ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU HỆ ROBOT CÂN BẰNG MỘT BÁNH XE DÙNG QUI HOẠCH ĐỘNG THÍCH NGHI

Trong điều khiển học, các mô hình như con lắc ngược và mô hình robot thăng bằng trên hai bánh xe được coi là kinh điển trong thí nghiệm thuật toán điều khiển. Tuy nhiên, do độ khó nên robot cân bằng trên một bánh xe có 3 bộ phận chính gồm động cơ có bánh xe ở chân robot để cân bằng góc nghiêng, động cơ có bánh đà ở đầu robot để cân bằng góc quay, đã thu hút sự chú ý của cộng đồng điều khiển trong những năm gần đây. Thiết kế các luật điều khiển ổn định, đặc biệt là tính tối ưu, cho robot là một vấn đề đầy thách thức. Luận văn này trình bày một thuật toán điều khiển tách rời tối ưu sử dụng quy hoạch động thích nghi (Adaptive Dynamic Programming - ADP) để cân bằng hệ thống robot một bánh. Dựa trên mô hình động lực học của robot thông qua phương trình Euler Lagrange ta tính toán được mô hình toán học của robot phù hợp với mục đích điều khiển.

Sau đó bộ điều khiển chuyển tiếp được đề xuất sẽ tách mô hình động học robot thành hai phần riêng biệt, động lực học phương tiến lùi và động lực học phương ngang. Bộ điều khiển ADP được thiết kế để điều khiển robot bám theo quỹ đạo thẳng cho trước, góc nghiêng ở vị trí cân bằng khác 0 và điều khiển góc quay về vị trí cân bằng, trong đó tham số là không chắc chắn. Mô phỏng so sánh được thực hiện để cho thấy rằng thuật toán được đề xuất là hiệu quả.

NỘI DUNG:

MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1

1. Đặt vấn đề ............................................................................................................ 1

2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 1

Mục tiêu chung ..................................................................................................... 1

Mục tiêu cụ thể ..................................................................................................... 1

3. Đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu ................................................ 2

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 2

Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 2

4. Ý nghĩa của đề tài ................................................................................................. 2

Ý nghĩa về mặt lý thuyết ...................................................................................... 2

Ý nghĩa về mặt thực tiễn ...................................................................................... 3

TỔNG QUAN LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ............................................ 4

Tổng quan ............................................................................................................. 4

Các nghiên cứu trong nước .................................................................................. 5

Các nghiên cứu ngoài nước .................................................................................. 5

CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................... 8

Cơ sở lý thuyết về hệ robot cân bằng một bánh xe .............................................. 8

2.1.1 Phương trình động học phương tiến – lùi (Pitch) .......................................................... 8

2.1.2 Phương trình động học phương trái – phải (Roll)........................................................ 10

2.1.3 Hệ robot cân bằng một bánh xe ................................................................................... 11

vi

Cơ sở lý thuyết qui hoạch động thích nghi (ADP) ............................................. 13

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ........................................................................ 14

Thiết kế phần cứng ............................................................................................. 14

3.1.1 Sơ đồ khối phần cứng .................................................................................................. 14

3.1.2 Sơ đồ mạch điện hệ thống ............................................................................................ 15

3.1.3 Thiết kế cơ khí ............................................................................................................. 17

Thiết kế bộ điều khiển tối ưu ............................................................................. 21

3.2.1 Thiết kế động lực học tách rời cho hệ robot ................................................................ 21

3.2.2 Thiết kế bộ điều khiển tối ưu cho hệ tách rời .............................................................. 25

3.2.3 Phân tích ổn định của thuật toán OADP ...................................................................... 31

Thiết kế giải thuật phần mềm ............................................................................. 37

3.3.1 Xác định các trạng thái của tín hiệu ............................................................................. 37

3.3.2 Giải thuật phần mềm .................................................................................................... 37

3.3.3 Chương trình chính ...................................................................................................... 37

3.3.4 Chương trình ngắt ngoài .............................................................................................. 39

MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ...................................................... 40

Mô phỏng giải thuật điều khiển OADP ............................................................. 40

4.1.1 Mô hình mô phỏng robot ............................................................................................. 40

4.1.2 Mô phỏng robot với bộ điều khiển .............................................................................. 40

4.1.3 Xây dựng quỹ đạo bám theo phương thẳng cho robot ................................................. 41

4.1.4 Thiết lập thông số ........................................................................................................ 41

4.1.5 Kết quả mô phỏng và so sánh ...................................................................................... 42

Thực nghiệm ...................................................................................................... 47

4.2.1 Kết quả thực nghiệm và so sánh .................................................................................. 47

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ..................................................................... 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 55

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN

LƯU Ý:

Tài liệu được chia sẻ bởi CTV EBOOKBKMT "Mân Trần Lê" chỉ được dùng phục vụ mục đích học tập và nghiên cứu.

LINK DOWNLOAD

NỘI DUNG: