MÔ HÌNH ROBOT 2 BÁNH TỰ CÂN BẰNG SỬ DỤNG PID
7 thg 8, 2020 | 16:10

MÔ HÌNH ROBOT 2 BÁNH TỰ CÂN BẰNG SỬ DỤNG PID


Trong ngành tự động hóa  -  điều khiển tự động nói chung và điều khiển học nói riêng, mô hình con lắc ngược là một trong những đối tượng nghiên cứu điển hình và đặc thù bởi đặc tính động không ổn định của mô hình nên việc điều khiển được đối tượng này trên thực tế đặt ra như một thử thách.

Kết quả nghiên cứu mô hình con lắc ngược cơ bản, ví dụ như mô hình xe-con lắc, con lắc ngược quay… có thể ứng dụng và kế thừa sang các mô hình tương tự khác nhưng có tính ứng dụng thực tiễn hơn, chẳng hạn như mô hình tên lửa, mô hình xe hai bánh tự cân bằng… do đó khắc phục được những nhược điểm vốn có của các robot hai hoặc ba bánh  kinh điển. Các robot hai hoặc ba bánh kinh điển, theo đó có cấu tạo gồm bánh dẫn động và bánh tự do (hay bất kì cái gì khác) để đỡ trọng lượng robot. Nếu trọnglượng được đặt  nhiều vào bánh lái thì robot sẽ không ổn định và dễ bị ngã, còn nếu đặt vào nhiều bánh  đuôi  thì  hai  bánh  chính  sẽ  mất  khả  năng  bám.  Nhiều  thiết  kế  robot  có  thể  di chuyển tốt  trên địa hình phẳng nhưng không thể di chuyển lên xuống trên địa hình lồi lõm hoặc mặt phẳng nghiêng. Khi di chuyển lên đồi, trọng lượng robot dồn vào đuôi xe
làm mất khả năng bám và trượt ngã.

NỘI DUNG:

Chương 1.  Tổng quan về đề tài  ................................................................................  5
1.1  Đặt vấn đề  ..........................................................................................................  5
1.2  Mục tiêu đề tài ...................................................................................................  7
1.3  Giới hạn đề tài  ....................................................................................................  8
1.4  Phương pháp nghiên cứu  ...................................................................................  8
Chương 2.  Các cơ sở lý thuyết  .................................................................................  9
2.1  Đặc tính động lực học  ........................................................................................  9
2.1.1  Mô hình hóa robot 2 bánh tự cân bằng trên địa hình phẳng  .......................  9
2.1.2  Mô hình hóa robot hai bánh tự cân bằng trên địa hình phẳng trong
Matlab Simulink  ...................................................................................................  14
2.2  Bộ lọc Kalman  .................................................................................................  15
2.2.1  Giới thiệu về bộ lọc Kalman  .....................................................................  15
2.2.2  Quá trình ước lượng:  .................................................................................  17
2.2.3  Bản chất xác suất của bộ lọc  .....................................................................  18
2.2.4  Thuật toán Kalman rời rạc ........................................................................  19
2.3  Giải thuật điều khiển  ........................................................................................  21
2.3.1  Cấu trúc bộ điều khiển PID cho robot hai bánh tự cân bằng  ....................  21
2.3.2  Bộ điều khiển PID với thông số cố định  ...................................................  23
2.3.3  Các thành phần chính của mô hình  ...........................................................  25
Chương 3.  Thiết kế hệ thống .................................................................................  28
3.1  Thiết kế phần cứng mô hình Robot 2 bánh tự cân bằng  ..................................  28
3.1.1  Thiết kế cơ khí  ...........................................................................................  28
3.1.2  Kết nối phần cứng  .....................................................................................  28
3.2  Thiết kế phần mềm  ...........................................................................................  29
3.2.1  Bộ lọc Kalman  ...........................................................................................  29
3.2.2  Lưu đồ giải thuật điều khiển  .....................................................................  32
3.2.3  Code arduino và Simulink  .........................................................................  33
Chương 4.  Kết luận và hướng phát triển của đề tài  ............................................  38
4.1  Những kết quả đã đạt được  ..............................................................................  38
4.2  Hạn chế của đề tài  ............................................................................................  38
4.3  Kết luận  ............................................................................................................  38
4.4  Hướng phát triển  ..............................................................................................  38
4.5  Tài liệu tham khẩu ...........................................................................................  39



Trong ngành tự động hóa  -  điều khiển tự động nói chung và điều khiển học nói riêng, mô hình con lắc ngược là một trong những đối tượng nghiên cứu điển hình và đặc thù bởi đặc tính động không ổn định của mô hình nên việc điều khiển được đối tượng này trên thực tế đặt ra như một thử thách.

Kết quả nghiên cứu mô hình con lắc ngược cơ bản, ví dụ như mô hình xe-con lắc, con lắc ngược quay… có thể ứng dụng và kế thừa sang các mô hình tương tự khác nhưng có tính ứng dụng thực tiễn hơn, chẳng hạn như mô hình tên lửa, mô hình xe hai bánh tự cân bằng… do đó khắc phục được những nhược điểm vốn có của các robot hai hoặc ba bánh  kinh điển. Các robot hai hoặc ba bánh kinh điển, theo đó có cấu tạo gồm bánh dẫn động và bánh tự do (hay bất kì cái gì khác) để đỡ trọng lượng robot. Nếu trọnglượng được đặt  nhiều vào bánh lái thì robot sẽ không ổn định và dễ bị ngã, còn nếu đặt vào nhiều bánh  đuôi  thì  hai  bánh  chính  sẽ  mất  khả  năng  bám.  Nhiều  thiết  kế  robot  có  thể  di chuyển tốt  trên địa hình phẳng nhưng không thể di chuyển lên xuống trên địa hình lồi lõm hoặc mặt phẳng nghiêng. Khi di chuyển lên đồi, trọng lượng robot dồn vào đuôi xe
làm mất khả năng bám và trượt ngã.

NỘI DUNG:

Chương 1.  Tổng quan về đề tài  ................................................................................  5
1.1  Đặt vấn đề  ..........................................................................................................  5
1.2  Mục tiêu đề tài ...................................................................................................  7
1.3  Giới hạn đề tài  ....................................................................................................  8
1.4  Phương pháp nghiên cứu  ...................................................................................  8
Chương 2.  Các cơ sở lý thuyết  .................................................................................  9
2.1  Đặc tính động lực học  ........................................................................................  9
2.1.1  Mô hình hóa robot 2 bánh tự cân bằng trên địa hình phẳng  .......................  9
2.1.2  Mô hình hóa robot hai bánh tự cân bằng trên địa hình phẳng trong
Matlab Simulink  ...................................................................................................  14
2.2  Bộ lọc Kalman  .................................................................................................  15
2.2.1  Giới thiệu về bộ lọc Kalman  .....................................................................  15
2.2.2  Quá trình ước lượng:  .................................................................................  17
2.2.3  Bản chất xác suất của bộ lọc  .....................................................................  18
2.2.4  Thuật toán Kalman rời rạc ........................................................................  19
2.3  Giải thuật điều khiển  ........................................................................................  21
2.3.1  Cấu trúc bộ điều khiển PID cho robot hai bánh tự cân bằng  ....................  21
2.3.2  Bộ điều khiển PID với thông số cố định  ...................................................  23
2.3.3  Các thành phần chính của mô hình  ...........................................................  25
Chương 3.  Thiết kế hệ thống .................................................................................  28
3.1  Thiết kế phần cứng mô hình Robot 2 bánh tự cân bằng  ..................................  28
3.1.1  Thiết kế cơ khí  ...........................................................................................  28
3.1.2  Kết nối phần cứng  .....................................................................................  28
3.2  Thiết kế phần mềm  ...........................................................................................  29
3.2.1  Bộ lọc Kalman  ...........................................................................................  29
3.2.2  Lưu đồ giải thuật điều khiển  .....................................................................  32
3.2.3  Code arduino và Simulink  .........................................................................  33
Chương 4.  Kết luận và hướng phát triển của đề tài  ............................................  38
4.1  Những kết quả đã đạt được  ..............................................................................  38
4.2  Hạn chế của đề tài  ............................................................................................  38
4.3  Kết luận  ............................................................................................................  38
4.4  Hướng phát triển  ..............................................................................................  38
4.5  Tài liệu tham khẩu ...........................................................................................  39


M_tả
M_tả

Chuyên mục:

Không có nhận xét nào: