• Công nghệ thị giác máy tính, đo lường không tiếp xúc, xác định, ước lượng kích thước, đặc tính, đặc trưng của sản phẩm… được ứng dụng trong sản xuất công nghiệp, giao thông, địa chất,
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG
VẬN TẢI TP.HCM
o0o _
LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Trang 2LUẬN VĂN THẠC SĨ
Tp.HCM, 2015
07-ỨNG DỤNG THỊ GIÁC MÁY TÍNH XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN LQR ỔN ĐỊNH HỆ BÓNG VÀ THANH
TÊN ĐỀ TÀI:
Người hướng dẫn : PGS TS DƯƠNG HOÀI NGHĨA
Học viên thực hiện : NGUYỄN ĐỨC HIỀN
Trang 4I GIỚI THIỆU
• Điều khiển giữ thăng bằng được áp dụng trong nhiều lĩnh vực như: hàng không, hệ thống lái tàu, giàn khoan và các công trình biển
• Công nghệ thị giác máy tính, đo lường không tiếp xúc, xác định, ước lượng kích thước, đặc tính, đặc trưng của sản phẩm… được ứng dụng trong sản xuất công nghiệp, giao thông, địa chất, y học…
• Hệ bóng và thanh phản hồi vị trí bằng camera dùng nghiên cứu áp dụng điều khiển các vấn đề thực tế trên.
Trang 5II XÂY DỰNG MÔ HÌNH
Có 2 dạng mô hình bóng và thanh
Các dạng bóng và thanh
Trang 6II XÂY DỰNG MÔ HÌNH
Mô hình bóng và thanh
webcam
Động cơ Bóng Thanh
Trang 7II XÂY DỰNG MÔ HÌNH
Từ các phương trình động học ta xác định được mô hình không
gian trạng thái của hệ bóng và thanh
𝐿]𝑉
(2.1)
Trang 8II XÂY DỰNG MÔ HÌNH
Mô hình không gian trạng thái bốn biến trạng thái của hệ bóng và thanh
Trang 9III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Đối tượng tuyến tính được mô tả bởi phương trình trạng thái:
Điều chỉnh toàn phương tuyến tính là tìm tín hiệu điều khiển u(t) điều chỉnh hệ thống từ trạng thái ban đầu bất kỳ về trạng thái cuối với =∞ sao cho tối thiểu chỉ tiêu chất lượng dạng toàn phương :
J =
Tín hiệu điều khiển tối ưu:
P là nghiệm bán xác định dương của phương trình đại số Ricatti
Giá trị cực tiểu của chỉ tiêu chất lượng: J=
Trang 10
III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Mô hình điều khiển LQR hệ bóng và thanh trên Matlab Simulink
Trang 11III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Đáp ứng vị trí và góc hệ bóng và thanh
K= [52.2504 72.6497 136.6802 37.9342 38.7298]
Trang 12III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Sơ đồ mô hình điều khiển hệ bóng và thanh phản hồi vị trí bằng camera
Trang 13III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Lưu đồ giải thuật xử lý ảnh xác định vị trí bóng
Bắt đầu Thu nhận ảnh Phân ngưỡng Nhận dạng bóng
Kết thúc
Trang 14III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Quá trình thu nhận ảnh:
• Thiết bị thu nhận ảnh là webcam ( tốc độ 20fps)
• Ảnh sau khi thu sẽ được chuyển thành ảnh xám
Ảnh RGB Ảnh xám
Trang 15III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Quá trình phân ngưỡng:
• Cắt chọn vùng ảnh cần xử lý để giảm kích thước ma trận tính toán
• Chuyển ảnh sang ảnh nhị phân so với ngưỡng để lọc nhận dạng bóng
Trang 16III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Nhận dạng -xác định vị trí bóng:
Áp dụng thuật toán ăn mòn ảnh, dùng liên kết pixel 8 xác định tâm của bóng, dùng công thức Euclide xác định vị trí bóng trên thanh
Trang 17III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Mô hình nhận dạng vị trí bóng trên Simulink
Trang 18III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Bộ điều khiển mô hình bóng và thanh thực tế
Trang 19III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Đáp ứng vị trí bóng và tín hiệu điều khiển của hệ bóng và thanh vị trí 0
Trang 20III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Đáp ứng vị trí bóng và tín hiệu điều khiển của hệ bóng và thanh vị trí 100mm
Trang 21III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN
Đáp ứng vị trí bóng và tín hiệu điều khiển của hệ bóng và thanh khi bị tác động
Trang 22 Thiết kế phần cơ khí độ chính xác tốt hơn
Thiết kế phần cứng điều khiển như sử dụng: Board máy tính nhúng Raspberry Pi, FPGA… chuyên về điều khiển
Nâng cao tốc độ xử lý ảnh bằng camera có độ phân giải cao hơn như 120fps
Áp dụng các bộ điều khiển cho hệ phi tuyến như: Trượt, thích nghi, cuốn chiếu…
Trang 23XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN
QUÝ THẦY VÀ CÁC BẠN
LẮNG NGHE
