Nguyễn Văn Trung
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Việt Nam
Nguyễn Văn Trung
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Việt Nam
Nguyễn Thị Phúc
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Việt Nam
Phí Thị Thanh Huyền
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Việt Nam
Đỗ Minh Hiếu
Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh, Việt Nam
Tóm tắt (Abstract)
Cần cẩu trên cao (OC) là một hệ thống cơ điện có động lực học phi tuyến và bị ảnh hưởng đáng kể bởi dao động tải (LO), thường được mô hình hóa như một hệ thống con lắc kép (D-P). Dao động (O) của móc và tải trọng (H&P) làm giảm độ chính xác định vị (P) của xe đẩy (T) và có thể dẫn đến hư hỏng cơ khí và nguy hiểm về an toàn. Để giảm thiểu những hạn chế này, một sơ đồ điều khiển kết hợp FLC–PID được giới thiệu nhằm mục đích cải thiện hiệu suất hoạt động của OC. Trong sơ đồ đề xuất, bộ điều khiển mờ tăng cường phản ứng động của hệ thống dưới các sai số theo dõi lớn, do đó đảm bảo định vị nhanh chóng T tại vị trí mong muốn. Bộ điều khiển PID đảm bảo tính ổn định của hệ thống khi T tiến gần đến điểm đặt, sử dụng thuật toán di truyền (GA) để tối ưu hóa các tham số nhằm triệt tiêu dao động và tăng cường độ chính xác P. Hiệu quả của phương pháp đề xuất được xác thực thông qua mô phỏng MATLAB/Simulink. Kết quả mô phỏng cho thấy độ chính xác P được cải thiện, giảm đáng kể dao động H&P O, và phản hồi hệ thống nhanh chóng, ổn định.
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.
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.
