Báo cáo bài tập lớ n mô hình hóa và mô phỏng hệ thống điều khiển chủ đề mô hình xe dò line

    ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ  BÁO CÁO BÀI TẬP LỚ N MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG HỆ  THỐNG ĐIỀU KHIỂN Chủ đề: Mơ hình xe dị line Lớ p: K65AT Giảng viên: TS Đinh Trần Hiệp Thành viên: Vũ Mạnh Cườ ng - 20020575 Phạm Hoàng Du - 20020576 Hoàng Kim Tiến - 20020607 Bùi Thị Thanh Liên - 20020586 Nguyễn Hữ u Thanh Tùng - 20020616 2022-2023 1   LỜI NÓI ĐẦU   Ngày nay, thời đại cơng nghệ số phát triển, robot khơng cịn khái niệm xa lạ với người Có nhiều robot phổ biến kể đến robot công nghiệp, cánh tay máy dây chuyền sản xuất với quy mô lớn Hay với quy mô nhỏ robot dịch vụ, robot hút bụi, robot y tế, robot giải trí,…  Robot có vị trí quan trọng khơng thể thay được, giúp người làm việc điều kiện nguy hiểm khó khăn Lĩnh vực robot di động ngày quan tâm nhà nghiên cứu Đối với sinh viên, kỹ sư tương lai việc nghiên cứu, thiết kế Robot điều khiển đơn giản bước khởi đầu cho việc tìm hiểu hệ thống sản xuất tự động sử dụng robot Từ tình hình thực tế đó, việc xây dựng chương trình hoạt động cho robot điều thiết yếu Và xin giới thiệu tới bạn loại robot phổ biến robot dị line Trong nghiên cứu hướng dẫn người cách để điều khiển robot dò line cho di chuyển line cách hiệu nhất.    MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU  2  I GIỚI THIỆU VỀ MƠ HÌNH XE DÒ LINE 5  1.  2.  3.  4.  5.  Cảm biến hồng ngoại TCRT5000.  Module điều khiển động L298N.  Arduino UNO R3  Động giảm tốc bánh xe.  Pin Lithium 18650   10 II THỰC HÀNH THÍ NGHIỆM CƠ CẤU CHẤP HÀNH.  11  1.  Giá trị enable bánh xe.  11 2.  Thí nghiệm cho xe đường line thẳng.  13 III.  XÂY DỰNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO MƠ HÌNH.  17  1.  Tính tốn qng đường lực quán tính bánh xe gây nên ảnh hưởng tới việc tìm line.  18 2.  Lưu đồ thuật tốn mơ hình xe dị line.  19 3.  Sơ đồ mạch điều khiển mơ hình xe dị line.  20 IV PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID 21  1.  2.  3.  4.  Nghiên cứu mơ hình để tìm Kp.  21 Nghiên cứu mơ hình để tìm giá trị Kd   22 Nghiên cứu mô hình để tìm giá trị Ki.  24 Tìm hiểu đặt giá trị ngưỡng (Threshold).  25 V ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.  28  DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO  29    DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1:Nguyên lý hoạt động cảm biến hồng ngoại Hình 2: Cảm biến TCRT5000 Hình 3: Mạch nguyên lý cảm biến TCRT5000.  Hình 4: Đặc trưng về dịng điện áp cảm biến hồng ngoại TCRT5000 Hình 5: Module điều khiển động L298N  Hình 6: Arduino UNO R3 Hình 7: Động giảm tốc bánh xe.  10 Hình 8: Pin Lithium 18650 11 Hình 9:Đồ thị enable vận tốc bánh xe.  12 Hình 10: Các trường hợp sai số mơ hình xe dị line.  13 Hình 11: Thơng số kỹ thuật mơ hình xe dị line.  14 Hình 12: Biểu diễn xe chuyển có xuất sai số.  14 Hình 13: Biểu diễn tốn học xe bắt bắt đầu tăng tốc để vào vị trí line 15 Hình 14: Đường line bị kẹt cảm biến TCRT5000 17 Hình 15: Lưu đồ thuật tốn xe dị line.  20 Hình 16: Chân nối điều khiển mơ hình.  20 Hình 17: Biểu diễn Rate theo hai giá trị trung bình hai bảng   24 Hình 18: Quỹ đạo xe dị line khúc cua bán kính 35cm.  25 Hình 19: Quỹ đạo xe đường thẳng (sai số tối đa)   26 Hình 20: Quỹ đạo xe qua khúc cua bán kính 35cm   27 Hình 21: Thuật tốn PID kết hợp với Threshold.  27 DANH MỤC BẢNG  Bảng 1: Giá trị vận tốc (cm/s) dựa vào giá trị cấp xung enable.  12 Bảng 2: Sai số thực tế lý thuyết xuất error.  22 Bảng 3: Quãng đường xe từ vị trí lỗi sai vào line   23 Bảng 4:Tỷ lệ rate quãng đường xe bảng khoảng cách line cảm  biến khỏi line.  23   I GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH XE DỊ LINE.  Trong mơ hình xe dị line đầu vào cảm biến TCRT5000 để  phát line đầu động giảm tốc Ở ta dùng module L298N để điều khiển vận tốc xe dò line tín hiệu băm xung PWM giúp xe nhanh chậm việc cung cấp dòng điện vào chân động giúp xe dễ dàng di chuyển qua khúc cua hay việc thực rẽ trái rẽ phải Mục đích điều khiển robot dị line theo đường đen thiết kế cách hợp lý   Cảm biến hồng ngoại TCRT5000.  Đầu tiên ta phải hiểu cảm biến hồng ngoại Thì cảm biến hồng ngoại ( Infrared Sensor viết tắt IR Sensor) thiết bị điện tử phát nhận xạ hồng ngoại môi trường xung quanh Khi vật thể phát nhiệt độ 35 độ C phát xạ hồng ngoại mà người khơng thể nhìn thấy được.  Bản chất cảm biến hồng ngoại gồm phần: nguồn phát hồng ngoại sử dụng bóng đèn LED để phát tia sóng hồng ngoại cảm biến hồng ngoại Khi gặp vật thể, tia hồng ngoại bật ngược lại vào cảm biến hồng ngoại.   Hình 1:Nguyên lý hoạt động cảm biế n hồng ngoại Lợi dụng đặc điểm nên chúng tơi sử dụng cảm biến hồng ngoại TCRT5000 để phát line đen Nguyên lý line đen hấp thụ ánh sáng r ất tốt nên phát tia sáng hồng ngoại qua line đen khả thu  lại ánh sáng thấp từ tín hiệu analog trả giúp dễ dàng nhận line đen    Hình 2: C ảm biế n TCRT5000 Tính cảm biến TCRT5000:  Có thể điều chỉnh biến trở để xác định khoảng cách.  - Phát có vật cản khởi động máy máy hủy tài liệu   - Phát chướng ngại vật.  - Phát vật cản màu đen.  - Thông số kỹ thuật cảm biến TCRT5000:  - Khoảng cách phát vật cản : 1mm ~ 15mm Điều chỉnh độ nhạy cách điều chỉnh chiết áp (biến trở).  Điện áp làm việc: 3.3V ~ 5V   Hình thức đầu ra: dạng analog digital tùy vào mục đích sử dụng.  Kích thước mạch nhỏ: 3,2cm x 1,4cm   Sử dụng so sánh LM393 điện áp rộng.  Các chân cảm biến TCRT5000:  VCC: 3.3V ~ 5V ( kết nối cực dương nguồn điện)   - GND: kết nối với cực âm nguồn điện.  - Data : đầu tín hiệu ( Analog Digital ).  -   Hình 3: Mạch nguyên lý cảm biến TCRT5000.   Nhìn vào mạch thấy có LED phát sóng hồng ngoại thu tín hiệu hồi qua khuếch đại thuật tốn để đưa liệu đầu Biến trở R3 điều chỉnh để giảm tăng độ nhạy cảm biến Vì nguyên lý mạch khuếch đại nên ta có đặc trưng điện áp dòng nhà sản xuất sau: Ở 25 độ C, ta có đường đặc trưng sau:  Hình 4: Đặc trưng về  dịng điện áp cảm biế n hồng ngoại TCRT5000   Chúng thực 100 phép đo nhận thấy cảm biến TCRT hoạt động vô tốt khoảng cách 1,5cm trở xuống, khả nhận line vô nhạy Việc nhiều line khoảng cách ảnh hưởng đến hiệu suất thông tin trả việc khắc phục biến trở cảm biến TCRT5000 Chúng ta điều khiển giảm cường độ ánh sáng phát để có hiệu led hoạt động khoảng cách Với việc dò line khoảng cách 1cm kết hợp với việc điều chỉnh mức độ cảm biến khoảng cách TCRT5000 xứng đáng lựa chọn mơ hình cỡ nhỏ Module điều khiển động L298N.   Hình 5: Module điều khiển động L298N   Module L298N module điều khiển động đa năng, thường sử dụng để điều khiển động DC động bước (stepper motor) ứng dụng điện tử robot Module điều khiển tối đa hai động DC động  bước với tốc độ hướng quay điều khiển tín hiệu đầu vào Module L298N sử dụng mạch điều khiển đa cầu H (H - bridge) để cung cấp điện cho động điều khiển hướng quay động Nó bao gồm khối điều khiển PWM (Pulse Width Modulation) để điều chỉnh tốc độ quay động DC Module L298N hoạt động với điện áp từ đến 12V dòng tối đa A cho kênh Ngoài ra, module trang bị bảo vệ dòng nhiệt độ để bảo vệ module khỏi thiệt hại tải nhiệt.    Arduino UNO R3 Hình 6: Arduino UNO R3 Arduino UNO R3 phiên phổ biến board Arduino, thiết kế để giúp nhà phát triển dễ dàng xây dựng ứng dụng IoT, hệ thống nhúng dự án điện tử khác Nó phát triển tập tồn Arduino.cc sản xuất  trên tảng vi điều khiển Atmega328P hãng Atmel.  Arduino UNO R3 có tính nhớ lưu trữ chương trình 32KB Flash, 2KB SRAM KB EEPROM, điều khiển động servo, hỗ trợ giao tiếp USB I2C, SPI, UART, cảm biến module ngoại vi khác Nó có 14 chân số chân Analog để kết nối với thiết bị ngoại vi.  Arduino UNO R3 có khả thực chức đọc ghi tín hiệu từ cảm biến, điều khiển thiết bị đầu LED động cơ, giao tiếp với máy tính thiết bị khác thông qua USB   Động giảm tốc bánh xe Động giảm tốc loại động đượ c thiết k ế để giảm tốc độ quay tr ục đầu so vớ i tr ục đầu vào Điều làm cho chúng tr ở  thành phương tiện lý tưở ng để sử d ụng ứng d ụng cần tốc độ chậm lực xoắn lớ n, chẳng hạn   thiết bị máy móc cơng nghiệ p, dây chuyền s ản xuất, thi ết bị  khí, thiết bị y tế và thiết bị điện tử Động giảm tốc bao gồm thành phần động cơ, bộ giảm tốc, tr ục đầu hệ thống bảo vệ Động thường động điện, cịn bộ giarmt ốc có thể là loại hình học bánh xe, vít me, hoặ c loại hình khơng gian hộ p s ố Tr ục đầu thường đượ c k ết nối vớ i bộ phận máy móc khác để sản xuất lực xoắn cần thiết Hệ  thống bảo vệ thường đượ c sử d ụng để đảm bảo an tồn q trình vận hành  Hình 7: Động giảm tốc bánh xe.  Pin Lithium 18650 Pin Lithium-ion 18650 loại pin sạc tái sử dụng sử dụng rộng rãi thiết bị di động, máy tính xách tay, máy ảnh, đèn pin thiết bị điện tử khác Tên gọi 18650 đề cập đến kích thước pin, với đường kính 18mm chiều dài 65mm Pin Lithium-ion 18650 có nhiều ưu điểm so với loại pin khác Chúng có mật độ lượng cao, tức chúng lưu trữ nhiều lượng khối lượng   10   Ta sử dụng đồ thị Hình A* để thực điều này.  Ở thực Bánh A với xung enable =90 Bánh B với xung enable =80 Lúc ta có :  = 69.7852 , = 61.6733   =  −  =8.1119≈8.112   0.1 ℎì  >   à  ∗ 0.1 = 0.8112   Hình 13: Biểu diễn toán học xe bắt bắt đầu tăng tốc để vào vị trí line.  Ở hình vẽ chúng tơi chưa xác nên bổ xung thêm số điều  kiện sau:  = ̂ =  = 90     =  = Lúc ta có : CB =  = 0.8112  →    . .  ≈3.8    =3.8  ( ù ℎụ ớ  ) ạ ó̂ =  =  =3.8  Tương tự ta có:  15   Lúc :    =6.97852∗ 3.8   = 0.46249 .  , =  ∗   Xét đến điểm H, lúc  ) =3,8 ∗2=7.6   (, Suy công thức tổng quát sau n giây D (  bánh xe, Ay ) :   ∗  ) =   = ∑6.97852∗ ( 3.8  Từ ta suy thêm hệ với khoảng cách lệch với tốc độ chênh lệch, ta quy nạp để đưa cơng thức tổng quát sau :     ∗   ∗  = ∑  −  ∗ 0.1 ∗  3.8  Quay trở lại ta tính n=3 (tức sau 0.3s) xe từ trường hợp trường hợp Và sau 0.4s xe từ trường hợp trường hợp Sau thực hành mơ hình thực tế Vì thời gian ngắn nên việc đo đạc khó chúng tơi có chung kết nhìn vào đồng hồ bấm xấp xỉ giây Xe vào line nhận vô nhiều vấn đề cho xe chạy.  ⮚ ⮚ ⮚ Đầu tiên việc xe thẳng để xe từ đầu trường hợp Việc bánh xe li tâm không quay thẳng phân tích khơng ảnh hưởng tới xe có lẽ tín hiệu từ Module L298N chưa đủ tốt bánh di chuyển với vận tốc Nên điều khiển xe vừa line tốt khơng thể thẳng chất bánh xe chạy độc lập với nhau.  Vấn đề thứ hai tốc độ phản hồi tín hiệu cảm biến TCRT5000 chậm Mặc dù code để delaymicroseconds(10) tốc độ chưa đủ so với tốc độ xe vượt trội Nên phải điều khiển xe cách tương đối ( tức xe di chuyển xung quanh line mà ) Vấn đề thứ ba đường line bị kẹt khoảng cách tín hiệu line Do khoảng cách line 2cm mà đường line có 1,5 cm nên có lúc đường line bị kẹt hình Nên chúng tơi tăng đường line lên từ 1,5cm -> 2cm Còn muốn phát triển đặt nhiều line cạnh 16   đưa kết tốt ( thay dùng cảm biến tăng lên cảm  biến hay cảm biến kết xác mà thuật tốn khơng có thay đổi.)   Hình 14: Đường line bị kẹt cảm biến TCRT5000.  ⮚ Do xe di chuyển với tốc độ cao nên việc dừng lại sau khơng có tín hiệu Điều dẫn đến sai số lớn việc xe hết line mà tiếp tục di chuyển ( Chúng đo với quãng đường 1m qn tính xe gây xa sau khơng có line từ 24cm đến 30cm ) ⮚ Một số vấn đề khác chạy lâu suất điện động cảm ứng có xu hướng chống lại tốc độ quay bánh xe tăng làm cho vận tốc khó kiểm sốt lý thuyết ( thực tế yếu so với việc thực đo ) Vận tốc ban đầu xe quan trọng cấp điện bánh xe chưa nhận tồn điện phải di chuyển làm xong số trường hợp xe sẽ không chạy nên phải cung cấp vận tốc  để xe hoạt động   III XÂY DỰNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHO MƠ HÌNH.  17   Tính tốn qng đường lực qn tính bánh xe gây nên ảnh hưởng tới việc tìm line.  Việc để delay vòng lặp ảnh hưởng đến trình phản hồi xe nên thay để delay(1000) tức giây chúng tơi để mức độ phản hồi thấp delayMicroseconds(10) Mặc dù chưa biết có phải hệ pha khơng cực tiểu hay cực tiểu để đưa cấu chấp hành phản   hồi nhanh so với việc delay(1000) nhiều lần.  Đầu tiên ta xác định lực quán tính gây cho xe với kiện đầu :    =0.415  , ℎệ ố  á  =0.8, =  − , = Với   à   là tốc độ khác bánh xe, ta cần lấy hiệu vận tốc để  biết độ lợi bánh xe  = lúc xe dừng   Ta có lượng lúc đầu lúc sau xe :    = 12  −   = Suy :   =  −  =    Để tính quãng đườ ng bị lực quán tính làm giảm, ta s ử d ụng công thức công học : =.=... Trong đó:  ● ● F lực qn tính ( đơn vị Newton).  d quãng đường bị lực quán tính làm giản ( đơn vị mét )   Lại có W = E :   ...= 12  −   −  →  = . 18   Kết hợp với công thức (*) d qng đường theo hướng xe Vì ta suy :    ∗   = ∑  −  ∗ 3.8  ∗     −  ∗  3.8   −     ∗      − . ∗  3.8 ∗   = ∑  −  ∗ 3.8  Trong  =  −   Với vận tốc tốc   à   như đo bảng trên, ta việc thay số tìm n*0.1 để tính số giây.  Ví dụ trường hợp hình nêu : Lúc ta có hệ số 0,  = 0.  Theo công thức với khâu điều khiển PID lúc  =1, =  =  ∗=20.  Lúc này: í ℎệ  = 80 à  =120→ −  =86.84−61.67=25.17  Thay số ta tìm : n = quãng đường sau 0.2 giây : cm Gần vào vị trí line Ta thấy  tốc độ phản hồi nhanh sau 0.1s thêm 4.97 cm Điều dẫn tới việc ta phải điều chỉnh    hợp lý để tốc độ phản hồi vừa kịp không dẫn tới độ vọt lố nhiều lý thuyết nêu  =1  ,  à    Lưu đồ thuật tốn mơ hình xe dị line.  19    Hình 15: Lưu đồ thuật tốn xe dị line Sơ đồ mạch điều khiển mơ hình xe dị line.  Hình 16: Chân nối điều khiển mơ hình.  20   Vì proteus khơng có thư viện cảm biến hồng ngoại TCRT5000 nên lấy tạm cảm biến DHT11 để thay Các chân cảm biến TCRT5000 tương tự DHT11 nên nối cảm biến hồng ngoại tương tự mạch để dễ dàng thực hiện.  IV PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PID.  Phương pháp điều khiển PID (Proportional-Integral-Derivative Control)  phương pháp điều khiển phản hồi lặp đầu điều khiển tính dựa giá trị đo từ cảm biến sai số giá trị đặt trước giá trị thực tế cảm biến điều khiển.  Phương pháp điều khiển PID sử dụng ba thành phần để tính tốn đầu điều khiển: hệ số hồi tiếp (proportional gain), hệ số tích lũy (integral gain) hệ số giảm dốc (derivative gain) Các thành phần đóng vai trị quan trọng cân độ ổn định thời gian đáp ứng hệ thống.  Nghiên cứu mô hình để tìm Kp.  Kp (proportional gain) tương ứng với hệ số hồi tiếp, đóng góp tỉ lệ thuận với sai số giá trị đặt trước giá trị thực tế biến điều khiển Hệ số cung cấp độ nhạy hệ thống với sai số, giúp điều chỉnh đầu hệ thống theo cách tương ứng với sai số.  Ta đo giá trị Kp dựa theo sở lý thuyết để so sánh giá trị Kp   Quãng đường vào line (cm)  Kp 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 Lần 97 100 44 34 20 23 13 14 10 Lần 2  84 93 40 18 178 25 10 10 Lần 3  60 72 63 39 27 16 12 14 11 Lần 4  80 56 49 32 23 16 14 13 Lần 5  73 36 55 30 15 18 17 10 Lần 6  116 62 49 39 21 15 14 13 14 21   Lần 7  100 77 47 28 18 15 13 8 Lần 8  85 69 43 29 25 14 15 14 Lần 9  173 52 39 34 20 18 11 11 12 70 56 50 28 19 15 16 9 10 93.8 67.3 47.9 30 20.6 32.8 15 10.7 10.4 6.6 76.5* 0.8 79.1* 0.5 80.5* 0.4 81.85* 0.2 82.65* 0.2 91.7* 0.2 100.27* 0.1 102.6* 0.1 105.2* 0.1 112.5* 0.1 32.6 27.73 15.7 13.662 14.44 4.97 0.433 -0.126 4.65 Lần 10 Trung  bình Lý thuyết (v*t) Sai lệch  Bảng 2: Sai số thực tế lý thuyết xuất error.  Từ bảng nhận thấy lấy Kp=0.7 hợp lý Các giá trị Kp nhỏ 0.7 gây sai số lớn, thấy sai số có xu hướng giảm từ Kp=0.1 đến Kp=0.5 ới Kp=0.6 tự dưng sai số lại lớn Nhưng xét 10 giá trị Kp thấy lệch với Kp=0.5 phép đo chưa đủ nhiều lúc mơ hình có cố Cịn với Kp=0.8, Kp=0.9 Kp=1 lại đưa đáp ứng nhanh, lớn số liệu tính tốn sở lý thuyết, điều cảm biến độ phản hồi xử lý, nhiễu, vv… ảnh hưởng Vậy dựa vào giá trị đo được, ta chọn Kp=0.7.   Nói thêm chút với trường hợp Kp lớn tơi bỏ qua đáp ứng mơ hình q nhanh khiến khả tính tốn bấm không đủ nên bỏ qua trường hợp Tôi nhận thấy Kp lớn xe gần quay vịng trịn (Vận tốc bánh xe A lớn vận tốc bánh xe B nhiều, cụ thể 25cm/s)   Nghiên cứu mơ hình để tìm giá trị Kd.  Kd (derivative gain) tướng ứng với hệ số giảm dốc, đóng góp tỉ lệ thuận với tốc độ thay đổi sai số giá trị đặt trước giá trị thực tế biến điều khiển Hệ số giúp đối phó với dao động hệ thống cải thiện tốc độ phản hồi hệ thống.  Ví đáp ứng nhanh nên tơi tìm Kd trước để đáp ứng phản hồi kịp thời làm cho sai số giảm đi.  22   Quãng đường vào line Kd 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Lần 1  23 20 24 21 15 15 Lần 2  24 21 23 20 19 17 Lần 3  29 22 28 17 20 18 Lần 4  28 25 26 17 20 11 Lần 5  25 21 23 19 21 16 Lần 6  26 27 21 20 19 18 Lần 7  26 22 20.5 21 24 16 Lần 8  24 20 20 19 26 15 Lần 9  24 20 20 19 24 15 Lần 10  26 23 21 19 24 15 Trung bình 25.5 22.1 22.65 19.2 21.2 15.6 Bảng 3: Quãng đường xe từ vị trí lỗi sai vào line.  Khoảng cách line cảm biến  Kd 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 Lần 1  13 11 16 14 10.5 12 Lần 2  13 10.5 10 13 14.5 Lần 3  15 10.5 12 16 18 17 Lần 4  10 12 19 Lần 5  11.5 12 13 15 Lần 6  11 11 12 15 11 Lần 7  12 14 9 12 11 Lần 8  11 11 9.5 15 14 11.5 Lần 9  16 13 11 12 13 16.5 Lần 10  13 10 9 15 12 Trung bình 12.55 11.2 11.15 11.5 12.75 12.95 Rate 2.03187 1.97321 2.03139 1.66957 1.66275 1.20463 Bảng 4:Tỷ lệ rate quãng đường xe bảng khoảng cách line cảm biến khỏi line 23    Hình 17: Biểu diễn Rate theo hai giá trị trung bình hai bảng.  Sau thực đo nhận thấy giá trị Kd tăng làm xe ổn định lệch khỏi line nhiều Vì giá trị Line phù hợp từ 0.1 đến 0.25 mà Sau đo khoảng cách vào line nhận thấy đa số trường hợp xe khỏi line mà không quay trở lại vị trí xe thấp có thêm Kd (tức khoảng cách line cảm biến xe thấp đi) số liệu ghi bảng Tơi tính thêm giá trị Rate ( tỷ lệ khoảng cách phản hồi xe vị trí cảm biến với line) Tơi nhận thấy  giá trị lớn xe ổn nhiều Lúc đầu chọn Kd 0.15 thử lại Kd 0.2 xe có xu hướng quay trở lại line tốt Do tơi chọn Kd 0.2   Nghiên cứu mơ hình để tìm giá trị Ki.  Ki (Integral gain) tương ứng với hệ số tích lũy, đóng góp tỉ lệ thuận với tổng sai số tích lũy biến điều khiển thời gian chạy hệ thống Hệ số giúp giảm thiểu sai số ổn định hệ thống.  Vì đáp ứng xe line thẳng ổn vị trí ban đầu error (tức l vị trí line) Nên tơi thực đo xe khúc cua để Ki thể tốt vai trị (Sai số liên tục thay đổi khúc cua cần đáp ứng nhanh sai số để đưa xe vị trí error = 0)   24   Hình 18: Qu ỹ đạo xe dị line khúc cua bán kính 35cm.  Ta nhận thấy giá trị error max giá trị Ki max 0.9 giá trị enable cung cấp cho xe 150 mà Dựa vào kết đo vẽ quỹ đạo xe giá trị Ki=0.7 hợp lý trường hợp Sau thực đo tơi thấy tốc độ phản hồi cảm biến khơng kịp với tốc độ vào line trường hợp đường thẳng Với độ lệch tối đa có 4cm mà tốc độ lệch tương đối hai bánh xe lên đến 60cm/s, thời gian vào line lúc có 0.06s mà thơi Đây tính tốn lý thuyết dựa quan sát tơi thấy thực nhanh nên điều ảnh hưởng đến mơ hình tính tốn nhiều.  - Vậy sau nghiên cứu mơ hình ta chọn thơng số PID để xe dị line chạy tốt Kp=0.7, Kd=0.2 cuối Ki =0.1 Nhận thấy xe chưa ổn qua khúc cua nên phần thêm ngưỡng(Threshold hợp lý để xe di chuyển tốt đường line cua với bán kính trên).  - Tìm hiểu đặt giá trị ngưỡng (Threshold).  Sau quan sát xe di chuyển đường thẳng đường cong tơi có nhận xét để hiệu chỉnh thêm PID cách đặt giá trị ngưỡng sau:  - Khi xe đường thẳng giá trị Ki khơng cần thiết Ki tổng sai số làm tăng độ vọt lố xe qua line Mặc dù có giá trị Kd Kd tương đối nhỏ đến ảnh hưởng đến Ki để làm giảm độ vọt lố Nên 25   kết hợp mà D (Derivative) khác ta bỏ ảnh hưởng khâu I (integral) trường hợp này.  - Khi xe đường cong đa số trường hợp sai số khơng đổi hết q trình Thực tế ta thấy cua ta cố gắng để giữ ngun tốc độ q trình cua để khơng làm thăng xe Chính sai số khơng đổi nên D (Derivative) (Vì khơng có biến thiên sai số) Từ nhận xét kết hợp với Kp, Ki, Kd sai số đặt sẵn tơi tìm Threshold 16 26 kết hợp với điều kiện D khác D Cụ thể đường thẳng ảnh hưởng khâu I bỏ giảm tất giá trị PID số lần định để làm giảm vọt lố Cịn q trình cua tăng giá trị PID lên số lần để đáp ứng nhanh hơn, sau hết đường cua kết hợp với Threshold 16 làm đáp ứng trở lên chậm lại.  Hình 19: Quỹ đạo xe đường thẳng (sai số tối đa)  Từ hình ta thấy điều khiển phương pháp PID đáp ứng có xu hướng dao động tắt dần theo thời gian (Lỗi sai xe ngày đi) Nhưng thời gian đáp ứng lại lâu Khi ta thêm ngưỡng để xe phản hồi nhanh tốc độ trở lại line xe nhanh PID lỗi sai vượt qua ngưỡng lại phản hồi chậm PID vượt qua ngưỡng Có thể thấy xe phản hồi nhanh lại gây độ vọt lố áp dụng thêm Threshold.  26    Hình 20: Quỹ đạo xe qua khúc cua bán kính 35cm.  Khi qua khúc cua điều khiển PID giúp xe điều chỉnh sai số mức Việc tăng hệ số Ki, Kd, Kp lên giúp xe đáp ứng nhanh điều lại phản tác dụng trình đường thẳng (Tốc độ bánh xe không nên chênh lệch 60cm/s) Khi ta thêm ngưỡng vào giúp xe tốt đường cong đến đường thẳng bỏ qua hệ số tích lũy lỗi sai làm xe đáp ứng chậm lại Điều giúp cho xe giảm độ vọt lố không khỏi line   Dưới hình ảnh code cho thuật tốn thêm ngưỡng (Threshold) vào điều khiển PID  Hình 21: Thuật tốn PID kết hợp với Threshold.  27   V ĐÁNH GIÁ, KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.  Mặc dù ban đầu xe di chuyển chưa tốt với phương pháp xử lý thêm phương pháp PID giá trị đặt ngưỡng (Threshold) xe chuyển ổn trường hợp thẳng qua đường cong Xe tốt với vịng cua có bán kính lớn (R lớn 35cm).  Sau nghiên cứu mơ hình chúng em xin đưa kết luận hướng phát triển sau :  • • • •  Những cảm biến xe đa số rẻ tiền (10000 VNĐ/TCRT5000) nên độ xác tốc độ xử lý chưa tốt ta nên thay cảm biến có giá thành cao tốc độ xử lý nhanh giúp xe xác   Ta lắp thêm module giao tiếp để xe giao tiếp th ông qua mạng nội nhiều xe giao tiếp với để thực nhiệm vụ nhất định.  Ta lắp thêm Camera để giúp xe nhận dạng vật cản xử lý khúc cua trước xe di chuyển đến.  Sử dụng thêm số thuật toán để làm giảm độ sai số xe như: Phương pháp điều khiển PID nâng cao (Advantage PID), Logic mờ (Fuzzy Logic), mơ hình Markov, Stochastic Gradient Descent (SGD), Recursive Least Square (RLS),  Naïve Bayesian Classifier,…  28   DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO  https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller   https://en.wikipedia.org/wiki/Fuzzy_logic  https://en.wikipedia.org/wiki/Moment_of_inertia  29