1.1 Lời nói đầu Ngày nay, khoa học kỹ thuật đạt rất nhiều tiến bộ trong lĩnh vực điều khiển tự động hóa. Các hệ thống điều khiển được áp dụng các quy luật điều khiển cổ điển, điều khiển hiện đại, cho tới điều khiển thông minh, điều khiển bằng trí tuệ nhân tạo. Kết quả thu được là hệ thống hoạt động với độ chính xác cao, tính ổn định bền vững, và thời gian đáp ứng nhanh. Trong điều khiển công nghiệp, bộ điều khiến PID là sự lựa chọn chung, tối ưu nhất cho các hệ thống điều khiển có hàm truyền (phương trình trạng thái) như điều khiển vị trí, điều khiển vận tốc, điều khiển mức Đề tài ‘ ball and beam’, điều khiển chính xác vị trí của quà bóng (ball) trên thanh (beam) với các bộ điều khiển PID vị trí và PID góc. Đề tài ‘ ball and beam’ là cầu nối giữa lý thuyết điều khiển và hệ thống thực. Đây là một đề tài hay, kết hợp giữa kỹ thuật thu thập tín hiệu và các bộ điều khiển vòng kín nhằm tạo ra một hệ thống có tính tự động hóa. Hệ thống chương trình này không chỉ áp dụng vào một ứng dụng cụ thể như mô hình ‘ ball and beam’, mà còn có thể mở rộng ra cho nhiều ứng dụng điều khiển thăng bằng khác như: – Điều khiển giữ thăng bằng cho Robot đi bằng hai chân. – Hệ thống điều khiển thăng bằng máy bay, tên lửa. – Các hệ thống điều khiển tốc độ, điều khiển vị trí ứng dụng trong công nghiệp. 1.2 Nhiệm vụ luận văn. 1.2.1 Mục tiêu đề tài. Mục tiêu của đề tài là xây dựng mô hình bóng và thanh. Điều khiển cân bằng và điều khiển vị trí của quả bóng trên thanh nằm ngang. Trong thời gian nhận đề tài, mục tiêu thực hiện đề tài được đề ra như sau: – Tìm hiểu về các mô hình ‘ball and beam’ đã có, tìm hiểu nguyên lý cân bằng. – Tính toán các tham số động lực học, hàm trạng thái (space – state) của mô hình. – Khảo sát phương pháp dùng kỹ thuật xử lý ảnh xác định khoảng cách, vị trí. – Xây dựng mô phỏng trên Matlap 7 Simulink, và visualbasic 6. – Thiết kế bản vẽ, xây dựng và lắp ráp mô hình thực. – Lựa chọn cảm biến góc (encoder), và cảm biến vị trí quả bóng. – Thiết kế mạch điều khiển trung tâm nhằm xử lý các tín hiệu đo và đưa ra các tín hiệu điều khiển. – Thiết kế mạch cầu ‘H’, bốn MOSFET điều khiển động cơ. – Thiết kế mạch phanh (thắng) động cơ. – Thiết kế mạch khuếch đại tín hiệu, mạch lọc tín hiệu, mạch phát hiện quá dòng trên động cơ. – Bộ hiển thị trên LCD graphich 64×128. – Xây dựng, lập trình thuật toán PID, điều khiển động cơ DC.