self-tuning Fuzzy PID control”,VCCA-2015. [8]. M. Abdo, A. R. Toloei, A. R. Vali and M. R. Arvan, "Modeling, Control and Simulation of Cascade Control Servo System for One Axis Gimbal Mechanism," IJE Transactions A, vol. 27, no. 1, pp. 157-170, 2014. [9]. E. DiBenedetto, Classical Mechanics, “Theory and Mathematical Modeling”, 2011, Birkhauser, New York. [10]. Tien Ngo Manh, Minh Phan Xuan, Duyen Ha Thi Kim, Minh Pham Ngoc, “Some of new research results in the Deverlopment of Mobile Robot mounted Camera automatically Seaching and Tracking Moving Target”, The Vietnam Conference on Mechatronics VCM6, ISBN 978-604-62-0753-5; 12/2012. [11]. Tien Ngo Manh, Khanh Pham Xuan, Phuoc Nguyen Doan, Minh Phan Xuan,“Proposed improvements controller parameter adjustment to adaptive the PID, applications replacement of industrial controllers”, Journal of Science and Technology 05/2011 - Hanoi University of Industry, ISSN 1859 3585, Tr 25-30. [12]. Tien Ngo Manh, “Research, design and integrating the electro-optical system to monitor the short range objects, applying for the islands”, report of project Vietnam Academy of Science and Technology 2013-2014, 3/2015 ABSTRACT TRACKING CONTROL FOR ELECTRO-OPTICAL TRACKING SYSTEM IN VIBRATION ENVIRONMENT BASED ON SELF-TUNING FUZZY PID CONTROL In this paper, controlling Electro-optical tracking system (EOTS) when operating in vibration, unstable environment such as ship, air plane, tank is researched. This makes the base body of EOTS has angular motion. In this paper, we also mention the effect of centrifugal force torque which is the cause of static mass unbalance on the rotating of pitch and yaw channel. The controller used in this paper is self-tuning Fuzzy PID controller. The overall control system is built and simulated in Matlab for the self-tuning Fuzzy PID controller and a conventional PID controller. Keywords: Electro-optical tracking system; Gimbal; PID; Fuzzy-PID; Tracking. Nhận bài ngày 02 tháng 5 năm 2017 Hoàn thiện ngày 10 tháng 6 năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 20 tháng 7 năm 2017 Địa chỉ: 1Viện Vật Lý, Viện Hàn Lâm KH&CN Việt Nam; 2 Đại học Bách khoa Hà Nội; 3 Đại học Công nghiệp Hà Nội. * E-mail: nmtien@iop.vast.ac.vn
File đính kèm:
dieu_khien_bam_he_quang_dien_tu_trong_moi_truong_rung_lac_su.pdf