Thiết kế bộ điều khiển fuzzy–PID thích nghi cho hệ thống rào chắn đường sắt tự động sử dụng động cơ DC
63 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.113.2026.48-57Từ khóa:
Điều khiển fuzzy–PID; Điều khiển thích nghi; Động cơ một chiều; Hệ thống rào chắn đường sắt tự động; STM32.Tóm tắt
Bài báo đề xuất thiết kế bộ điều khiển fuzzy–PID thích nghi cho hệ thống rào chắn đường sắt tự động sử dụng động cơ một chiều. Bộ điều khiển kết hợp PID với logic mờ nhằm điều chỉnh trực tuyến các tham số PID theo sai số điều khiển và tốc độ biến thiên của sai số, từ đó cải thiện hiệu suất hệ thống trong điều kiện phi tuyến, biến thiên tải và nhiễu ngoài.Hệ thống được mô phỏng trên MATLAB/Simulink và triển khai thực nghiệm trên vi điều khiển STM32 cho kiểm chứng thời gian thực. Kết quả cho thấy bộ điều khiển đề xuất giúp giảm độ quá điều chỉnh từ 12.76% xuống 0.85% và cải thiện đáp ứng mượt hơn khi có nhiễu tải. Mặc dù thời gian xác lập tăng nhẹ, hệ thống vẫn bảo đảm tính vận hành tin cậy và khả năng giảm dao động tốt. Các kết quả thực nghiệm cũng cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, có khả năng ứng dụng cho hệ thống rào chắn đường sắt thực tế.
Tài liệu tham khảo
[1]. Amune, S. Satte, S. Saswade, K. Sathe and R. Shende, “Enhanced Railway Safety System,” 2024 International Conference on Progressive Innovations in Intelligent Systems and Data Science (ICPIDS), Pattaya, Thailand, pp. 96-101, (2024). DOI: 10.1109/ICPIDS65698.2024.00024 DOI: https://doi.org/10.1109/ICPIDS65698.2024.00024
[2]. R. Mythili, D. Revathi, V. Dinesh, K. Udhaya Suriya and V. Ramanathan, “Automatic Railway Signalling System for Accident Prevention,” 2024 5th International Conference on Smart Electronics and Communication (ICOSEC), Trichy, India, pp. 695-699, (2024). DOI: 10.1109/ICOSEC61587.2024.10722485 DOI: https://doi.org/10.1109/ICOSEC61587.2024.10722485
[3]. S. K. Gupta and P. Varshney, “Fractional Fuzzy PID Controller for Speed Control of DC Motor,” 2013 Third International Conference on Advances in Computing and Communications, Cochin, India, pp. 1-4, (2013). DOI: 10.1109/ICACC.2013.7 DOI: https://doi.org/10.1109/ICACC.2013.7
[4]. Zhao and Z. Hua, “Design of Motor Speed Control System Based on STM32 Microcontroller,” 2022 International Conference on Computation, Big-Data and Engineering (ICCBE), Yunlin, Taiwan, pp. 274-276, (2022). DOI: 10.1109/ICCBE56101.2022.9888225 DOI: https://doi.org/10.1109/ICCBE56101.2022.9888225
[5]. M. Karahan, “Modeling of a DC Motor and Position Angle Control Using Optimized PID Controller,” 2024 11th International Conference on Electrical and Electronics Engineering (ICEEE), Marmaris, Turkiye, pp. 107-110, (2024). DOI: 10.1109/ICEEE62185.2024.10779219 DOI: https://doi.org/10.1109/ICEEE62185.2024.10779219
[6]. Lêe Na and H. Vu Quoc, “Research, design and manufacture of the new card integrated an adaptive PID controller for the daylight camera lens aperture drive system of the optoelectronic observatory”, J. Mil. Sci. Technol., no. 80, pp. 71–79, Jun. (2022). DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.80.2022.71-79
[7]. X. -G. Duan, H. -X. Li and H. Deng, “A simple tuning method for fuzzy PID control,” 2008 IEEE International Conference on Fuzzy Systems (IEEE World Congress on Computational Intelligence), Hong Kong, China, pp. 271-275, (2008). DOI: 10.1109/FUZZY.2008.4630376 DOI: https://doi.org/10.1109/FUZZY.2008.4630376
[8]. J. Velagic and A. Galijasevic, “Design of fuzzy logic control of permanent magnet DC motor under real constraints and disturbances,” 2009 IEEE Control Applications, (CCA) & Intelligent Control, (ISIC), St. Petersburg, Russia, pp. 461-466, (2009). DOI: 10.1109/CCA.2009.5281099 DOI: https://doi.org/10.1109/CCA.2009.5281099
[9]. Ahmed M. Almawla, Marwan J. Hussein, and Afrah T. Abdullah, “A Comparative Study of DC Motor Speed Control Techniques Using Fuzzy, SMC and PID,” Journal Européen des Systèmes Automatisés, vol. 57, no. 2, pp. 397–406, (2024). DOI: 10.18280/jesa.570209 DOI: https://doi.org/10.18280/jesa.570209
[10]. W. -J. Tang and S. -Y. Cao, “A Fast Realization Method of Fuzzy PID Control for DC Motor,” 2018 37th Chinese Control Conference (CCC), Wuhan, China, pp. 5131-5135, (2018). DOI: 10.23919/ChiCC.2018.8483184 DOI: https://doi.org/10.23919/ChiCC.2018.8483184
[11]. A. Priyanka and R. S. R. Krishnam Naidu, “Analysis and Design of a Fuzzy-PID Controller for DC Motor,” International Journal of Engineering Research & Technology (IJERT), vol. 11, no. 2, (2022).
[12]. H. Chu, W. Tao, B. Gao, Q. Liu and H. Chen, “Speed control of the permanent-magnet DC motor subjected to uncertainty and disturbance,” 2016 35th Chinese Control Conference (CCC), Chengdu, China, pp. 4664-4669, (2016). DOI: 10.1109/ChiCC.2016.7554076 DOI: https://doi.org/10.1109/ChiCC.2016.7554076
[13]. X. Zhang, “Design and implementation of fuzzy PID DC motor control system based on STM32,” 2023 IEEE International Conference on Control, Electronics and Computer Technology (ICCECT), Jilin, China, pp. 1129-1131, (2023). DOI: 10.1109/ICCECT57938.2023.10141000 DOI: https://doi.org/10.1109/ICCECT57938.2023.10141000
[14]. A. H. Alasiry, H. H. Saidya and N. Tamami, “A Dual-Microcontroller IoT-Based Real-Time Monitoring System for Predictive Maintenance of Induction Motors,” 2025 International Electronics Symposium (IES), Surabaya, Indonesia, pp. 164-171, (2025). DOI: 10.1109/IES67184.2025.11160991 DOI: https://doi.org/10.1109/IES67184.2025.11160991
[15]. J. G. Ziegler and N. B. Nichols, “Optimum settings for automatic controllers,” Transactions of the ASME, vol. 64, pp. 759–768, (1942). DOI: https://doi.org/10.1115/1.4019264
[16]. Z. Li, X. Mi, M. V. Basin, and H. Z. Zeng, “Fuzzy-Based PID Motion Control for Inhalation-Type Floating Garbage Cleaning Robots,” IEEE Access, vol. 12, pp. 1–14, (2024). DOI: 10.1109/ACCESS.2024.3520629 DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2024.3520629
[17]. Y.-T. Juang, Y.-T. Chang and C.-P. Huang, “Design of fuzzy PID controllers using modified triangular membership functions,” Information Sciences, vol. 178, no. 5, pp. 1325–1333, (2008). DOI: 10.1016/j.ins.2007.10.020 DOI: https://doi.org/10.1016/j.ins.2007.10.020
