BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
HỆ THỐNG THÔNG TIN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Lọc theo danh mục
  • Năm xuất bản
    Xem thêm
  • Lĩnh vực
liên kết website
Lượt truy cập
 Lượt truy cập :  21,927,633
  • Công bố khoa học và công nghệ Việt Nam

Khoa học máy tính

Nguyễn Chí Ngôn(1), Nguyễn Văn Thọ, Trần Thị Hồng Phượng

Chế tạo hệ cầu cân bằng tích hợp bộ bù sai số định vị cho cảm biến siêu âm và hồng ngoại

Implementation of Beam and Ball system integrated positioning error compensators for ultrasonic and infrared sensors

Khoa học (Đại học Cần Thơ)

2022

2

11-21

1859-2333

Arduino, Bộ bù sai số, Giải thuật Levenberg-Marquardt, Hệ cầu cân bằng, PID, Mạng nơ-ron RBF

Arduino, Beam & Ball system, Error compensator, PID, Levenberg-Marquardt algorithm, RBF neural networks

Hệ cầu cân bằng với thanh và bóng thường được dùng để kiểm nghiệm các giải thuật điều khiển. Do tốc độ di chuyển nhanh của bóng trên thanh trượt nên khi cảm biến lấy mẫu vị trí bóng và truyền dữ liệu về đến máy tính, quả bóng đã di chuyển sang vị trí mới, ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển. Nghiên cứu này tập trung thiết kế và chế tạo mô hình cầu cân bằng, định vị quả bóng bằng cảm biến siêu âm và hồng ngoại. Hàm bù sai số cảm biến được áp dụng để khắc phục sai số cảm biến và độ trễ do truyền dữ liệu. Module Arduino UNO R3 được sử dụng để truyền tín hiệu điều khiển từ máy tính xuống mô hình để kiểm soát động cơ và nhận tín hiệu vị trí đo được từ cảm biến để phản hồi cho máy tính. Thực nghiệm với bộ điều khiển RBF-PID và cảm biến hồng ngoại cho thấy đáp ứng của hệ có thời gian tăng đạt 1,5 +- 0,3 giây, thời gian xác lập khoảng 6 +- 1 giây, độ vọt lố khoảng 11 +- 2%, và sai số xác lập là không đáng kể.

The Beam and Ball system is an unstable object that is often used to test several control algorithms. Due to the fast movement of the ball on the beam, when the sensor measures the ball position and transmits that data to the computer, the ball has moved to a new position that affects to the control quality. This study focuses on design and implementation of a real model of the beam and ball system, positioning the ball by ultrasonic and infrared sensors. Functions of positioning errors are identified and applied to compensate the sensor errors and the delay time of data transmission. An Arduino UNO R3 module is used to transmit the control signal from the computer to the driver of servo motor, and receive the measured position signal from the sensor to feed back to the control system. Experiments with RBF-PID controller and infrared sensor show that the rise time of the system archives 1.5 +- 0.3 seconds, the setting time is about 6 +- 1 seconds, the overshoot is about 11 +- 2%, and the steadystate error is eliminated.

TTKHCNQG, CVv 403

Xem toàn văn
  • [1] (2021), US-015 High Accuracy Ultrasonic Sensor. Article-Nr.:5401418,Link: http://synacorp.my/v3/en/ultrasonic-sensors/957- us-015-high-accuracy-ultrasonic-sensor.html (truy cập 5/10/2021)
  • [2] (2006), GP2Y0A02YK0F - Distance measuring sensor unit datasheet,Sheet no.: E4- A00101EN, Date Dec.01.2006
  • [3] Salem, F. (2013), Mechatronics Design of Ball and Beam System: Education and Research,Control Theory and Informatics, 3(4), 1-26
  • [4] Saad, M., & Khalallah, M. (2017), Design and implementation of an embedded ball-beam controller using PID algorithm,Universal J. of Control and Automation, 5(4), 63-70. DOI: 10.13189/ujca.2017.050402
  • [5] Tứ, N. D., Đăng, L. H., Cường, T. C., & Ngôn, N. C. (2017), Điều khiển thích nghi theo mô hình tham khảo dựa trên mạng nơ-ron RBF,Can Tho University Journal of Science, (50), 37-42. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2017.064.
  • [6] (2021), Curve Fitting Toolbox™ User's Guide,URL: https://www.mathworks.com/help/curvefit/ (truy cập 05/10/2021)
  • [7] Ngôn, N. C., Tân, T. T., Phụng, V. C., & Cảnh, N. M. (2021), Cải thiện thiết bị hỗ trợ người khiếm thị điều hướng di chuyển dùng sóng siêu âm,Thai Nguyen University Journal of Science and Technology, 226(11), 292-299. DOI: https://doi.org/10.34238/tnu-jst.4812
  • [8] Ngôn, N. C., & Tín, D. (2011), Điều khiển PID một nơron thích nghi dựa trên bộ nhận dạng mạng nơron mờ hồi qui áp dụng cho hệ thanh và bóng,Tạp chí Khoa học Đại học Cần Thơ, 20a, 159- 168. URL: https://sj.ctu.edu.vn/ql/docgia/tacgia1134/baibao-5605.html
  • [9] Meenakshipriya, B., & Kalpana, K. (2014), Modelling and Control of Ball and Beam System using Coefficient Diagram Method (CDM) based PID controller,IFAC Proceedings Volumes, 47(1), 620-626. DOI: https://doi.org/10.3182/20140313-3-IN3024.00079
  • [10] Latif, S., Muhammad, E., & Naeem, U. (2019), Implementation of ball and beam system using classical and advanced control techniques,2019 International Conference on Applied and Engineering Mathematics (ICAEM), 74-79, doi: 10.1109/ICAEM.2019.8853822
  • [11] Kharola, A., & Patil, P. P. (2017), Neural Fuzzy Control of Ball and Beam System,International Journal of Energy Optimization and Engineering (IJEOE), 6(2), 64-78, http://doi.org/10.4018/IJEOE.2017040104.
  • [12] Keshmiri, M., Jahromi, A. F., Mohebbi, A., Amoozgar, M. H., & Xie, W.-F. (2012), Modeling and control of ball and beam system using model based and non-model based control approaches,International Journal on Smart Sensing and Intelligent Systems, 5(1), 14-35. DOI: https://doi.org/10.21307/ijssis-2017-468
  • [13] Jasim, M. H. (2018), Tuning of a PID controller by bacterial foraging algorithm for position control of DC servo motor,Engineering and Technology Journal, 36A(3), 287-294. DOI: http://dx.doi.org/10.30684/etj.36.3A.7
  • [14] Gavin, H. P. (2000), The Levenberg-Marquardt algorithm for nonlinear least squares curvefitting problems,Department of Civil and Environmental Engineering, Duke University, September 18, 2020
  • [15] Choudhary, M. K., & Kumar, G. N. (2016), ESO Based LQR Controller for Ball and Beam System,IFAC-Papers On Line, 49(1), 607-610. DOI: https://doi.org/10.1016/ j.ifacol.2016.03.122
  • [16] Ali, A. T., Ahmed A. M., Almahdi H. A., Osama A. Taha., & A. Naseraldeen A. (2017), Design and Implementation of Ball and Beam System Using PID Controller,Automatic Control and Information Sciences, 3(1), 1-4. DOI: 10.12691/acis-3-1-1
  • [17] Ahmad, B., & Hussain, I. (2017), Design and hardware implementation of ball & beam setup,2017 Fifth International Conference on Aerospace Science & Engineering (ICASE), 1-6, DOI: 10.1109/ICASE.2017.8374271