Nâng cao độ ổn định điều khiển tốc độ động cơ DC sử dụng bộ điều khiển PID kết hợp bộ lọc Kalman trong môi trường nhiễu

https://doi.org/10.31130/ud-jst.2026.24(5A).229E

Tóm tắt: 2 | PDF: 2

##plugins.themes.academic_pro.article.main##

Author

  • Tan Thong Ngo
    The University of Danang - University of Technology and Education, Vietnam
    Minh Tu Bui Thi
    The University of Danang - University of Science and Technology, Vietnam
    Tan Cong Le
    The University of Danang - University of Science and Technology, Vietnam
    Nhat Truong Nguyen Tam
    The University of Danang - University of Science and Technology, Vietnam

Từ khóa:

Điều khiển PID
bộ lọc Kalman
động cơ DC
điều khiển tốc độ
nhiễu điện từ
mạch điều khiển động cơ IBT-2 (BTS7960)
Arduino Mega 2560

Tóm tắt

Bài báo này trình bày phương pháp cải thiện độ ổn định điều khiển tốc độ động cơ DC trong môi trường nhiễu. Giải pháp kết hợp bộ điều khiển PID truyền thống với bộ lọc Kalman để xử lý tín hiệu phản hồi. Hệ thống được triển khai trên vi điều khiển, sử dụng hai động cơ DC gắn encoder nhằm thu thập dữ liệu tốc độ theo thời gian thực. Trong thực tế, tín hiệu phản hồi thường bị nhiễu gây dao động, làm giảm hiệu suất điều khiển. Để khắc phục, bộ lọc Kalman được áp dụng nhằm làm trơn tín hiệu đo trước khi đưa vào PID. Thí nghiệm được đánh giá qua Serial Plotter và phân tích bằng Excel cho thấy tín hiệu sau lọc giảm đáng kể dao động. Độ lệch chuẩn giảm khoảng 20% trong khi giá trị trung bình gần như giữ nguyên. Kết quả chứng minh rằng việc tích hợp Kalman với PID giúp triệt tiêu nhiễu hiệu quả mà không làm sai lệch tín hiệu đo, từ đó cải thiện độ ổn định hệ thống điều khiển tốc độ động cơ DC.

Tài liệu tham khảo

    [1] F. Niu, K. Sun, S. Huang, Y. Hu, D. Liang, and Y. Fang, "A Review on Multimotor Synchronous Control Methods," IEEE Transactions on Transportation Electrification, vol. 9, no. 1, pp. 22–33, 2023.
    [2] C. Zhang, J. Jasni, M. A. Mohd Radzi, N. Azis, and X. He, "Research and Analysis of Electromagnetic Interference of a Motor Drive Control System Based on PMSM with SiC MOSFET for New Energy Electric Vehicles," Frontiers in Energy Research, vol. 11, 2024.
    [3] A. Ma'arif et al., "Control of DC Motor Using PID: Arduino Hardware Implementation," in Proceedings of the International Conference on Industrial Engineering and Engineering (ICIEE), 2020, pp. 74–78.
    [4] K. J. Åström and T. Hägglund, Advanced PID Control, ISA Press, 2006.
    [5] A. J. Chan et al., "A DC Motor Speed Control System with Disturbance Rejection and Noise Reduction," IAENG International Journal of Applied Mathematics, vol. 52, no. 4, 2022.
    [6] R. E. Kalman, "A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems," Journal of Basic Engineering, vol. 82, no. 1, pp. 35–45, 1960.
    [7] G. Welch and G. Bishop, "An Introduction to the Kalman Filter," University of North Carolina, Technical Report TR 95-041, 2006.
    [8] N. Setiawan, W. Caesarendra, and R. Majdoubi, "Implementation of Kalman Filter on PID Control System for DC Motor Under Noisy Condition," Buletin Ilmiah Sarjana Teknik Elektro, vol. 6, no. 3, pp. 271–280, 2024.
    [9] I. D. Kurniasari and A. Ma'arif, "Implementing PID-Kalman Algorithm to Reduce Noise in DC Motor Speed Control," International Journal of Robotics and Control Systems, vol. 4, no. 2, pp. 958–978, 2024.
    [10] S. Yuliawan et al., "Kalman Filter to Improve Performance of PID Control Systems on DC Motors," International Journal of Information Technology and Electrical Engineering (IJITEE), vol. 5, no. 3, 2021.
    [11] Arduino, "Arduino Mega 2560 Rev3," docs.arduino.cc, 2023. [Online]. Available: https://docs.arduino.cc/hardware/mega-2560 [Accessed March 03, 2025].
    [12] Infineon Technologies, "BTS7960 High Current PN Half Bridge NovalithIC - Datasheet, Rev. 1.1," www.infineon.com, 2004. [Online]. Available: https://www.infineon.com/dgdl/BTS7960_Datasheet.pdf [Accessed March 03, 2025].
    [13] S. Haykin, Communication Systems, 5th ed., Wiley, 2009.
    [14] P. Mathur and S. Raman, "Electromagnetic Interference (EMI): Measurement and Reduction Techniques," Journal of Electronic Materials, vol. 49, no. 5, 2020.
    [15] P. M. Meshram and R. G. Kanojiya, "Tuning of PID Controller Using Ziegler-Nichols Method for DC Motor," in Proceedings of IEEE ICAESM, 2012, pp. 117–122.
    [16] Y. Zhong et al., "Mitigating Electromagnetic Interference on PCB in Electric Vehicles: A Review," Applied and Computational Engineering, vol. 168, no. 1, pp. 63–77, 2025.
    [17] P. Q. Thai, B. T. M. Tu, N. T. Thong, N. L. C. Thanh, and T. M. Truong, "Research on Applying the H7K-A Multi-tasking Controller to a Digitally Controlled Router at the University of Da Nang," The University of Danang - Journal of Science and Technology, vol. 22, no. 7, pp. 12–16, 2024.
    [18] P. Q. Thai et al., "Estimation of the State of Lithium-Ion Battery for Electric Vehicles Using Extended Kalman Filter," in Advances in Engineering Research and Application, Springer, 2026, pp. 277–285.
Xem thêm

##plugins.themes.academic_pro.article.sidebar##

Đã Xuất bản

May 31, 2026
Download
PDF (English)
Cách trích dẫn
Ngo, T. T., M. T. B. Thi, T. C. Le, và N. T. N. Tam. “Nâng Cao độ ổn định điều khiển tốc độ động Cơ DC sử dụng bộ điều khiển PID kết hợp bộ lọc Kalman Trong môi trường nhiễu”. Tạp Chí Khoa học Và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, vol 24, số p.h 5A, Tháng Năm 2026, tr 82-88, doi:10.31130/ud-jst.2026.24(5A).229E.

##plugins.themes.academic_pro.article.details##