APPLICATION OF LQG ALGORITHM IN THE PROBLEM OF PRECISE POSITION CONTROL OF TWO-DEGREE-OF-FREEDOM MANIPULATOR
Abstract
Robot is the subject of extensive research by many scientists due to their significance in various fields of life and industry. Precise control of a robot’s motion and position not only enhances work efficiency but also ensures safety, quality, and broadens the potential applications in different domains. This article discusses the development of a model and simulation of the LQR and LQG control algorithms for a 2-degree-of-freedom manipulator using MATLAB/Simulink software. The primary objectives are high accuracy, simple processing techniques, and reduced manufacturing costs for the robot. The LQR algorithm provides effective control near the equilibrium point, while the LQG algorithm optimizes control and noise handling. Simulation results demonstrate that the system operates stably, accurately, and reliably, even in the presence of noise.
References
Nguyễn Doãn Phước, Phan xuân Minh và Hán Thành Trung, Lý thuyết điều khiển phi tuyến, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
Vũ Chấn Hưng, Đặng Thành Phu, Hoàng Văn Tuấn, “Điều khiển hệ thống con lắc ngược quay”. Tạp chí Khoa học và công nghệ, 2005.
Nguyễn Văn Khanh, Nguyễn Ngô Phong và Đặng Văn Hải, “Điều khiển cân bằng con lắc ngược sử dụng thuật toán PD mờ”. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ, 2009.
Nguyễn Đức Minh, Dương Hoài Nghĩa, Nguyễn Đức Thành, “ Điều khiển con lắc ngược hai bậc xoay tự do dùng mạng nơ -ron”. Hội thảo Công nghệ Thông Tin Đại học Đà Lạt 2010, 2010.
Cao Xuân Cường, Trần Đình Khôi Quốc, “Điều khiển mô hình con lắc ngược sử dụng bộ điều khiển LQR với hai vòng phản hồi”. Tạp chí Khoa học và công nghệ Đại học Đà Nẵng, ISSN 1859-1531, 2018, Volume 5, pp. 16-29.
Tran Thien Dung, Nguyen Nam Trung, Nguyen Van Lanh, “Control design using backstepping technique for a cart-inverted pendulum system”. International Journal of Engineering and Applied Sciences (IJEAS), ISSN 2394-3661, 2019, Volume 6, pp.70-75.
Võ Minh Tài và các tác giả, “Backstepping control for rotary inverted pendulum”. Journal of Technical Education Science, ISSN 2615-9740, 2020, Volume 59, pp. 93-101.
Nguyễn Văn Đông Hải, Ngô Văn Thuyên, “Xây dựng bộ điều khiển PID-neuron cho hệ con lắc ngược quay”. Journal of Technical Education Science, ISSN 2615-9740, 2012, Volume 23, pp. 37-45.
Võ Anh Khoa và các tác giả, “Model and control algorithm construction for rotary inverted pendulum in laboratory”. Journal of Technical Education Science, ISSN 2615- 9740, 2018, Volume 49, pp. 32-40.
Nguyễn Văn Đạt và các tác giả, “Trajectory Tracking and Stabilization Control of Rotary Inverted Pendulum based on LQR and LQT techniques: Simulation and Experiment”. Journal of Technical Education Science, ISSN 2615-9740, 2023, Volume 75A, pp. 1-11.
Mojtaba Ahmadieh Khanesar “Sliding Mode Control of Rotary Inverted Pendulum”. Control & Automation, July 27 - 29, 2007, Athens - Greece.
Khalil sultan, “Inverter pendulum - Analysis, design and implementation”, IEE Visionaries document version 1.0.
Quanser Inc. “Rotary Inverted Pendulum Handout”.
Narinder Singh Bhangal, Design and performance of LQR and LQR based Fuzzy Controller for Double Inverted Pendulum System, 2013.
S.V.Radmamohan, M.Subramaniam, and Dr.M.J.Nigam, “Fuzzy Swing-Up and Stabilization of Real Inverted Pendulum Using Single Rulebase”. Journal of Theoritical and Applied Information Technology, 2010, pp.43-50.
Fu-Kuei Tsai and Jung - Shan Lin, “ Nonlinear Control Design of 360-Degree Inverted Pendulum Systems,” in The Fourth International Conference on Control and Automation, 2003, pp. 634-638.
X.Chen and H.Zhou and et al, “Linear Motor Driven Inverted Pendulum and LQR Controller Design”, in Proceedings of The IEEE International Conference on Automation and Logistics, 2007, pp. 1750-1754.
G. Welch and G. Bishop, “An Introduction to the Kalman Filter,” University of North Carolina, North Carolina, 2001.
H. Morimoto, “Adaptive LQG Regulator via the Separation Principle,” IEEE Transactions on Automatic Control, 1991, Vol. 35, No. 1, pp. 85-88. doi:10.1109/9.45150
J. Hespanha, “Undergraduate Lecture Notes on LQG/ LQR Controller Design,” 200.
