Thiết kế và tối ưu hóa bộ điều khiển Fuzzy-Pid sử dụng thuật toán di truyền để điều khiển cần cẩu trên cao
Design and optimization of a fuzzy-pid controller using a genetic algorithm for overhead crane control
Nguyễn Văn Trung, Nguyễn Văn Trung; Nguyễn Thị Phúc; Phí Thị Thanh Huyền; Đỗ Minh Hiếu
Tóm tắt
An overhead crane (OC) is an electromechanical system with nonlinear dynamics and is significantly affected by load oscillations (LO), which are commonly modeled as a double-pendulum (D-P) system. Oscillations (O) of the hook and payload (H&P) degrade trolley (T) positioning (P) accuracy and may lead to mechanical damage and safety hazards. To mitigate these limitations, a combined FLC–PID control scheme is introduced with the aim of improving the operational performance of an OC. In the proposed scheme, the fuzzy controller enhances the system’s dynamic response under large tracking errors, thereby ensuring fast positioning of the T at the desired location. The PID controller ensures system stability as the T approaches the setpoint, employing a genetic algorithm (GA) to optimize parameters for oscillation suppression and P accuracy enhancement. The effectiveness of the proposed approach is validated through MATLAB/Simulink simulations. Simulation results demonstrate improved P accuracy, significant reduction of H&P O, and fast, stable system responses.
Tệp toàn văn
Tài liệu tham khảo:
1. Van Trung Nguyen; Chunhua Yang, Ph.D; Chenglong Du; Liqing Liao, Ph.D (2019). Design and Implement of Finite-Time Sliding Mode Controller for Fuzzy Overhead Crane System. ISATRANS-D-19-00899.2. Ernesto Molina-Santana, Michel Roberto Ferrer-Cepero, Felipe Gonzalez-Montañez, Jesús Ulises Liceaga-Castro, Victor M. Jimenez-Mondragon, Juan Carlos Olivares-Galvan (2025). Generalized framework for designing a linear control scheme for regulating a sub-actuated overhead crane. International Journal of Dynamics and Control 13:168.
3. Dianwei Qian, Shiwen Tong, SukGyu Lee (2016), Fuzzy-Logic-based control of payloads subjected to double-pendulummotion in overhead cranes, Automation in Construction 65, 133–143.
4. S. Zhang, X. He, H. Zhu, Q. Chen, and Y. Feng, (2020), Partially saturated coupled-dissipation control for underactuated overhead cranes, Mechanical Systems and Signal Processing 136: 106449. DOI 10.1016/j.ymssp.2019.106449.
5. M. R. Mojallizadeh, B. Brogliato, and C. Prieur, (2023), Modeling and control of overhead cranes: A tutorial overview and perspectives, Annual Reviews in Control 56: 100877. DOI 10.1016/j.arcontrol.2023.03.002.
6. G. Rigatos, (2023), Nonlinear optimal control for the underactuated double-pendulum overhead crane, Journal of Vibration Engineering & Technologies: 1–21. DOI 10.1007/s42417-023-00902-y.
7. Menghua Zhang, Xin Ma, Xuewen Rong, Xincheng Tian, Yibin Li (2016), Adaptive tracking control for double-pendulum overheadcranes subject to tracking error limitation, parametricuncertainties and external disturbances, Mechanical Systems and Signal Processing 76-77, 15–32.
8. Y.C. Fang, B.J. Ma, P.C. Wang, and X.B. Zhang (2012), A motion planning-based adaptive control method for an underactuatedcrane system, IEEE Transactions on Control Systems Technology 20 (1), 241–248.
9. Khalid L. Sorensen, William Singhose, Stephen Dickerson (2007). A controller enabling precise positioning and sway reduction in bridge and gantry cranes. Control Engineering Practice 15, 825–837.
10. Nguyễn Văn Trung, Bùi Thị Thêm, Phí Thị Thanh Huyền (2025). Design of sliding controller using lyapunov stability theory for control of double pendulum gantry crane. Tạp chí Khoa học và Công nghệ QUI, số 2. ISSN 2815-6145
11. Diantong Liu, Jianqiang Yi, Dongbin Zhao, Wei Wang (2005). Adaptive sliding mode fuzzy control for atwo-dimensional overhead crane. Mechatronics 15, 505–522.
12. Manh-Linh Nguyen, Hoang-Phat Nguyen, and Thi-Van-Anh Nguyen∗ (2024). H-Infinity Approach Control On Takagi-Sugeno Fuzzy Model For 2-D Overhead Crane System. Journal of Applied Science and Engineering, Vol. 28, No 5, Page 995-1003.
13. D. Qian, S. Tong, B. Yang, and S. Lee (2015). Design of simultaneous input-shaping-based SIRMs fuzzy controlfor double-pendulum-type overhead cranes. BULLETIN OF THE POLISH ACADEMY OF SCIENCESTECHNICAL SCIENCES, Vol. 63, No. 4. DOI: 10.1515/bpasts,887-896.
14. Naif B. Almutairi and Mohamed Zribi (2016). Fuzzy Controllers for a Gantry Crane System with
Experimental Verifications. Article in Mathematical Problems in Engineering. DOI: 10.1155/1965923.
15. Mahmud Iwan Solihin, Wahyudi, Ari Legowo and Rini Akmeliawati (2009), Robust PID Anti-swing Control of Automatic GantryCrane based on Kharitonov’s Stability, P.O. Box 10, 50728. Kuala Lumpur, Malaysia, 978-1-4244-2800-7/09/$25.00, IEEE.
16. Mohammad Javad Maghsoudi, Z. Mohamed, A.R. Husain, M.O. Tokhi (2016), An optimal performance control scheme for a 3D crane, Mechanical Systems and Signal Processing 66-67, 756–768.
17. Zhe Sun, Ning Wang, Yunrui Bi, Jinhui Zhao (2015), A DE based PID controller for two dimensional overhead crane, Proceedings of the 34th Chinese Control ConferenceJuly 28-30, Hangzhou, China, 2546-2550.
18. Mahmud Iwan Solihin, Wahyudi, Ari Legowo and Rini Akmeliawati (2009), Robust PID Anti-swing Control of Automatic GantryCrane based on Kharitonov’s Stability, P.O. Box 10, 50728. Kuala Lumpur, Malaysia, 978-1-4244-2800-7/09/$25.00, IEEE.
19. Nguyễn Văn Trung, Phạm Đức Khẩn, Phạm Thị Thảo, Lương Thị Thanh Xuân (2017), Ứng dụng giải thuật di truyền thiết kế hai bộ điều khiển PID để điều khiển giàn cần trục cho điện phân đồng. Tạp chí Nghiên cứu khoa học - Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190. Số 3(58).
20. Mahmud Iwan Solihin and Wahyudi (2007), Fuzzy-tuned PID Control Design forAutomatic Gantry Crane, P.O. Box 10. 50728.Kuala Lumpur, Malaysia, 1-4244-1355-9/07/$25.00, IEEE.
21. E. A. Esleman, G. Önal, and M. Kalyoncu (2021). Optimal PID and fuzzy logic based position controller design of an overhead crane using the Bees Algorithm. SN Applied Sciences 3(10): 811. DOI: https://doi.org/10.1007/s42452-021-04793-0.
Ý kiến bạn đọc
Bạn cần đăng nhập với tư cách là Thành viên chính thức để có thể bình luận
Tin xem nhiều
-
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh long trọng tổ chức Lễ công bố Quyết định thành lập Tạp chí điện tử Khoa học và Công nghệ
- Cán bộ, đảng viên với việc tu dưỡng đạo đức cách mạng trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng xã hội chủ nghĩa ở Vệt Nam hiện nay
- Lồng ghép giáo dục kỹ năng sống cho học sinh THPT thông qua các chủ đề hóa học
- Áp dụng mô hình “Blended learning” trong giảng dạy tiếng Anh cho sinh viên Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh
- Giải pháp nâng cao hiệu quả công tác quản lý giáo dục sinh viên năm thứ nhất tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh
- Nghiên cứu lỗi của động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 3 pha1,5kw 4 cực trong trường hợp sự cố thanh dẫn roto
- Xây dựng định mức năng suất và tiêu hao vật tư cho thiết bị khai thác và tuyển quặng tại tổ hợp dự án bô-xit Tân Rai và Nhân Cơ - TKV
- Phân tích và thiết kế bộ điều khiển hệ thống phân loại sản phẩm ứng dụng Logic mờ
- Áp dụng mô hình ARDL để xác định mối quan hệ giữa FDI, tiến trình công nghiệp hóa và tăng trưởng kinh tế của tỉnh Quảng Ninh
- Nghiên cứu mô hình Blended learning trong dạy học toán cao cấp tại Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh

