Nghiên cứu, thiết kế, thử nghiệm xe hai bánh tự cân bằng

I-Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THỬ NGHIỆM XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG

II-Nhiệm vụ và nội dung:

- Nghiên cứu thiết kế phần cơ khí và mạch điện phù hợp với xe hai bánh tự cân bằng

- Nghiên cứu cài đặt, lập trình CCS và Matlab/Simulink cho DSP C2000 để thực hiện việc thu thập dữ liệu và điều khiển hệ thống

- Nghiên cứu giải thuật điều khiển phù hợp để xe tự giữ cân bằng, có thể chạy tới, chạy lui, quẹo trái, quẹo phải

Luận văn trình bày cách thức chế tạo phần cứng một mô hình xe hai bánh tự cân bằng, bao gồm cả phần mạch điện và cơ khí. Ngoài ra, luận văn còn trình bày cách thức xây dựng bộ điều khiển PID và bộ điều khiển LQR cho hệ xe hai bánh tự cân bằng trên. Kết quả điều khiển PID và LQR đƣợc mô phỏng chạy tốt trong môi trƣờng Matlab/Simulink.

Mặt khác, mô hình thực cũng đƣợc kiểm chứng hoạt động tốt với giải thuật PID. Phần cứng đƣợc lập trình điều khiển bằng chƣơng trình Matlab/Simulink liên kết CCS, ứng dụng cho chip TMS320F28335. Từ các kết quả có đƣợc từ mô phỏng và thực nghiệm, tác giả đƣa ra các nhận xét về ƣu khuyết điểm của mỗi loại giải thuật điều khiển: PID và LQR.

NỘI DUNG:

CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................................... 4

1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU ROBOT 2 BÁNH TỰ CÂN BẰNG HIỆN NAY .. 6

1.2.1 Các mô hình robot 2 bánh tự cân bằng trong phòng thí nghiệm ...................... 6

1.2.2 Một số sản phẩm thực tế dựa trên mô hình robot 2 bánh tự cân bằng ............. 8

1.2.3 Tình hình nghiên cứu robot hai bánh tự cân bằng trong nƣớc ....................... 11

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI ............................................................................................ 11

CHƢƠNG 2 CÁC CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 ĐẶC TÍNH ĐỘNG LỰC HỌC .......................................................................... 13

2.1.1 Mô hình hóa robot 2 bánh tự cân bằng trên địa hình phẳng ........................... 13

2.1.2 Mô hình hóa robot trong Simulink ............................................................... 18

2.2 GIỚI THIỆU VỀ BỘ LỌC KALMAN ĐỌC CẢM BIẾN ĐỘ NGHIÊNG ....... 19

2.3 GIẢI THUẬT ĐIỀU KHIỂN ............................................................................. 20

2.3.1 Cấu trúc bộ điều khiển PID cho robot hai bánh tự cân bằng .......................... 20

2.3.2 Bộ điều khiển LQR ......................................................................................... 21

2.3.3 Các thành phần chính của mô hình ................................................................. 26

CHƢƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ THỐNG

3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG MÔ HÌNH ROBOT HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG . 32

3.1.1 Thiết kế cơ khí ................................................................................................ 32

3.1.2 Cấu trúc điều khiển phần cứng ....................................................................... 34

3.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM .................................................................................... 35

3.2.1 Lƣu đồ giải thuật ............................................................................................. 35

3.2.2 Bộ điều khiển nhúng cho robot 2 bánh tự cân bằng ....................................... 39

CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

4.1 GIẢI THUẬT PID ............................................................................................. 41

4.1.1 Chƣơng trình mô phỏng .................................................................................. 41

4.1.2 Kết quả mô phỏng ........................................................................................... 41

4.1.3 Nhận xét .......................................................................................................... 43

4.2 GIẢI THUẬT LQR ........................................................................................... 44

4.2.1 Chƣơng trình mô phỏng .................................................................................. 44

4.2.2 Kết quả mô phỏng ........................................................................................... 44

4.2.3 Nhận xét .......................................................................................................... 50

CHƢƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM

5.1 ĐIỀU KHIỂN PID ...................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

5.1.1 Điều khiển đứng yên tại vị tr1i cân bằng ........................................................ 52

5.1.2 Nhận xét.......................................................................................................... 53

5.2 ĐIỀU KHIỂN LQR ..................................... ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED.

5.2.1 Điều khiển đứng yên tại vị trí cân bằng .......... Error! Bookmark not defined.

5.2.2 Nhận xét ……................................................................................................. 55

5.2.3 Điều khiển vị trí đặt khác 0 ............................................................................ 56

5.2.4 Nhận xét .......................................................... Error! Bookmark not defined.

5.3 CHƢƠNG TRÌNH THU NHẬP DỮ LIỆU ........................................................ 64

CHƢƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN

6.1 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 67

6.2 HƢỚNG PHÁT TRIỂN ..................................................................................... 68

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LINK DOWNLOAD

I-Tên đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, THỬ NGHIỆM XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG

II-Nhiệm vụ và nội dung:

- Nghiên cứu thiết kế phần cơ khí và mạch điện phù hợp với xe hai bánh tự cân bằng

- Nghiên cứu cài đặt, lập trình CCS và Matlab/Simulink cho DSP C2000 để thực hiện việc thu thập dữ liệu và điều khiển hệ thống

- Nghiên cứu giải thuật điều khiển phù hợp để xe tự giữ cân bằng, có thể chạy tới, chạy lui, quẹo trái, quẹo phải

NỘI DUNG: