ĐIỀU KHIỂN MẶT ĐỘNG THÍCH NGHI BÁM QUỸ ĐẠO CHO ROBOT TỰ HÀNH BỐN BÁNH ĐA HƯỚNG.LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ VIỄN THÔNG

Mục tiêu nghiên cứu của luận án - Nghiên cứu, đề xuất thuật toán điều thích nghi bám quỹ đạo mới cho FWOMR có mô hình phi tuyến bất định, đặc biệt chú ý đến sự thay đổi của các tham số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-

HÀ THỊ KIM DUYÊN

ĐIỀU KHIỂN MẶT ĐỘNG THÍCH NGHI BÁM QUỸ ĐẠO CHO

ROBOT TỰ HÀNH BỐN BÁNH ĐA HƯỚNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 9 52 02 16

KỸ THUẬT ĐIỆN, ĐIỆN TỬ VÀ VIỄN THÔNG

Hà Nội – 2020

Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học 2: TS Phạm Văn Bạch Ngọc

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ TẠP CHÍ KHOA HỌC

1 Ha Thi Kim Duyen, Ngo Manh Tien, Pham Ngoc Minh, Quang Vinh Thai, Phan

Xuan Minh, Pham Tien Dung, Nguyen Duc Dinh, Hiep Do Quang, “Fuzzy Adaptive

Dynamic Surface Control for Omnidirectional Robot”, the Springer-Verlag book series

“Computational Intelligence” indexed in Scopus and Compendex (Ei) ISSN 1860-9503

(electronic), ISBN 978-3-030-49536-7 (eBook) 49536-7 (2020)

https://doi.org/10.1007/978-3-030-2 Duyen Ha Thi Kim, Tien Ngo Manh, Cuong Nguyen Manh, Nhan Duc Nguyen, Manh

Tran Van, Dung Pham Tien, Minh Phan Xuan “Adaptive Control for Uncertain Model

of Omni-directional Mobile Robot Based on Radial Basis Function Neural Network”

International Journal of Control, Automation, and Systems (SCI-E Q2, Impact Factor: 2.7) (Accepted 2020)

3 Hà Thị Kim Duyên, Phạm Thị Thanh Huyền, Trương Bích Liên, Ngô Mạnh Tiến, Lê

Việt Anh, Nguyễn Mạnh Cường, “Điều khiển bám quỹ đạo đối thượng Robot tự hành

bằng thuật toán điều khiển trượt theo hàm mũ”, Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự,

Số Đặc san ACMEC, 07 – 2017 ISSN 1859 - 1043

4 H Thị im D n, Ngô Mạnh Tiến, Phan Xuân, Minh Lê Xuân Hải, Vũ Đức Thuận,

Nguyễn Minh Huy, “Điều khiển bám quỹ đạo Omni robot bốn bánh bằng phương pháp

thích nghi mờ trượt” Tạp chí Nghiên cứu Khoa học và Công nghệ quân sự Số đặc san

ACMEC 07-2017 ISSN 1859 - 1043

5 Ngo Manh Tien, Nguyen Nhu Chien, Do Hoang Viet, Ha Thi Kim Duyen “Research

And Development Artificial Intelligence To Track Trajectory And Automatically Path Planning For Auto Car” Journal of Military Science and Technology; ISSN 1859 –

1043 11/2018

6 Duyen – Ha Thi Kim, Tien – Ngo Manh, Chien – Nguyen Nhu, Viet – Do Hoang,

Huong-Nguyen Thi Thu Kien-Phung Chi, “Tracking Control For Electro-Optical

System In Vibration Enviroment Based On Self-Tuning Fuzzy Sliding Mode Control”,

Journal of Computer Science and Cybernetics, Vol 02, 6.2019

HỘI NGHỊ KHOA HỌC

7 Ngô Mạnh Tiến, Nguyễn Như Chiến, Đỗ Hoàng Việt, H Thị im D n, Nguyễn

Tuấn Nghĩa, “Trajectory Tracking Control for Four Wheeled Omnidirectional Mobile

Robots using Adaptive Fuzzy Dynamic Surface Control Algorithm”, Proceedings the 4th

Vietnam International Conference and Exhibition on Control and Automation 2017; ISBN 978-604-73-5569-3

VCCA-8 Duyen Ha Thi Kim, Tien Ngo Manh, Tuan Pham Duc and Ngoc Pham Van Bach,

“Trajectory Tracking Control for Omnidirectional Mobile Robots Using Direct Adaptive

Neural Network Dynamic Surface Controller” The 2019 First International Symposium

on Instrumentation, Control, Artificial Intelligence, and Robotics 1/2019 NSPEC

Accession Number: 18473513, DOI: 10.1109/ICA-SYMP.2019.8646146

9 Ha Thi Kim Duyen, Cuong Nguyen Manh, Hoang Thuat Vo, Manh Tran Van, Dinh

Nguyen Duc, Anh Dung Bui, “Trajectory tracking control for four wheeled

Omni-directional mobile Robot using backstepping technique aggregated with sliding mode control”, The 2019 First International Symposium on Instrumentation, Control,

Artificial Intelligence, and Robotics 1/2019 INSPEC Accession Number: 18473501,

DOI: 10.1109/ICA-SYMP.2019.8646041

10 Ngô Mạnh Tiến, Nguyễn Mạnh Cường, H Thị im D n, Phan Sỹ Thuần, Nguyễn

Ngọc Hải, Trần Văn Hoàng, Nguyễn Văn Dũng, “Giám sát định vị, bản đồ hóa và điều

hướng cho robot tự hành đa hướng sử dụng hệ điều hành lập trình ROS”, Hội nghị

Quốc gia lần thứ XXII về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin lần thứ 22, 2019

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của luận án

Robot tự hành đa hướng (OMR) là dạng robot holonomic, có sử dụng bánh xe Omni, hoặc Mecanum, có khả năng di chuyển theo bất kỳ hướng nào mà không cần phải thay đổi

vị trí và góc quay Với cấu trúc bánh xe, cách bố trí bánh xe khác biệt tạo ra ưu điểm về khả năng di chuyển vượt trội trong các điều kiện môi trường hẹp, khó thay đổi vị trí nên OMR đang được ứng dụng, phát triển một cách rộng rãi không chỉ trong nghiên cứu mà đã nhanh chóng được sử dụng nhiều trong các lĩnh vực sản xuất và đời sống

Trong điều khiển robot, các vấn đề về điều khiển bám quỹ đạo, kiểm soát quỹ đạo,

xử lý khi gặp tác động nhiễu ngoại sinh, hay khi hệ thống tồn tại các thành phần bất định như khối lượng, momen, ma sát, … đang là các nội dung được quan tâm nghiên cứu Việc đạt được độ chính xác cao trong chuyển động robot thường rất khó khăn bởi những yếu tố phi tuyến, bất định luôn tồn tại trong mô hình robot…

2 Mục tiêu nghiên cứu của luận án

- Nghiên cứu, đề xuất thuật toán điều thích nghi bám quỹ đạo mới cho FWOMR có mô hình phi tuyến bất định, đặc biệt chú ý đến sự thay đổi của các tham số của robot và tác động của nhiễu khi hoạt động trên mặt phẳng khác nhau

- Xây dựng mô hình vật lý cho FWOMR, chế tạo bộ điều khiển trên cơ sở vi điều khiển và kỹ thuật lập trình nhúng cho FWOMR nhằm chạy thử nghiệm các thuật toán mới

đề xuất

3 Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận án: là OMR dạng holonomic, trong đó đi sâu vào

nghiên cứu xây dựng mô hình toán học, thuật toán điều khiển thích nghi bám quỹ đạo cho FWOMR

Phạm vi nghiên cứu: Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi cho FWOMR có chứa thành

phần bất định hoạt động trong môi trường phẳng chịu ảnh hưởng bởi ma sát bề mặt và tác động của nhiễu bất kỳ bị chặn

4 Ý nghĩa khoa học và đóng góp mới của luận án

1 Đề xuất thuật toán điều khiển bám quỹ đạo mặt trượt động thích nghi mờ (AFDSC) cho robot tự hành bốn bánh đa hướng Thuật toán này được xây dựng dựa trên

cơ sở thuật toán DSC Để phát huy ưu điểm, hiệu quả của DSC, AFDSC đã sử dụng một hệ logic mờ để chỉnh định thích nghi các tham số của DSC nhằm đảm bảo chất lượng bám quĩ đạo khi tham số FWOMR thay đổi và chịu ảnh hưởng của nhiễu tác động không biết trước Cho đến thời điểm này, DSC với bộ chỉnh định mờ chưa được cài đặt trên bất cứ robot nào

ở trong và ngoài nước AFDSC có tính linh hoạt cao, cấu trúc đơn giản, dễ dàng cho việc lập trình cài đặt trên vi điều khiển, có khả năng thích nghi do vậy phát huy tối đa hiệu quả của DSC Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy: AFDSC đặc biệt thích hợp cho FWOMR

2 Đề xuất thuật toán điều bám quỹ đạo mặt trượt động thích nghi mờ Nơ ron(AFNNDSC) cho FWOMR có tham số bất định và chịu tác động bởi nhiễu Đây cũng

là thuật toán được phát triển dựa trên nền DSC, cấu trúc điều khiển thích nghi dựa trên sự kết hợp giữa mạng nơ ron bán kính xuyên tâm (RBFNN) và hệ logic mờ Trong đó, mạng

2

RBFNN được sử dụng để xấp xỉ các tham số bật định của FWMOR, còn hệ logic mờ để chỉnh định đồng thời các tham số của bộ điều khiển AFNNDSC Tính ổn định của hệ kín được được chứng minh dựa trên tiêu chuẩn Lyapunov Các kết quả mô phỏng, chạy thử nghiệm cho thấy tính đúng đắn của các phân tích lý thuyết, hiệu quả của bộ điều khiển đề xuất và khả năng ứng dụng trong thực tế AFNNDSC chưa được cài đặt trên bất cứ robot nào trước đó trong và ngoài nước AFNNDSC có tính linh hoạt cao, khả năng thích nghi khi

có nhiễu tác động đồng thời hoặc khi tham số mô hình của robot thay đổi mở rộng được phạm vi hoạt động cho FWMOR

Các thuật toán này đã được cài đặt, thử nghiệm thành công trên robot tự hành bốn bánh đa hướng Robot được chế tạo có phần cứng và mạch điều khiển xử lý hiệu năng cao và phần mềm hỗ trợ lập trình trên nền hệ điều hành ROS

5 Bố cục của luận án bao gồm 4 chương:

Chương 1: Tổng quan về robot tự hành bốn bánh đa hướng Nghiên cứu tổng quan về

FWOMR, tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước, phân tích chi tiết cụ thể ưu và nhược điểm các công trình đã nghiên cứu trước đó theo nội dung đối tượng, phạm vi nghiên cứu của luận án, từ đó rút ra các hướng nghiên cứu thích hợp cho luận án

Chương 2: "Mô hình hóa và thuật toán điều khiển bám quỹ đạo cho robot tự hành bốn bánh đa hướng Xây dựng mô hình động học, động lực học cho FWOMR Trình bày một số

thuật toán điều khiển bám quỹ đạo điển hình cho FWOMR, mô phỏng đánh giá và phân tích các kết quả của từng thuật toán này để từ đó đánh giá và rút ra các bài học kinh nghiệm trong việc nghiên cứu đề xuất thuật toán điều khiển bám quỹ đạo thích nghi mới

Chương 3: "Thiết kế bộ điều khiển thích nghi bám quỹ đạo cho robot tự hành đa hướng bốn bánh” Đây là đóng góp chính của luận án Trong chương này, trình bày thuật

toán điều khiển bám quỹ đạo cho robot tự hành bốn bánh đa hướng sử dụng mặt trượt động.Thuật toán DSC là nền tảng cho đề xuất cải tiến bộ điều khiển bám quỹ đạo thích nghi mới cho FWOMR Bộ điều khiển mặt trượt động được kết hợp thêm với mạng nơ ron bán kính xuyên tâm (RBFNN) và hệ logic mờ (FLS) tạo ra một bộ điều khiển DSC thích nghi mới được đề xuất trong luận án

Chương 4: “Chế tạo robot tự hành bốn bánh đa hướng và chạy thử nghiệm thuật toán điều khiển”: Thiết kế và chế tạo mô hình robot tự hành bốn bánh đa hướng Lập trình, và

chạy thử nghiệm các thuật toán đề xuất kiểm chứng và đánh giá khả năng ứng dụng thực tế

của các thuật toán

“Kết luận” trình bày tóm tắt các đóng góp chính của luận án và hướng phát triển

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT TỰ HÀNH BỐN BÁNH ĐA HƯỚNG

Robot tự hành đa hướng (OMR) có khả năng di chuyển theo bất kỳ hướng nào mà không cần phải thay đổi vị trí và góc quay Với cấu trúc bánh khác biệt và ưu điểm về khả năng di chuyển vượt trội trong điều kiện môi trường di chuyển hẹp, khó thay đổi vị trí, … Hiện nay, OMR đang được ứng dụng một cách rộng rãi không chỉ trong nghiên cứu mà còn trong các lĩnh vực sản xuất và đời sống nhờ khả năng di chuyển linh hoạt, hiệu quả

1.1 Robot tự hành di chuyển bằng bánh đa hướng

Trong phạm vi luận án, robot tự hành có dạng holonomic được xây dựng dựa trên bốn

bánh đa hướng Omni với kết cấu bánh xe Omni có thể đảm bảo cho cả di chuyển tịnh tuyến theo phương ngang trong hệ robot

1.2 Bài toán điều khiển bám quỹ đạo

Cấu trúc của điều khiển chuyển động cho OMR, có thể chia ra 3 giai đoạn:

- Lập phương án chuyển động

- Thiết kế quỹ đạo chuyển động mong muốn

- Điều khiển bám quỹ đạo chuyển động mong muốn

1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Viện CNTT, Viện Cơ học -Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam có khá nhiều công trình

công bố về nghiên cứu robot tự hành, như [1] trình bày về các phương pháp điều khiển mới

để bù trượt cho robot di động khi tồn tại trượt bánh xe, bất định mô hình, và nhiễu ngoài

cho robot di động 03 bánh xe, [2] trình bày về việc thiết kế và điều khiển robot tự hành dạng non-holonomic ứng dụng trong kho bãi Viện Vật lý- Viện Hàn lâm KHCN Việt Nam cũng là một nhóm nghiên cứu có nhiều công trình công bố về robot tự hành, [3] trình bày về hướng nghiên cứu cho điều khiển bám quỹ đạo cho robot tự hành dạng non-holonomic, trong đó có tích hợp công nghệ xử lý ảnh trong nhận dạng một số thông số và bám mục tiêu [4] nghiên cứu ứng dụng thuật toán điều khiển bám quỹ đạo cho robot tự hành dạng non-holonomic sử dụng thích nghi theo hàm mẫu

Hiện tại các công trình nghiên cứu trong nước về OMR còn khá ít, trong đó có [5] là công trình điều khiển OMR tránh vật cản xử dụng công nghệ xử lý ảnh Kinect, công trình này tập trung vào xử lý ảnh nhiều hơn về các nội dung đi vào điều khiểm bám quỹ đạo cho OMR Các công bố về thuật toán điều khiển bám quỹ đạo cho robot tự hành bốn bánh đa hướng sử dụng bánh Ommi hiện tại ở Việt Nam chưa có nhiều

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Robot được mô hình hóa bằng mô hình động học và mô hình động lực học Việc mô hình hoá robot được tập trung nghiên cứu dựa trên nguyên lý Euler-Lagrange, sử dụng các phương pháp thực nghiệm hoặc lý thuyết [31], [32], [33], [34], [35], [36], [37], [38], [39], [40]

Một vài nghiên cứu đã tập trung xem xét vị trí điều hướng của robot tự hành cũng như điều khiển theo mô hình động học của OMR [43], [44], [45], và [46] Điều khiển bám quỹ đạo cho OMR bốn bánh cũng đã được áp dụng thuật toán PID trong [43] và [44] Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây đều xét đến cả mô hình động học và mô hình động lực học để tăng độ chính xác trong chuyển động cho robot [42] và [43]

Việc thiết kế thuật toán điều khiểm bám quỹ đạo cho OMR có tính đến đủ các mô hình động học và động lực học đã được xem xét trong [39] Mô hình động lực học được xây dựng trong [47] và [48], theo sau là một số thuật toán điều khiển bám cho mô hình đầy đủ này ở [49], và [50] Các nghiên cứu đã sử dụng bộ điều khiển PI để tối ưu bám quỹ đạo [43] và [44] Mặt khác, thuật toán sử dụng mô hình dự báo cũng đã được đề cập trong [51]

Ngày càng có nhiều nghiên cứu tập trung vào các phương pháp điều khiển phản hồi cho

mô hình phi tuyến [52], [53], [54], [55], [56], và [57] Phương pháp phản hồi cuốn chiếu

4

Backstepping là một giải pháp khả thi để giải quyết các mô hình toán học phi tuyến truyền ngược [58] và [59] Tuy vậy, với các hệ phi tuyến bậc cao thì khối lượng tính toán lớn, phức tạp và mất nhiều thời gian tính toán do việc phải tính toán đạo hàm trong từng bước lặp

Bộ điều khiển chế độ trượt (SMC) cũng đã được sử dụng [60], [61], [62] và [63] vì các đặc tính vượt trội trong trường hợp hệ bị tác động bởi nhiễu Tuy nhiên, hạn chế của thuật toán SMC chính là hiện tượng chattering và muốn giảm hiện tượng này đòi hỏi mô hình đối tượng phải chính xác Điều này lại đi ngược với các tính chất của mô hình robot, đó là bất định tham số

Để cải thiện chất lượng điều khiển cũng như các hạn chế một số nhược điểm của bộ điều khiển Backstepping và bộ điều khiển trượt, bộ điều khiển mặt trượt động (DSC) được giới thiệu trong [64] và [65] Các bước thiết kế tương tự với các bước thiết kế bộ Backstepping, tuy vậy để tránh phải lấy đạo hàm ở các bước lặp cho tín hiệu điều khiển ảo DSC đã đưa thêm

bộ lọc thông tần thấp, vừa là để có thông tin về đạo hàm vừa để lọc các nhiễu nội tần số cao xuất hiện trong đối tượng điều khiển [65]

Đối với OMR, khó có thể xây dựng được mô hình toán học chính xác vì các yếu tố như

ma sát, tải trọng thay đổi cho đến sự thay đổi điều kiện môi trường đều không thể biết trước

Do đó, các phương pháp thiết kế hiện đại hiệu quả trong trường hợp này là sử dụng các thuật toán thích nghi để chỉnh định tham số của bộ điều khiển sử dụng logic Mờ hoặc xấp xỉ tham

số bất định của đối tượng sử dụng mạng nơ ron Bộ điều khiển thích nghi theo kiểu này cải thiện đáng kể chất lượng của hệ thống động lực phi tuyến [60], [61], [62], [66], [68], [69], [70], [71] và [72]

Với các tham khảo, phân tích như trên, một cấu trúc điều khiển thích nghi mới dựa trên mạn nơ ron xuyên tâm (RBFNN) và hệ logic mờ cho bộ điều khiển bám quỹ đạo FWOMR được nghiên cứu phát triển trên nền tảng thuật toán điều khiển mặt trượt động (DSC) Bộ điều khiển thích nghi mờ nơ ron mới với RBFNN để xấp xỉ các tham số phi tuyến bất định của FWOMR và logic mờ để chỉnh định thích nghi tham số của bộ điều khiển được đề xuất trong luận án

1.4 Kết luận Chương 1

Chương 1 đã trình bày nghiên cứu tổng quan về phân loại robot, robot tự hành, trong

đó tập trung vào robot tự hành bốn bánh đa hướng (FWOMR), đối tượng nghiên cứu chính của luận án Chương 1 cũng đã tập trung vào nghiên cứu tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước về mô hình hóa OMR và các thuật toán điều khiển bám quỹ đạo cho OMR đã công bố, phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp này để từ đó rút ra các hướng nghiên cứu thích hợp cho luận án

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH HÓA VÀ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN BÁM QUỸ

ĐẠO CHO ROBOT TỰ HÀNH BỐN BÁNH ĐA HƯỚNG

Xây dựng hệ phương trình động học, động lực học cho OMR là bài toán đầu tiên cần thiết phục vụ cho việc tổng hợp bộ điều khiển bám quĩ đạo Trong luận án này, đối tượng nghiên cứu được xét đến là robot tự hành bốn bánh đa hướng sử dụng bánh xe dạng Omni (FWOMR), chuyển động trên mặt phẳng chịu ảnh hưởng của lực ma sát

2.1 Xây dựng mô hình động học, động lực học cho robot tự hành bốn bánh đa hướng

2.1.1 Bánh xe Omni

Bánh xe Omni được bố trí vuông góc theo trục của động cơ, các bánh được đặt cách nhau một góc 3600/n Bánh xe Omni được ứng dụng nhiều trong robot tự hành vì nó cho phép robot di chuyển ngay đến một vị trí trên mặt phẳng mà không phải quay trước Hơn nữa, chuyển động tịnh tiến dọc theo một quỹ đạo thẳng có thể kết hợp với chuyển động quay làm cho robot di chuyển tới vị trí mong muốn với góc định hướng chính xác

2.1.2 Mô hình động học robot tự hành bốn bánh đa hướng [41], [42]

Phương trình biểu diễn mối quan hệ này cũng là phương trình động học của robot

cosθ sinθsinθ cosθ

Từ phương trình động học (2.1), ta tính được phương trình thể hiện mỗi quan hệ giữa

vị trí của robot và vận tốc quay của các bánh xe:

1 2 3 4

2.1.3 Mô hình động lực học robot tự hành bốn bánh đa hướng [41], [42]

Mô hình động học và động lực học cho FWOMR được xây dựng dựa trên mô hình với bánh xe Omni được bố trí lệch so với tọa độ động một góc 450, các bánh được đặt cách nhau một góc 900

Từ đó ta có phương trình động lực học của robot có dạng như sau

C C

2.2.1 Bộ điều khiển PID cho FWOMR

Bộ điều khiển PID cho FWOMR được đề xuất trong [43] và [44] Các nghiên cứu này

đã thiết kế bộ điều khiển PID dựa trên mô hình động học của OMR Do đó các tác động của các ngoại lực tác động lên hệ trong phương trình động lực học của robot đã không được xét đến

1 2 1

3 4

Với K P,K là các ma trận đường chéo và xác định dương I

2.2.2 Bộ điều khiển trượt cơ bản cho FWOMR

Điều khiển trượt [60], [61], [62] và [63] Thường được sử dụng cho các hệ robot nói chung và cho FWOMR nói riêng bởi ưu điểm bền vững với các tác động của nhiễu

Với τd là thành phần nhiễu bất định và không đo được chính xác nên thành phần này

sẽ không xuất hiện trong quá trình tính toán các bộ điều khiển SMC, MSSC

Xác định mặt trượt cơ bản với các điều kiện và giả thiết

12

Khi đó V  SK1sgn( )S 0 thỏa mãn định lý ổn định Lyapunov

Bộ điều khiển trượt (2.24) được thiết kế tính ổn định bền vững khi hệ thống tồn tại sai lệch mô hình và có nhiễu tác đông Hàm V trong công thức (2.22) với luật điều khiển (2.24) cho hệ FWOMR là hàm Lyapunov của hệ kín

2.2.3 Bộ điều khiển đa mặt trượt cho FWOMR

- Xét hệ robot tự hành bốn bánh đa hướng

v v

d

S S S

- Vậy V chính là hàm Lyapunov của hệ kín 2

Một nhược điểm của phương pháp này là chính ở chỗ phải tính đạo hàm của đầu vào

ảo x2dvì đầu vào này phụ thuộc vào mặt trượt và các biến trạng thái của hệ (2.43) Đó cũng chính là khó khăn khi sử dụng phương pháp MSSC

2.3 Kết luận chương 2

Chương 2, luận án đã thu được các kết quả như sau:

 Mô hình hóa robot tự hành đa hướng với cấu trúc như đã chọn, xây dựng các phương trình động học và động lực học và phân tích động lực học của FWOMR dựa trên

mô phỏng số

 Nghiên cứu một số thuật toán điều khiển bám tiêu biểu đã được ứng dụng cho FWOMR và khảo sát đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp điều khiển này bằng phần mềm Matlab / Simulink như:

 Thuật toán điều khiển PID

 Điều khiển trượt

 Điều khiển đa mặt trượt

Dựa trên các phân tích lý thuyết và kết quả mô phỏng, phương pháp điều khiển đa mặt trượt (MSSC) sẽ được tiếp tục nghiên cứu phát triển trong chương sau

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BÁM QUỸ ĐẠO

CHO ROBOT TỰ HÀNH BỐN BÁNH ĐA HƯỚNG

Trong chương 3, một thuật toán điều khiển mới được đề xuất cho FWOMR Thuật toán điều khiển này được phát triển trên nền tảng kỹ thuật DSC, một kỹ thuật được phát triên trên cơ sở MSSC kết hợp với kỹ thuật Backstepping Một DSC bám quỹ đạo thích nghi bằng hệ mờ và mạng nơ ron nhân tạo cho FWOMR nhằm khắc phục nhược điểm của DSC

và mở rộng miền ứng dụng cho FWOMR có mô hình phi tuyến bất định và chịu ảnh hưởng của nhiễu Thuật toán DSC thích nghi được mô phỏng đánh giá bằng phần mềm Matlab-Simulink

Những nghiên cứu trong chương 3 đề xuất thuật toán thích nghi mới AFDSC và AFNNDSC để giải bài toán điều khiển bám quĩ đạo cho FWOMR trong trường hợp xét đến các thành phần bất định trong mô hình robot cũng như ảnh hưởng của nhiễu

3.1 Thuật toán điều khiển mặt trượt động

Xây dựng thuật toán điều khiển bám quĩ đạo mặt trượt động cho FWOMR

Để đơn giản cho việc tính toán và chứng minh tính ổn định của hệ thống điều khiển, các biến trạng thái của hệ thống được đặt như sau:

1 2

T T

Giả sử rằng α f là tín hiệu điều khiển ảo trong việc thiết kế bộ điều khiển DSC α là

đầu vào của bộ lọc thông thấp bậc nhất có biểu thức

10

viên Lyapunov thứ nhất được đề xuất

1 1 1

12