MỤC LỤC

MỤC LỤC……………………………………………………..…………............................................................................................1

LỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................................................................................4

GIỚI THIỆU..................................................................................................................................................................................5

BẢNG KÍ HIỆU CÁC THAM SỐ..................................................................................................................................................7

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT.............................................................................................................................................10

1.1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................................................................................10

1.2. Yêu cầu nghiên cứu.............................................................................................................................................................11

1.3. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................................................................................11

1.4. Nội dung nghiên cứu...........................................................................................................................................................11

1.5. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu.......................................................................................................................................12

1.6. Bố cục đồ án.......................................................................................................................................................................12

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH BỐN BÁNH ĐA HƯỚNG MECANUM.....................................................13

2.1. Giới thiệu về robot tự hành.................................................................................................................................................13

2.2. Tình hình phát triển.............................................................................................................................................................14

1.2.1. Tình hình phát triển trong nước.......................................................................................................................................14

1.2.2. Tình hình phát triển nước ngoài......................................................................................................................................15

2.3. Phân loại.............................................................................................................................................................................16

2.3.1. Phân loại theo môi trường mà chúng di chuyển.............................................................................................................16

2.3.2. Phân loại theo phương pháp di chuyển..........................................................................................................................16

2.4. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động của robot........................................................................................................................17

1.4.1. Cấu trúc...........................................................................................................................................................................17

1.4.2. Bánh xe Mecanum..........................................................................................................................................................17

1.4.3. Nguyên lý hoạt động.......................................................................................................................................................18

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG HỌC CHO ROBOT TỰ HÀNH BỐN BÁNH ĐA HƯỚNG MECANUM....20

3.1. Mô hình động học, động lực học cho robot........................................................................................................................20

3.1.1. Mô hình động học cho robot...........................................................................................................................................21

3.1.2. Mô hình động lực học cho robot.....................................................................................................................................22

CHƯƠNG 4:THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN.................................................................................................................................25

4.1. Bộ điều khiển PID..............................................................................................................................................................25

4.2 Bộ điều khiển mặt trượt động(DSC)...................................................................................................................................26

4.3.Bộ điều khiển mặt trượt (SMC)...........................................................................................................................................29

4.4. Kết quả mô phỏng.............................................................................................................................................................30

4.4.1. Quỹ Đạo Mô Phỏng bộ điều khiển PID...........................................................................................................................31

4.4.2. Quỹ Đạo Mô Phỏng Với Bộ điều khiển DSC..................................................................................................................32

4.4.3.Quỹ Đạo Mô Phỏng Với Bộ điều khiển SMC..................................................................................................................33

4.5. So sánh kết quả bám quỹ đạo của 3 bộ điều khiển..........................................................................................................35

KẾT LUẬN...............................................................................................................................................................................36

TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................................................................................38

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, các ngành khoa học kỹ thuật không ngừng đi đến những thành công mới, đặc biệt là về phần cứng mà ở đó bộ não của thiết bị chính là các bộ điều khiển. Sự có mặt của khái niệm hàm điều khiển Lyapunov đã giúp cho việc giải quyết tính ổn định của hệ thống sử dụng các bộ điều khiển phi tuyến đơn giản hơn, nhất là khi có ảnh hưởng của nhiễu bất định, sai lệch hệ thống. Bên cạnh đó, hầu hết mô hình động lực học của các đối tượng đã được chỉ ra rõ ràng và ngày càng được mở rộng sát với thực tế, khiến các bộ điều khiển ngày càng đáp ứng được nhiều yêu cầu điều khiển phức tạp. Vì thế, điều khiển thông minh trên robot tự hành ngày càng được chủ trọng và ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp, thay thế cho các hoạt động của con người trong các môi trường độc hại, nguy hiểm. Nổi bật trong số đó có robot tự hành là robot được ứng dụng rất rộng rãi nhất Từ đó ta tính toán tính ổn định của hệ thống được chứng minh dựa trên các tiêu chuẩn Lyapunov. Bộ điều khiển trượt thích nghi cũng như đảm bảo chất lượng bám quỹ đạo của robot khi robot có các tham số thay đồi. Các kết quả mô phỏng trên phần mềm matlab cũng như kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình có hiệu quả cao khi robot đạt tới quỹ đạo mong muốn trong thời gian ngắn. Vậy nên với bài tiểu luận học phần này chúng em muốn “Nghiên cứu và thiết kế bộ điều khiển bám quỹ đạo cho robot tự hành bốn bánh mecanum.”

Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với sự hỗ trợ giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của mọi người xung quanh. Trong quá trình làm bài tiểu luận học phần em nhận được nhiều giúp đỡ đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình bạn bè. này chúng em xin được gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong khoa (viện) đã tại điều kiện cho em học tập trong những năm vừa qua. Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới …..đã giúp đỡ chúng em trong thời gian làm bài tiểu luận học phần này để em có thể hoàn thành bài tiểu luận học phần này.

GIỚI THIỆU

Robot di động là một trong những kỹ thuật quan trọng trong sự phát triển của cách mạng công nghiệp đặc biệt là robot di động đa hướng. Bởi vì tính đặc thù của robot là có thể di chuyển nhiều phương hướng khác nhau nên đó cũng là thách thức hàng đầu để điều khiển robot đa hướng. Trong đó bài toán bám quỹ đạo cho robot đa hướng rất quan trọng. ngoài hướng thay đổi cơ cấu truyền động cơ khí giúp robot trở nên linh hoạt thì nghiên cứu chất lượng các bộ điều khiển đang là một hướng nghiên cứu tập trung của các nhà khoa học, công nghệ trên thế giới. Trong quá trình thiết kế và nghiên cứu Robot đa hướng thì việc mô phỏng các hoạt động, truyền động rất quan trọng để có thể tối ưu thiết kế và tiến tới áp dụng cho hệ thống thực tiễn nhưng nhờ có Phần mềm Matlab mà vấn đề này đã được đơn giản hoá.

Các bộ điều khiển chuyển động trong các đề xuất liên quan đến các biến điều khiển và tham số của luật điều khiển. khi áp dụng các tham số có điều khiển nhất định để bộ điều khiển thoả mãn tiêu chuẩn Lyapunov. Trong khi đó hình dạng đường đi và đáp ứng của hệ thống lại phụ thuộc vào việc lựa chọn các tham số này. Việc đánh giá lựa chọn tham số điều khiển để thu được kết quả tốt nhất cần được quan tâm xem xét. Bài báo đề xuất một hệ thống điều khiển chuyển động ổn định robot di động đa hướng với bộ điều khiển thỏa mãn tiêu chuẩn Lypunov và tham số luật điều khiển được điều chỉnh bằng 3 bộ điều khiển PID, bộ điều khiển trượt (SMC), bộ điều khiển mặt trượt động (DSC), Cơ sở của việc điều chỉnh tham số của bộ điều khiển dựa trên mục tiêu cải tiến tốc độ đáp ứng của hệ thống. Báo cáo sánh tính ổn định và thời gian đáp ứng của các bộ điều khiển được đề xuất.

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1. Tính cấp thiết của đề tài.

Ngày nay, robot đang được phát triển mạnh mẽ và được ứng dụng ở tất cả các lĩnh vực của đời sống kinh tế, xã hội và quốc phòng. Trong các loại robot hiện nay, robot tự hành chiếm một vị trí rất quan trọng. Robot tự hành được ứng dụng trong đời sống ngày càng nhiều như robot vận chuyển hàng hóa, robot phục vụ y tế, xe lăn cho người khuyết tật, đặc biệt các robot phục vụ thám hiểm, hoạt động trong môi trường độc hại, robot còn phục vụ an ninh, quốc phòng. Hướng nghiên cứu áp dụng kỹ thuật điều khiển hiện đại chính là các nghiên cứu về thuật toán điều khiển pid, điều khiển trượt, lựa chọn các hệ vi điều khiển có tốc độ tính toán cao. Cùng với sự phát triển của xã hội loại người, các ngành khoa học kỹ thuật không ngừng đi đến những thành công mới, đặc biệt là về phần cứng ở đó bộ não của thiết bị chính là các bộ điều khiển. Sự có mặt của khái niệm hàm điều khiển Lyapunov đã giúp cho việc giải quyết tính ổn định của hệ thống sử dụng các bộ điều khiển phi tuyến đơn giản hơn, nhất là khi có ảnh hưởng của nhiễu bất định, sai lệch hệ thống. 

Robot tự hành đa hướng là dạng robot holonomic, sử dụng bánh xe Mecanum, có khả năng di chuyển theo bất kỳ hướng nào mà không cần phải thay đổi vị trí và góc quay. Với cầu trúc bánh xe, cách bố trí bánh xe khác biệt tạo ra ưu điểm về khả năng đi chuyển vượt trội trong các điều kiện môi trường hẹp, khó thay đổi nên robot tự hành đa hướng đang được ứng dụng, phát triển một cách rộng rãi không chỉ trong nghiên cứu mà đã nhanh chóng được sử dụng trong các lĩnh vực sản xuất đời sống. Các vấn để về kiểm soát quỹ đạo, xử lý tác động nhiều ngoại sinh, thay đối của các thành phần bất định như khối lượng, momen, ma sát đang là nội dung được quan tâm trong lính vực điều khiển robot Mecanum. Đã có các công trình công bố các thuật toán điều khiển được áp dụng cho robot tự hành như điều khiển tuyến tính hóa quỹ đạo, điều khiển thông minh, điều khiển trượt, điều khiển trượt thích nghi, trong đó phương pháp điều khiển trượt thích nghi có ưu điểm là tính ổn định, bền vững, đáp ứng tốt ngay cả khi đối tượng có nhiễu. Vì vậy chúng em chọn làm đồ án 3 với đề tài "Nghiên cứu thiết kế bộ điều khiến bám quỹ đạo cho robot tự hành bốn bánh đa hướng Mecanum " đề xuất bộ điều khiển bám quỹ đạo cho đối tượng robot Mecanum. Tính ổn định hệ thống được chứng minh dựa trên các tiêu chuẩn Lyapunov để đảm bảo chất lượng bám của robot có các tham số thay đổi. Nội dung nghiên cứu của đồ án sẽ tập trung vào tổng hợp bộ điều khiển cho robot tự hành bốn bánh đa hướng Mecanum dạng holonomic.

1.2. Yêu cầu nghiên cứu.

+ Nghiên cứu bộ điều khiển bám quỹ đạo, xét đến sự thay đổi các tham số của robot và tác động nhiều khi hoạt động

+ Mô phỏng được các mô hình và các bộ điều khiển

1.4. Nội dung nghiên cứu.

+ Nghiên cứ tổng quan về robot tự hành bốn bánh đa hướng Mecanum, nguyên lý hoạt động cấu tạo.

+ Mô hình hóá và mô phỏng động học (thuận, nghịch), động lực học cho robot tự hành đa hướng Mecanum.

+ Xây dựng các bộ điều khiển cho đối tượng, phân tích và đề xuất các thuật toán nhằm nâng cao chất lượng khi di chuyển khả năng thích nghi khi robot có các tham số ảnh hướng đến và có nhiễu tác động khi đang di chuyển trong môi trường thực tế và tương tác với mục tiêu như: tham số khối lượng, momen quán tính thay đổi, chịu tác động nhiều và sai lệch của mô hình.

+ Tìm hiểu và sử dụng các phần mềm mô phỏng cho robot tự hành bốn bánh đa hướng Mecanum.

1.5. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là robot tự hành bốn bánh đa hướng Mecanum dạng holonomic, chủ yếu tìm hiểu và nghiên cứu xây dựng mô hình toán học và bộ điều khiển cho robot tự hành bốn bánh đa hướng Mecanum.

Nghiên cứu và tổng hợp các bộ điều khiển bám quỹ đạo cho robot có chứa các thành phần bất định khi hoạt động trong môi trường phẳng phui chịu ảnh hướng bởi ma sát bề mặt và tác động của nhiễu bất kỳ.

1.6. Bố cục đồ án.

Bao gồm 3 chương cơ bản:

Chương 1: "Cơ sở lý thuyết" giới thiệu tổng quan về robot tự hành bốn bánh đa hướng, nghiên cứu phân tích chi tiết cụ thể cấu tạo, nguyên lý hoạt động. Các công trình đã nghiên cứu trước đó theo nội dung đối tượng, phạm vi nghiên cứu của đồ án từ đó rút ra các hướng nghiên cứu thích hợp.

Chương 2: "Tổng quan về robot tự hành bốn bánh đa hướng Mecanum" xây dựng mô hình động học (thuận nghịch), động lực học, mô phỏng kiểm chứng mô hình xây dựng cho robot tự hành bốn bánh đa hướng Mecanum.

Chương 3: "Thiết kế bộ điều khiển" phương pháp điều khiển cho robot tự hành bốn bánh đa hướng Mecanum có khả năng bám quỹ đạo khi các thông số mô hình thay đổi ngoài ra các bộ điều khiển còn chặn trên của các thành phần bất định của mô hình. Trong đó các thành phần bất định của hệ thống gồm: nhiễu, momen, ma sát ảnh hưởng lên hệ thống, và sai số mô hình do các thông số của đối tượng biến thiên theo thời gian.

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH BỐN BÁNH ĐA HƯỚNG MECANUM

2.1. Giới thiệu về robot tự hành.

Là một loại mobile robot, di động tự hành, tự định hướng, di chuyển đến bất cứ vị trí nào trong mặt phẳng bằng cách kết hợp các hướng chuyển động xoay và tịnh tiến theo quỹ đạo định trước trong một thời gian ngắn. Có rất nhiều lựa chọn cho việc thiết kế một robot đa hướng tự hành có khả năng di chuyển trên một mặt cứng, trong số đó thì 3 dạng chủ yếu là dùng bánh xe, dùng xích, dùng chân. Việc dùng bánh xe được sử dụng phố biến hơn vì kết cấu cơ khí đơn giản và việc thực thi dễ dàng. Còn dùng chân và xích đòi hỏi kết cấu phức tạp và phần cứng hơn so với cùng một mức tải yêu cầu, nhưng lợi thế thì có thể di chuyển được trên các địa hình xấu nhỏ bé thô sơ.

Ngoài ra do có khả năng chuyển động linh hoạt trên robot tự hành đa hướng có khả năng tiết kiệm năng lượng hơn so với robot sử dụng bánh xe thông thường. Nhờ những tính năng vượt trội như vậy, robot tự hành đa hướng được ứng dụng nhiều trong các loại robot tự hành kiểu truyền thống, nó được sử dụng nhiều trong các cẩu nâng hạ ở nhà xưởng, vận chuyển trong các kho bãi, robot tích hợp tay máy di chuyển trong các nhà xưởng, robot thảm hiếm, robot dò phá bom mìn, robot phục vụ lễ tân, khách sạn, robot y tế.

2.2. Tình hình phát triển.

1.2.1. Tình hình phát triển trong nước.

Robot tổng hợp trong nó có cả khoa học và công nghệ, để thiết kế chế tạo được robot ta cần các tri thức toán học, vật lý, điện tử lý thuyết điều khiển, khoa học tính toán. Để có thể ứng dụng được robot, ta cần hiểu rõ về đối tượng ứng dụng. Robot là sản phẩm tích hợp cả khoa học và công nghệ với độ phức tạp cao.

1.2.2. Tình hình phát triển nước ngoài.

Robot tự hành đa hướng đã xuất hiện trên thế giới từ những năm cuối 1990 và đầu những năm 1990. Robot tự hành ra đời đáp ứng được nhu cầu phát triển của hệ robot cũ trong các nhà máy bởi cách làm việc linh hoạt, chính xác và khả năng thích ứng nhanh khi làm việc ở những môi trường khác nhau.

Trong kỹ thuật điều khiển chuyển động của robot tự hành, vấn đề bám quỹ đạo và tác động nhanh là rất cần thiết, là nhiệm vụ chính và thu hút được sự quan tâm của đông đảo các nhà khoa học. Có nhiều phương pháp điều khiển robot đối với robot không ràng buộc holonomic như robot tự hành đa hướng, quỹ đạo đặt sẽ bao gồm đầy đủ tọa độ (x,y) và góc nhìn 0 của nó. 

2.3. Phân loại.

2.3.1. Phân loại theo môi trường mà chúng di chuyển.

+ Robot ngoài trời và trong nhà. Thông thường chúng được lắp bánh xe, nhưng cũng có loại robot có chân như robot hình người, robot hình dạng động vật hoặc côn trùng.

+ Robot trên không thường dùng cho các phương tiện trên không, phương tiện không người lái.

+ Robot dưới nước dùng cho các phương tiện hoạt động dưới nước, chúng hoạt động độc lập.

1.4.1. Cấu trúc.

Việc xây dựng mô hình đối tượng bao gồm mô hình động học và mô hình động lực học nhằm xác định được vị trí robot và moment lực đặt vào các bánh xe để đưa ra tín hiệu điều khiển phù hợp cho robot di chuyển đúng theo quỹ đạo mong muốn đặt trước.

1.4.2. Bánh xe Mecanum.

Bánh xe Mecanum, còn được gọi là bánh xe Ilon hoặc bánh xe Thụy Điển, là một thiết kế bánh xe đa hướng phổ biến hơn, được phát minh vào năm 1973 bởi Bengt Ilon, một kỹ sư Thụy Điển. Trong thiết kế này, tương tự như bánh xe đa hướng, có một loạt con lăn tự do được gắn vào trung tâm bánh xe nhưng với góc 45° so với chu vi của trung tâm bánh xe nhưng tổng quan hình dạng bên của bánh xe là hình tròn.

Thông số kỹ thuật theo nhà sản xuất:

- Đường kính ngoài: 150mm

- Bề rộng: 54mm

- Con lăn vệ tinh trên mỗi bánh: 15 con

- Thân bánh: Aluminium alloy

- Con lăn vệ tinh làm bằng cao su

- Bề rộng bánh vệ tinh: 47mm

- Khối lượng: 625g x 4

- Tải trọng mỗi bánh: 15Kg

1.4.3. Nguyên lý hoạt động.

Robot tự hành bốn bánh đa hướng Mecanum là loại robot được thiết kế để di chuyển linh hoạt trong môi trường không gian hẹp và khó khăn. Nguyên lý hoạt động của robot này là sử dụng bộ cảm biến để xác định vị trí và hướng di chuyển, sau đó sử dụng các bánh xe Mecanum để thực hiện chuyển động.

+ Các trước hợp di chuyển của bánh xe:

+ Xe đang đứng yên (bánh_1,2,3,4=0)

+ Đi tiến theo trục Ox (bánh_ 1,2,3,4=1)

+ Đi lùi theo trục Ox (bánh_1,2,3,4=-1)

+ Đi sang trái (bánh_ 1,4= 1; bánh_2,3=-1)

+ Đi sang phải (bánh_1,4= -1; bánh_2,3=1)

+ Đi tiến chéo về phía bên trái (bánh_2,3= 0; bánh 1,4=1)

+ Đi chéo tiến về phía bên phải (bánh_1,4= 0; bánh 2,3=1)

+ Đi chéo lùi về phía bên trái (bánh_ 2,3= -1; bánh 1,4=0)

+ Đi chéo lùi về phía bên phải (bánh _1,4= -1;bánh 2,3=0)

+ Xoay vòng tròn ngược chiều kim đồng hồ (bánh_1,3=1; bánh_2,4=1)

+ Xoay vòng tròn cùng chiều kim đồng hồ (bánh_1,3=1; bánh_2,4=-1)

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN, MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG HỌC CHO ROBOT TỰ HÀNH BỐN

BÁNH ĐA HƯỚNG MECANUM

3.1. Mô hình động học, động lực học cho robot.

Động học nghiên cứu về chuyển động cơ học của vật thể về mặt hình học, không quan tâm đến nguyên nhân xảy ra chuyển động cũng như nguyên nhân gây ra sự biến đổi chuyển động.

Động học robot mô tả những chuyến động của robot. Nên chũng ta cần hiểu về cách di chuyển của robot nhằm thiết kế cho những nhiệm vụ mong muốn và tạo ra phần mềm điều khiển và phần cứng cho robot.

 Mô hình động học động lực học cho robot tự hành 4 bánh đa hướng dựa trên mô hình bánh xe Mecanum được bố trí 2 bánh trước đối xứng nhau, 2 bánh sau đối xứng nhau, 2 bánh trước với 2 bánh sau đối xứng nhau.

3.1.1. Mô hình động học cho robot.

Động học nghịch là quá trình tính toán nghịch từ vị trí và hướng đi mong muốn của robot đến các thông số và lệnh điều khiển của các bộ phận cơ khí của robot. Quá trình này giúp điều khiển robot di chuyển đến vị trí mong muốn một cách chính xác và hiệu quả. 

3.1.2. Mô hình động lực học cho robot.

Động học của robot là tổng hợp quá trình điều khiển chuyển động, mà việc cần giải quyết đó là xác định moment và lực động xuất hiện trong quá trình chuyển động.

M] : là ma trận quán tính động lực học, [C] : là ma trận Coriolis và hướng tâm, [B] : là đầu vào ma trận chuyển đổi.

Sau một số tính toán chuyển tiếp, biểu diễn của từng ma trận được hiển thị bên dưới.

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN

4.1. Bộ điều khiển PID.

Bộ điều kiển PID là bộ điều khiển kinh điển trong điều khiển nói chung là trong điều khiển robot nói riêng về tính thông dụng được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp – bộ điều khiển PID là bộ điều khiển được sử dụng nhiều nhất trong các bộ điều khiển phản hồi.

Đây  là các hệ số kiểm soát. Giả sử các bánh xe và mặt đường không có hiện tượng trễ và robot không có hiện tượng trượt dọc và ngang. Dựa trên mô hình sai số động học và luật điều khiển đã thiết lập ở trên, bộ điều khiển bám quỹ đạo với tham số thay đổi theo thời gian được thiết kế như hình 5. Trong đó khối biến đổi được cho bởi , khối điều khiển PID là luật điều khiển được biểu diễn bằng.

Cấu trúc của bộ điều khiển PID như hình 6.

4.2 Bộ điều khiển mặt trượt động (DSC)

Bộ điều khiển mặt trượt động gồm 2 khối: Khối đa mặt trượt (MSS) và khối lọc thông thấp (LPF). Khối đa mặt trượt tính toán trạng thái dựa trên trạng thái của hệ thống và tín hiệu lọc. Các giá trị được n đưa vào bộ lọc và giá trị ra tương ứng quay trở lại khối đa mặt trượt.

Là một miền bị chặn. Vì các hàm  sẽ tồn tại giá trị lớn nhất trên miền , gọi giá trị lớn nhất trên như phương trình dưới.

Do hằng số  có thể chọn nhỏ tùy ý muốn nên vậy các sai số của hệ thống luôn có thể được giới hạn ở mức cho phép.

4.3. Bộ điều khiển mặt trượt (SMC).

Hiện tại, đã có nhiều công trình ứng dụng thuật toán điều khiển kinh điển PID [3-5] để điều khiển bám quỹ đạo cho FMWR. Trong phần này, chúng tôi thiết kế bộ điều khiển SMC để làm căn cứ để so sánh với bộ điều khiển DSC đề xuất. Các bước thiết kế luật điều khiển như phương trình dưới.

4.4. Kết quả mô phỏng.

Quỹ đạo mô phỏng là hình tròn với phương trình:

Với: R=2(m) 

Quỹ đạo đặt như hình 9.

4.4.1. Quỹ Đạo Mô Phỏng bộ điều khiển PID.

Nhận Xét: Ở hình 11 ở khoảng 20s đầu quỹ đạo bám chưa ổn định bởi vì nằm ở khoảng thời gian quá độ, trở về sau thì bám đúng quỹ đạo.

Ở hình 12: Thời gian quá độ ban đầu nằm vào khoảng 0-20s sau 20s thì quỹ đạo ổn định.

4.4.2. Quỹ đạo mô phỏng với bộ điều khiển DSC.

Nhận Xét: Ở hình 12 khoảng 4s đầu quỹ đạo bám chưa ổn định bởi vì nằm ở khoảng thời gian quá độ, trở về sau thì bám đúng quỹ đạo.

Ở hình 13: Thời gian quá độ ban đầu nằm vào khoảng 0-4s sau 4s thì quỹ đạo ổn định.

Bộ điều khiển DSC có quá độ thấp hơn và bám nhanh hơn bộ điều khiển PID và bộ điều khiển SMC.

4.4.3. Quỹ đạo mô phỏng với bộ điều khiển SMC.

Nhận Xét: Ở hình 14 khoảng 10s đầu quỹ đạo bám chưa ổn định bởi vì nằm ở khoảng thời gian quá độ, trở về sau thì bám đúng quỹ đạo.

Ở hình 15: Thời gian quá độ ban đầu nằm vào khoảng 0-10s sau 10s thì quỹ đạo ổn định.

Bộ điều khiển MSC có quá độ thấp hơn và bám nhanh hơn bộ điều khiển PID và chậm hơn DSC.

4.5. So sánh kết quả bám quỹ đạo của 3 bộ điều khiển.

Nhận Xét:

 Thời gian quá độ ban đầu của bộ điều khiển PID nằm vào khoảng 0-20s sau 20s thì quỹ đạo ổn định.

Bộ điều khiển MSC có quá độ thấp hơn và bám nhanh hơn bộ điều khiển PID và chậm hơn DSC.

Bộ điều khiển DSC có quá độ thấp hơn và bám nhanh hơn bộ điều khiển PID và bộ điều khiển SMC.

KẾT LUẬN

Kết quả phỏng với thuật toán điều khiển DSC thì robot di chuyển bám quỹ đạo đặt trong thời gian ngắn với sai lệch bám được triệt tiêu nhỏ nhất.

So sánh kết quả mô phỏng với các thuật toán điều khiển PID thì thuật toán DSC có chất lượng điều khiển tốt hơn, thời gian quá độ trong khoảng dưới 1s, sai lệch nhỏ, giảm mạnh hiện tượng “chattering”, với bộ điều khiển DSC không chỉ làm giảm mạnh hiện tượng “chattering” (tín hiệu điều khiển dao động với tần số cao). Hiện tượng này có thể làm giảm tuổi thọ các cơ cấu cơ khí. Mà còn làm giảm ảnh hưởng của nhiễu cũng như thời gian phản hồi nhanh hơn bộ điều khiển PID bởi sử dụng các bộ lọc thông thấp đầu vào, sai lệch bám được triệt tiêu và thời gian quá độ nhỏ nhất. Điều khiển DSC có khả năng kháng nhiễu rất tốt và thích nghi được với các tham số thay đổi của mô hình robot. Tính ổn định của robot được kiểm chứng theo lý thuyết ổn định Lyapunov. Hướng phát triển tiếp theo của nhóm là dùng Fuzzy để chỉnh định các tham số của bộ điều khiển PID.

                                                                                                              Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

                                                                                                               Sinh viên thực hiện

                                                                                                               ………………….

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. T. N. Chí và N. T. T. Vân, "ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ROBOT DI ĐỘNG", 2019.

[2]. Hamid Taher, Kinematic Model of a Four Mecanum Wheeled Mobile, 2015.

[3]. K. Z. Igor Zeidis, Dynamics of a four-wheeled mobile robot with Mecanum wheels, 2019.

[4]. E. Celaya và I. Moreno-Caireta, Model Predictive Control for a Mecanum-wheeled Robot Navigating among Obstacles, 2021.

[5]. Mutalib, M. A. B. Abd, Azlan và N. Zainul, Prototype development of mecanum wheels mobile robot, 2020.

[6]. T. T. K. Ly, N. H. Thai, T. Hoang và Nguyen Thi Thanh, A Neural Network Controller Design for the Mecanum Wheel Mobile Robot, 2023.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ TIỂU LUẬN"