LUẬN VĂN - Điều khiển robot hai bánh tự cân bằng trên địa hình không bằng phẳng (Full) | Cộng đồng Kỹ thuật cơ điện Việt Nam EBOOKBKMT

Robot hai bánhtự cânbằng được xem nhưcầunối kinh nghiệm giữa mô hình con lắc ngượcvới robot hai chân và robot giống người. Đây làdạng robot có hai bánh đồng trục, do đó khắc phục được những nhược đi ểmvốn cócủa các robot hai hoặc ba bánh kinh điển. Các robot hai hoặc ba bánh kinh điển, theo đó cócấutạogồm bánhdẫn động và bánhtự do (haybất kì cái gì khác) để đỡ tr ọnglượng robot. Nếu trọng l ượng được đặt nhiều vào bánh lái thì robotsẽ không ổn định vàdễbị ngã, cònnếu đặt vào nhiều bánh đuôi thì hai bánh chínhsẽmất khảnăng bám. Nhiều thiếtkế robot có thể di chuyểntốt trên địa hình phẳng nhưng không thể di chuyển l ên xuống trên địa hìnhl ồi l õm hoặcmặt phẳng nghi êng. Khi di chuyển lên đồi, trọnglượng robotdồn vào đuôi xe làmmất khả năng bám và trượt ngã.

NỘI DUNG:

1. CHƠNG 1 .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... .1

1.1 Đặtvấn đề .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... .2

1.2 Các công trình nghiêncứu có liên quan . .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... .5

1.2.1 nBot [1] .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... .5

1.2.2 JOE – A moblie Inverted Pendul um [2] .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... .6

1.2.3 Mộtsốdạng robot hai bánhtự cânbằngcủa các hãngsản xuất .. ... .. ... ... ... .7

1.2.4 Các báo cáo nghiêncứu khoahọc có liên quan .. ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... .8

1.3 Nội dung lu ậnvăn thạcsĩ ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... .8

2. CHƠNG II. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 10

2.1 Mô hình hóa robot hai bánhtự cânbằng trên địa hình phẳng . ... ... ... ... ... .. ... ... .. 11

2.2 Mô hình hóa robot hai bánhtự cânbằng trên địa hì nh phẳng trong

Matlab Simulink . ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 16

2.3 Mô phỏnghệ thống .. ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 17

2.4 Kết luận. .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 17

3. CHƠNG III ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 18

3.2 Cơsở l ý thuyếtbộlọc Kal man . ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 19

3.2.1 Giới thiệuvềbộlọc Kalman ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 19

3.2.2 Quá trình ướcl ượng:. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 20

3.2.3 Bản chất xác suấtcủabộlọc ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 22

3.2.4 Thuật toán Kal manrờirạc: .. ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 22

3.3 Lý thuyết đi ều khiển trượt .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 24

3.3.1 Thiếtkế điều khiển . .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 26

Luận văn thạc sỹ -Điều khiển robot hai bánh tự cân bằng trên địa hình không phẳng

GVHD: TS. Nguyễn Đức Thành

HVTH: Nguyễn Trung Hiếu

3.3.2 Sựtồntại nghiệm vòng kín .. ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 28

3.3.3 Định l ý 1: Sựtồntại chế độ trượt . .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 28

3.3.4 Định l ý 2: .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 29

3.3.5 Định l ý 3: Chuyển động trượt . ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 29

4. CHƠNG IV ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 31

4.1 Phương pháp đi ều khiển toàn phương tuyến tính – LQR .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 32

4.1.1 Tuyến tính hóahệ thống . ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 32

4.1.2 Khảo sát tính điều khiển được và tính quan sát đượccủahệ thống: ... ... .. 34

4.1.3 Hàm chỉ tiêu chấtlượng điều khiển . .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 34

4.1.4 Sơ đồmô phỏng ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 35

4.1.5 Kết quả mô phỏng ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 36

4.1.6 Điều khiển dùng LQR PI cho khâuvị trí . ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 40

4.1.7 Kết quả mô phỏng LQR PI ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 41

4.1.8 Kết luận. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 41

4.2 Phương pháp đi ều khiển PID thích nghi mô hình tham chiếu ... ... ... ... ... ... .. ... .. 42

4.2.1 Đặtvấn đề . ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 42

4.2.2 Cấu trúcbộ điều khiển PI D cho robot hai bánhtự cânbằng. ... ... ... .. ... ... .. 42

4.2.3 Bộ điều khiển PID với thôngsốcố định . ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 43

4.2.4 Bộ điều khiển PID thích nghi mô hình tham chiếu cho robot hai bánhtự

cânbằng 52

4.2.5 Kết luận. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 62

5. CHƠNG V . ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 63

5.1 Thiếtkếmô hình robot hai bánhtự cânbằng . ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 64

5.1.1 Thiếtkếcơ khí .. ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 64

Luận văn thạc sỹ -Điều khiển robot hai bánh tự cân bằng trên địa hình không phẳng

GVHD: TS. Nguyễn Đức Thành

HVTH: Nguyễn Trung Hiếu

5.1.2 Cấu trúc điều khiển phầncứng .. ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 66

5.2 Bộlọc Kal man cho thành phần IMU ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 73

5.2.1 Thực hiệnbộlọc Kalman .. ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... .. 73

5.2.2 Kết quả thực nghiệm . ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 77

5.2.3 Kết luận. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 79

5.3 Bộ đi ều khiển nhúng robot hai bánhtự cânbằng ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 79

5.3.1 Giới thiệu .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 79

5.3.2 Bộ điều khiển LQR PI cho khâuvị trí .. ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .. 81

5.3.3 Bộ điều khiển PI D thí ch nghi mô hình tham chiếu... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... .. 95

6. CHƠNG VI ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... 106

6.1 Kết quả đạt được ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... 107

6.2 Mộtsốhạn chế ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... 108

6.3 Hướng phát triển .

LINK 1 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 2 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 3 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK 4 - TÌM KIẾM SÁCH/TÀI LIỆU ONLINE (GIÁ ƯU ĐÃI NHẤT)

LINK DOWNLOAD (TÀI LIỆU VIP MEMBER)