CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG & THỰC NGHIỆM 5.1 Kết quả mô phỏng Để chứng minh tính hiệu quả của bộ điều khiển trượt ISMC đã đề xuất, tác giả đã thực hiện mô phỏng theo quỹ đạo tham chiếu..
Trang 1CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG & THỰC NGHIỆM 5.1 Kết quả mô phỏng
Để chứng minh tính hiệu quả của bộ điều khiển trượt ISMC đã đề xuất, tác giả
đã thực hiện mô phỏng theo quỹ đạo tham chiếu Quỹ đạo tham chiếu là đường cong
có bán kính R 0 3 m và tâm ( , ) (0 , 0 )X Y m m thể hiện trong hình 5.1 Vận tốc tham chiếu của OMR là v R 0.0127 /m s
Thông số thiết kế của bộ điều khiển trượt như sau:
3
1 2
1
k
1 3
1 2
1
p
1 3
1 2
1
Các biên độ tối đa của lực nhiễu gây ra do ma sát và hiện tượng trượt được giả định là f Mi 2N và f Ai 1 5 N ( i1 2 3, , )
Các giá trị thông số mô hình của OMR và trị số ban đầu sử dụng cho mô phỏng được nêu trong bảng 5.1, bảng 5.2
Bảng 5.1 Giá trị các thông số mô hình của OMR
Bảng 5.2 Giá trị các thông số mô phỏng ban đầu
Trang 2Thông số Trị số Đơn vị
R
R
R
C
C
C
Hình 5.1 Quỹ đạo tham chiếu của đường cong mong muốn
Chú thich hình 5.1:
Quỹ đạo tham chiếu là đường cong đặt trước
Tọa độ ( x,y) là vị trí quỹ đạo tham chiếu là đường cong đặt trước
Đường cong tham chiếu
Trang 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0
1 2 3 4 5 6 7
Truc X [m]
Hình 5.2 Quỹ đạo chuyển động của robot Chú thich hình 5.2
Tọa độ ( x,y) là vị trí quỹ đạo chuyển động của robot so với đường cong tham chiếu (hình 5.1)
-30
-20
-10
0 10
20
30
Thoi gian (s)
e1 e2 e3
Hình 5.3: Các e1, e2, e3 là sai số vị trí ở thời điểm ban đầu Chú thích hình 5.3 :
Trang 4Các e1, e2, e3 là sai lệch bám của robot so với vị trí ban đầu
Giá trị vọt lố ở thời điểm ban đầu của e1, e2 lớn
-200
-100
0 100 200 300 400
Thoi gian (s)
e1 e2 e3
Hình 5.4 Sai số vị trí toàn thời gian của e1, e2, e3
-800
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
1200
Thoi gian (s)
ev1 ev2 ev3
Hình 5.5 : Sai số vận tốc ev ban đầu của robot Chú thích hình 5.5 :
Các giá trị ev1, ev2, ev3 là giá trị sai số vận tốc lúc đầu của robot
Trang 50 50 100 150 200 250 -1
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5x 10
4
Thoi gian (s)
ev1 ev2 ev3
Hình 5.6 : Vector sai số vận tốc ev toàn thời gian
Các giá trị ev1, ev2, ev3 là giá trị sai số vận tốc toàn thời gian so với thời điểm ban đầu
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
Thoi gian (s)
Hình 5.7 Vận tốc góc của OMR [rad/s]
Trang 60 0.5 1 1.5 2 2.5 3
-200
-100
0
100
200
300
400
Time(s)
Hình 5.8 Véc tơ mặt trượt ban đầu
-200
-100
0
100
200
300
400
Time(s)
Hình 5.9 Véc tơ mặt trượt toàn thời gian Các kết quả mô phỏng được trình bày thể hiện từ hình 5.1 đến 5.9 Hình 5.2 Quỹ đạo chuyển động của robot Hình 5.3 Sai số vị trí ở thời điểm ban đầu Hình 5.4 Sai số vị trí toàn thời gian của e1, e2, e3 tiến về 0 và giữ trị số 0 ổn định cho đến hết thời gian mô phỏng Hình 5.5 Sai số vận tốc ev ban đầu của robot Hình 5.6 Vector sai số vận tốc ev toàn thời gianlúc khởi động tiến về 0 rất nhanh và ổn định trong
Trang 7suốt thời gian mô phỏng Hình 5.7 Vận tốc góc của OMR [rad/s] Hình 5.8 Véc tơ mặt trượt ban đầu Hình 5.9 Véc tơ mặt trượt toàn thời gian
5.2 Kết luận
Trong chương này, tác giả đưa ra bộ điều khiển trượt tích phân mới (ISMC)
áp dụng cho Robot di động đa hướng ba bánh (OMR) để bám theo quỹ đạo tham chiếu Để thiết kế bộ điều khiển này, đầu tiên định nghĩa vector sai số Từ đó thiết
kế bộ điều khiển dựa trên lý thuyết ổn định Lyapunov Luật điều khiển ổn định vector bề mặt trượt và vector sai số tiến đến 0 Các kết quả mô phỏng được trình bày
để chứng minh tính đúng đắn của giải thuật đưa ra và khả năng ứng dụng bộ điều khiển đưa ra vào trong thực tế
Qua kết quả mô phỏng trên Matlab so với mô hình thực nghiệm tôi nhận thấy
mô hình thực nghiệm hoạt động chưa đạt được kết quả như mong muốn, mô hình thực nghiệm của Robot bám theo quỹ tham chiếu cho trước hoạt động chưa ổn định Thực nghiệm cho thấy khi Robot di chuyển còn bị lắc
5.3 Mô hình thực nghiệm:
5.3.1 Kít nhúng PI
Lập trình : Python OpenCV, sử dụng thư viện OpenCV
Sử dụng hệ điều hành linux
Camera thu thập dữ liệu Logitech
Mạch xử lý trung tâm
Hình 5.10 Kít nhúng raspberry Pi
Trang 8Các thông số kít nhúng Pi
Hình 5.11 Bảng thong số kít nhúng
5.3.2 Mục tiêu của xử lý ảnh bằng OpenCV:
Thu thập một ảnh từ camera
Xác định kích thước frame ảnh 640 x 480
Xác định vùng ảnh cần xử lý
Xử lý cân bằng histogram ảnh xám
Xử lý ảnh và xác định chính xác góc định vị của vector từ tâm của điểm ảnh
Hình 5.12 Xác định vùng ảnh cần xử lý
Xử lý và chuyển đổi thành dạng dữ liệu số truyền dữ liệu xuống board xử lý Pic
Trang 95.3.3 Giải thuật về xử lý ảnh sử dụng kít nhúng Raspberry Pi
Hình 5.13 Giải thuật xử lý ảnh
5.3.4 Sơ đồ khối phần cứng :
Phân tích sơ đồ khối của hệ thống để tiến hành thực hiện các công việc:
Hình 5.14 Sơ đồ khối phần cứng
Trang 105.3.5 Lưu đồ giải thuật kit nhúng Raspberry Pi và board điều khiển Pic Kít nhúng Raspberry Pi Board Pic
Hình 5.15 Lưu đồ giải thuật điều khiển Robot
5.3.6 Mô hình thực nghiệm :
Hình 5.16 Mô hình Robot đa hướng
Trang 11Mạch giao tiếp RS232 :
Hình 5.17 Mạch giao tiếp RS232 Chuẩn RS-232 qui định ba loại giắc cắm RS-232 là DB-9, DB-25 và ALT-A, trong đó hai loại đầu được sử dụng rộng rãi hơn
Hình 5.18 Sơ đồ chân chuẩn RS-232 là DB-9
Trang 12Ý nghĩa của các chân quan trọng được mô tả dưới đây:
RXD (receive Data): Đường nhận dữ liệu
TXD (Transmit Data): Đường gửi dữ liệu
DTR (Data Terminal Ready): Báo DTE sẵn sàng Chân DTR thường ở trạng thái
ON khi thiết bị đầu cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông (tự động quay số hay tự động trả lời) DTR ở trạng thái OFF chỉ khi thiết bị đầu cuối không muốn DCE của nó chấp nhận lời gọi từ xa
DSR (Data Set Ready): Báo DCE sẵn sàng, ở chế độ trả lời, 1 tone trả lời và DSR
ON sau 2 giây khi Modem nhấc máy
DCD (Data Carrier Detect): Tín hiệu này tích cực khi Modem nhận được tín hiệu
từ trạm từ xa và nó duy trì trong suốt quá trình liên kết
RTS (Request To Send): Đường RTS kiểm soát chiều truyền dữ liệu Khi một trạm cần gửi dữ liệu, nó đóng mạch RTS sang ON để báo hiệu với modem của nó CTS (Clear To Send): Khi CTS chuyển sang ON, Modem xác nhận là DTE có thể truyền số liệu Quá trình ngược lại nếu đổi chiều truyền số liệu
RI (Ring Indicator): Khi modem nhận được tín hiệu chuông, RI chuyển ON/OFF một cách tuần tự với chuông điện thoại để báo hiệu cho trạm đầu cuối Tín hiệu này chỉ thị rằng một modem xa yêu cầu thiết lập liên kết dial-up
Sơ đồ chân 18F4331:
Hình 5.19 Sơ đồ chân Pic 18F4331
Trang 13Cấu trúc bên trong của PIC 18F4431:
Hình 5.20 Cấu trúc bên trong của PIC 18F4431
Trang 14Mạch điều khiển Pic :
Hình 5.21 Sơ đồ mạch điều khiển Pic
Trang 15Mạch công suất điều khiển động cơ:
Hình 5.22 Mạch công suất điều khiển động cơ