CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ROBOT ..........................................................................................3 I.1 Tổng quan về Robot..................................................................................................................3 I.2.1 Giới thi ệ u về Robot bám đường tự động. ...........................................................................3 I.2.2 Nguyên tắc hoạt đ ộng chung của Robot bám đường tự đ ộng. ............................................4 I.2.3 Ứng dụng của robot bám đường t ự đ ộng. ..........................................................................4 HƯƠNG II: THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT BÁM ĐƯỜNG TỰ ĐỘNG. .........................................5 II.1 Cấu trúc cơ bản của robot dò đường tự đ ộng ..........................................................................5 II.2 Thi ế t kế cơ khí .........................................................................................................................6 II.2.1 Ý tưởng : ..........................................................................................................................6 II.2.2 Khung xe : ........................................................................................................................6 II.2.3 Lựa chọn phần tử và kết cấu, mô ph ỏng 3D ......................................................................6 II.2 Phần đi ề u khi ể n ..................................................................................................................... 10 II.2.1 T ổng quan và sơ đồ kh ối : .............................................................................................. 10 II.2.2 Các khối cơ bản của robot : ............................................................................................ 11 CHƯƠNG III: XÂY DỰNG THUẬT TOÁN CHO ROBOT BÁM ĐƯỜNG. .................................. 16 III.1 GIÁI THUẬT ...................................................................................................................... 16 III.1 Ý tưởng giải thuật ............................................................................................................ 16 III. 2 Lưu đồ thuật toán: ........................................................................................................... 20 III.2 CODE .................................................................................................................................. 22 CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ................................................................................... 29 IV.1 Robot ................................................................................................................................... 29 IV.2 Kế t quả chạy và đánh giá. .................................................................................................... 29 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 30 V.1 Kết luận: ................................................................................................................................ 30 V.2 Ki ến nghị: ......................................................................................................
TỔNG QUAN VỀ ROBOT
Tổng quan về Robot
Robot đã trở thành một phần quan trọng trong cuộc sống hiện đại, góp mặt trong nhiều lĩnh vực như lao động, khoa học, quân sự, giáo dục, dịch vụ và giải trí Chúng đang tạo ra một cuộc cách mạng trong cách thức làm việc và ứng dụng công nghệ, phục vụ đắc lực cho sự phát triển của xã hội.
Robot xuất hiện lần đầu vào năm 1921 qua vở kịch "R.U.R." của Karel Capek, trong đó từ "Robot" có nghĩa là "Người tạp dịch" Trước Thế chiến II, nhu cầu sử dụng máy móc thay thế con người trong môi trường độc hại gia tăng Ban đầu, các cơ cấu máy hoạt động như tay máy, được điều khiển bằng cơ cấu khuyếch đại cơ khí Trong Thế chiến II, cơ cấu máy điều khiển từ xa được phát triển để xử lý chất phóng xạ Đến những năm 1950, sự ra đời của kỹ thuật điều khiển chương trình số NC đã kết hợp điều khiển xa và điều khiển chương trình, dẫn đến sự phát triển của robot với khả năng tự động hóa cao.
Năm 1949, máy phay điều khiển số ra đời phục vụ sản xuất ở Mỹ Đến năm
Năm 1960, George Devol giới thiệu mẫu robot đầu tiên, và đến năm 1961, robot công nghiệp đầu tiên mang tên Unimat được ra mắt tại Mỹ, do trường đại học MIT chế tạo Robot Unimat, với khả năng phản hồi lực, đã được ứng dụng rộng rãi trong ngành sản xuất ô tô Đến năm 1990, ước tính toàn cầu đã triển khai khoảng 300.000 robot công nghiệp Sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật vi xử lý và tin học đã thúc đẩy số lượng robot công nghiệp tăng nhanh chóng, đồng thời cải thiện tính năng và giảm giá thành sản phẩm.
I.2.1 Giới thiệu về Robot bám đường tự động
Robot bám đường là loại robot di chuyển theo một quỹ đạo định sẵn Chúng có khả năng di chuyển theo một đường đi cụ thể, giúp thực hiện các nhiệm vụ một cách hiệu quả và chính xác.
4 nhìn nhận như một dòng màu đen trên một bề mặt trắng (hoặc ngược lại) hoặc nó có thể là đường vô hình như một từ trường
I.2.2 Nguyên tắc hoạt động chung của Robot bám đường tự động.
Robot di chuyển theo quỹ đạo đã được xác định nhờ vào vạch dẫn, sử dụng hệ thống hai bánh xe được điều khiển bởi hai động cơ điện một chiều thông qua mạch điều khiển và mạch công suất Các vạch dẫn thường có màu sắc khác biệt so với màu nền, giúp robot dễ dàng nhận diện Để đảm bảo robot di chuyển chính xác theo quỹ đạo, bộ phận cảm biến có vai trò phân biệt giữa vạch dẫn và màu nền, gửi tín hiệu điện về mạch điều khiển Mạch điều khiển tiếp nhận thông tin từ bộ phận cảm biến và điều chỉnh tốc độ cũng như chiều quay của động cơ, giúp robot luôn bám theo vạch dẫn Cấu tạo của robot tự động bám đường được thể hiện qua sơ đồ chi tiết.
Hình 1: Cấu tạo chung của Robot bám đường tự động
I.2.3 Ứng dụng của robot bám đường tự động Được ứng dụng vào công nghệ dò đường như di chuyển tự động trong vận chuyển hàng hóa Tuy còn sơ khai về nguyên tắc điều khiển nhưng robot dò đường
Năm 5 đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong công nghệ thiết kế và chế tạo robot, mở ra kỷ nguyên mới cho ngành công nghệ kỹ thuật tự động hóa Sự phát triển này không chỉ nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn đưa tự động hóa vào quy trình sản xuất, tạo ra những cơ hội mới cho các doanh nghiệp.
THIẾT KẾ MÔ HÌNH ROBOT BÁM ĐƯỜNG TỰ ĐỘNG
Cấu trúc cơ bản của robot dò đường tự động
Hình 2: Sơ đồ cấu trúc cơ bản của robot dò đường tự động Trong đó:
- Khối hiển thị và cảm biến: là 8 led hiển thị cho cảm biến dò đường và
8 led thu hồng ngoại nhận tín hiệu vạch dẫn đường
Các công tắc hành trình đóng vai trò quan trọng trong việc xác định trạng thái của cơ cấu chấp hành và robot Chúng kết nối với khối nguồn, cung cấp điện cho khối xử lý trung tâm, trong khi khối mạch công suất điều chỉnh cấp nguồn cho khối chấp hành.
Chip Atmega16 là khối xử lý trung tâm quan trọng nhất, chịu trách nhiệm điều khiển toàn bộ hoạt động của robot Nó nhận tín hiệu từ các khối cảm biến, sau đó gửi tín hiệu đến khối hiển thị và điều khiển các khối cơ cấu chấp hành.
- Khối cơ cấu chấp hành : là mạch công suất dùng để điều khiển động cơ bánh xe
MẠCH CÔNG SUẤT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG
CƠ BÁNH TRÁI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG
KHỐI XỬ LÝ TRUNG TÂM (Atmega16)
KHỐI NGUỒN VÀ CÔNG TẮC HÀNH
Thiế t kế cơ khí
Robot được thiết kế để bám đường tự động mà không yêu cầu các chức năng phức tạp khác, do đó, phần cơ khí không cần quá cầu kỳ Việc lựa chọn vật liệu cần đảm bảo độ bền cho robot nhưng vẫn phải phù hợp với ngân sách của sinh viên.
Trong thiết kế robot, việc chú ý đến các chi tiết gá là rất quan trọng, đặc biệt là ba mạch chính: một mạch điều khiển và hai mạch công suất Cần xem xét kích thước, độ cao của linh kiện và dây nối giữa các linh kiện để đảm bảo không gian lắp đặt cho các chi tiết của robot, mạch và RC servo được tối ưu.
Khung xe robot là bộ phận quan trọng để lắp đặt các thành phần như hệ thống bánh xe, động cơ, mạch điều khiển và mạch cảm biến Có thể sử dụng các vật liệu như gỗ, fip, mica hoặc nhôm để tạo khung xe đơn giản Thiết kế khung xe cần được điều chỉnh hợp lý dựa trên hình dạng và vị trí của các thành phần lắp đặt.
Cách bố trí trọng tâm
Trọng tâm của Robot đóng vai trò quan trọng trong việc giữ cân bằng khi di chuyển, đặc biệt là với những robot có mặt chân đế nhỏ và kết cấu cao Việc phân bố đều sức nặng tại trọng tâm giúp đảm bảo sự ổn định và an toàn cho Robot trong quá trình vận hành Ngoài ra, việc xác định vị trí trọng tâm hợp lý còn hỗ trợ người lập trình trong việc viết chương trình dò đường cho Robot, giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác của hệ thống.
Phần truyền lực chính của khung đế được xác định bởi hai động cơ chạy, với tâm xoay nằm tại trung điểm của trục nối hai bánh chủ động Khi khung đế xoay, lực xoay xe phụ thuộc vào khoảng cách d và trọng lượng của Robot Momen xoay (M) tại mỗi bánh có thể được thiết lập một cách đơn giản.
F = ( Momem quay của động cơ )/ (chu vi của bánh xe chủ động )
M = F x d/2 (khi chưa xét tới vị trí của trọng tâm và độ dài a của Robot)
(Có thể tạm xem ma sát giữa các bánh và sàn là như nhau)
Vậy thì theo công thức có thể hiểu nếu Robot có cùng trọng lượng và chiều dài thì Robot có khoảng cách d càng lớn thì xoay xe càng dể
II.2.3 Lựa chọn phần tử và kết cấu, mô phỏng 3D
Sử dụng phần mềm Autodesk Inventor giúp mô phỏng 3D robot theo ý tưởng đã định sẵn, tạo ra mô hình 3D chính xác với khả năng kiểm soát hình dạng, thuộc tính và chức năng của thiết kế Điều này không chỉ giảm thiểu nhu cầu sử dụng mô hình vật lý mà còn tiết kiệm chi phí cho việc thay đổi thiết kế so với phương pháp truyền thống khi đưa vào sản xuất.
Lựa chọn phần tử và kết cấu:
Giá đỡ chính kích thước 250x180mm có tác dụng là khung xe chính để liên kết các chi tiết lại với nhau
Hai bánh xe có đường kính 60mm được gắn vào trục động cơ
Một bánh xe đa hướng gắn ở đầu xe
Động cơ điện một chiều kích từ động lập tỉ số vòng quay 110 vg /ph
Mạch CPU nhiệm vụ thu nhận ,phân tích và phát lệnh điều khiển
Mạch cảm biến thu nhận thông tin cung cấp cho mạch điều khiển
Mạch công suất khuếch đại tín hiệu điều khiển
Vít , dây nạp , dây nguồn …
Bảng 1: Lựa chọn chi tiết cơ khí cho robot
Tên Số lượng Thông số Hình ảnh
Khung xe 2 - Chất liệu: mika
Tấm gá động cơ và khung
- Tự chế tạo Động cơ 2 - Động cơ có hộp giảm tốc
Khớp nối L 8 - Chất liệu: thép
Chốt bánh xe 2 - Chất liệu: thép
- Gá sensor và toàn bộ mạch
- Gá mắt trâu Đai ốc các loại(2,3,5mm
Hình 3: Khung 3D robot Robot hoàn thiện phần cơ khí:
Hình 4: Phần cơ khí hoàn thiện
Phần điề u khiển
II.2.1 Tổng quan và sơ đồ khối :
Robot bám đường là loại robot di động có khả năng bám theo một vạch có màu phân biệt với môi trường
Robot này chủ yếu được ứng dụng trong việc vận chuyển hàng hóa tự động tại các nhà máy, cảng biển, trong lĩnh vực quốc phòng an ninh và hàng không vũ trụ.
Xe dò đường có nhiều hình thức khác nhau, trong đó loại đơn giản nhất mà sinh viên thường quen thuộc là xe 2 bánh chủ động, với 1 bánh đa hướng và 1 mạch dò đường.
Hình 5: Sơ đồ khối cơ bản của xe bám đường
II.2.2 Các khối cơ bản của robot :
II.2.2.1 Khối nguồn cấp cho Robot :
Hình 6: Khối nguồn trên CPU
Sử dụng nguồn điện từ 9-24V, chúng ta sẽ cấp điện áp vào mạch Qua khối lọc và hạ áp bằng LM2576, điện áp ổn định 5V được tạo ra để cung cấp cho các khối còn lại trên mạch điều khiển.
Hình 7: Khối nguồn trên mạch công suất
Trên mạch công suất, nguồn 24V được sử dụng để cấp điện áp, sau đó qua khối lọc và hạ áp bằng LM2576, chúng ta có được điện áp 12V ổn định để cung cấp cho động cơ.
II.2.2.2 Khối cảm biến dò đường :
Cảm biến quang dò đường đóng vai trò thiết yếu trong việc điều khiển chính xác lộ trình của Robot Sơ đồ mạch được sử dụng là loại thông dụng, đơn giản, giúp nâng cao khả năng nhận dạng vạch trắng hoặc vạch màu, đồng thời phù hợp với nguồn vi điều khiển.
12 khiển +12V, ta sẽ nâng cao điện áp cung cấp cho cảm biến, tăng số led phát ánh sáng trắng
Ánh sáng được chia thành hai loại: ánh sáng nhìn thấy và ánh sáng không nhìn thấy Màu sắc của một vật phụ thuộc vào ánh sáng mà nó phản xạ; vật có màu nào sẽ hấp thụ tất cả ánh sáng khác trừ màu của nó Màu trắng phản xạ toàn bộ ánh sáng, trong khi màu đen hấp thụ tất cả ánh sáng Sân thi đấu Robocon thường có nền màu sẫm với các vạch trắng Bộ dò đường bao gồm một hàng LED phát sáng và một hàng cảm biến quang, có khả năng thay đổi điện trở khi tiếp xúc với ánh sáng Khi ánh sáng từ LED chiếu vào vạch trắng, cảm biến sẽ có điện trở nhỏ nhất do phản xạ cao, còn nền màu sẫm sẽ hấp thụ ánh sáng, làm tăng điện trở Giá trị điện áp từ cảm biến được gửi đến bộ ADC qua mạch đệm, giúp vi điều khiển xác định đó là vạch trắng hay nền sẫm.
Hình 8: Sơ đồ nguyên lý 1 cặp led thu phát cảm biến dò đường a Diode thu quang (photodiode)
Photodiode, hay diode hồng ngoại, là một thiết bị bán dẫn P-N có khả năng biến đổi cường độ dòng điện khi nhận ánh sáng kích thích tại lớp tiếp giáp.
Trong mạch, nó được kết nối theo kiểu nối tiếp với một điện trở lớn và có phân cực ngược Khi bị che sáng, nó dẫn điện yếu, nhưng khả năng dẫn điện sẽ tăng lên khi có ánh sáng chiếu vào.
Photodiode có tần số đáp ứng nhanh, lý tưởng cho bộ dò đường Thực tế, BKFET và nhiều đội khác đã áp dụng cảm biến này cho bộ dò đường Để dễ hiểu, chúng ta sẽ gọi cảm biến này là LED thu.
Loại ánh sáng của led phát có ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng nhận dạng của cảm biến
Khi sử dụng quang trở, màu sắc của LED không quan trọng vì nó chỉ phụ thuộc vào cường độ sáng Tuy nhiên, trong thực tế, chúng ta sử dụng diode hồng ngoại, và cảm biến này chỉ phụ thuộc vào cường độ hồng ngoại Điện áp trên các LED siêu sáng trắng khoảng 2V, với dòng điện chạy qua LED.
10 đến 15mA, Ta có thể chọn điện trở hạn dòng cho led siêu sáng:
Chúng ta chọn Rled = 220 Ω để sử dụng với đèn LED siêu sáng và LED thu hồng ngoại trong cảm biến dò đường Khi LED phát tín hiệu và nhận được phản hồi, LED thu hồng ngoại sẽ thay đổi điện trở, gửi tín hiệu vào vi điều khiển Atmega16 Vi điều khiển này có bộ chuyển đổi ADC 10 bit để xử lý tín hiệu và phát lệnh điều khiển động cơ.
Đèn LED thu phát có góc sáng hạn chế, vì vậy cách bố trí chúng rất quan trọng Khoảng cách giữa hai LED nên từ 0.5 đến 1cm, và cần được đặt song song với mối liên hệ tốt, đồng thời tách biệt với các bộ khác Khoảng cách giữa các bộ LED phụ thuộc vào sân thi đấu và giải thuật dò đường của từng năm.
- Khoảng cách từ LED tới mặt nền cũng rất quan trọng Khoảng cách cụ thể yêu cầu xác định bằng thực nghiệm
Nhiều vật liệu có khả năng che chắn ánh sáng màu nhưng không thể ngăn chặn tia hồng ngoại Do đó, trong cả thực tế lẫn thí nghiệm, việc bảo vệ bộ dò đường là rất cần thiết.
Chúng tôi sử dụng hai động cơ DC 12V để điều khiển xe, cho phép xe di chuyển tiến, lùi, tăng tốc, và quay trái, phải với nhiều cấp độ tốc độ khác nhau.
Hình 9: Sơ đồ mạch cấp nguồn điều khiển động cơ
Trong quá trình thực tập, việc điều khiển động cơ đòi hỏi phải thay đổi tốc độ, đảo chiều và hãm động cơ liên tục Hành động này gây ra các suất điện động
XÂY DỰNG THUẬT TOÁN CHO ROBOT BÁM ĐƯỜNG
Ý tưởng giải thuật
Khi xe hoạt động, cảm biến thu thập thông tin và chuyển đổi qua bộ chuyển đổi ADC thành tín hiệu điện gửi về vi điều khiển Giá trị nhận được sẽ được so sánh với một ngưỡng đã đặt trước Nếu giá trị ADC[i] nhỏ hơn ngưỡng, LED thu thứ i sẽ ở phần sân; ngược lại, nếu lớn hơn hoặc bằng ngưỡng, LED thu thứ i sẽ ở phần vạch.
Mạch cảm biến sử dụng 8 cặp LED thu phát để nhận 8 giá trị ADC gửi đến vi điều khiển Dựa trên các giá trị ADC này, hệ thống xác định độ lệch tương đối giữa quỹ đạo của robot và quỹ đạo mong muốn, sau đó phân loại độ lệch thành các mức khác nhau.
Hình 11: Các mức lệch khỏi quỹ đạo của robot theo cảm biến dò đường
Dựa trên các mức lệch, điều chỉnh tốc độ 2 bánh trái – phải để đưa robot về quỹ đạo
Để rẽ trái, tốc độ bánh xe bên phải của robot cần nhanh hơn bánh xe bên trái một giá trị tương ứng với mức lệch đã thử nghiệm nhiều lần Mặc dù phương pháp này đơn giản, nhưng nó khiến robot hoạt động không ổn định, với tốc độ thay đổi từ nhanh đến chậm, và tính ổn định phụ thuộc vào động cơ và cấu trúc cơ khí của robot Để khắc phục nhược điểm này, việc áp dụng bộ điều khiển PID để điều khiển vị trí robot là cần thiết.
Giải thuật điều khiển PID
PID là cách viết tắt của các từ Propotional (tỉ lệ), Integral (tích phân) và
Đạo hàm, mặc dù đã xuất hiện từ lâu, nhưng thuật toán PID vẫn là phương pháp điều khiển phổ biến nhất trong các ứng dụng tự động hóa hiện nay Để hiểu rõ hơn về bản chất của thuật toán PID, hãy xem xét ví dụ điều khiển vị trí của một chiếc xe trên đường thẳng, trong đó chiếc xe (hoặc đồ chơi) được trang bị một động cơ.
DC Động cơ sinh ra một lực để đẩy xe chạy tới hoặc lui trên một đường thẳng như trong hình 12
Hình 12 Ví dụ điều khiển vị trí xe trên đường thẳng
Lực F do động cơ tạo ra là yếu tố chính để điều khiển xe từ vị trí A đến vị trí O Nhiệm vụ đặt ra là tự động điều chỉnh lực F sao cho xe di chuyển chính xác, nhanh chóng và ổn định, với yêu cầu giảm thiểu độ vọt qua vị trí mục tiêu Khi xe ở xa vị trí mong muốn, việc điều chỉnh lực F trở nên quan trọng hơn bao giờ hết để đảm bảo quá trình di chuyển diễn ra hiệu quả.
O), hay nói cách khác sai số(error) lớn, chúng ta cần tác động lực F lớn để nhanh chóng đưa xe về O Một cách đơn giản để công thức hóa ý tưởng này là dùng quan hệ tuyến tính:
Trong đó Kp là một hằng số dương nào đó mà chúng ta gọi là hệ số P
Sai số điều khiển (e) là khoảng cách từ điểm O đến vị trí hiện tại của xe, và mục tiêu là giảm e về 0 nhanh nhất có thể Nếu hệ số Kp lớn, lực F sẽ tăng, giúp xe nhanh chóng tiến về vị trí O Tuy nhiên, việc này cũng có thể dẫn đến các vấn đề khác.
Lực F lớn sẽ gia tốc xe nhanh chóng theo định luật II của Newton (F=ma) Khi xe đạt đến vị trí O (e=0), lực F trở về 0 (do F=Kp*e=F=Kp*0), nhưng nhờ quán tính, xe vẫn tiếp tục di chuyển về bên phải, dẫn đến việc sai số e trở nên khác 0 Giá trị sai số này được gọi là overshot (vượt quá), và lúc này, sai số e trở thành số âm.
Lực F xuất hiện ngược chiều để kéo xe trở lại điểm O Tuy nhiên, do giá trị Kp lớn, lực F cũng lớn, dẫn đến việc xe có thể bị kéo lệch sang bên trái điểm O Quá trình này tiếp tục diễn ra, khiến xe dao động liên tục quanh điểm O.
Khi xe di chuyển xa điểm O, bộ điều khiển được coi là không ổn định Để giảm hiện tượng overshot, có thể thêm một thành phần “thắng” vào bộ điều khiển Thành phần này sẽ tạo ra lực F lớn khi xe xa điểm O và giảm tốc độ khi xe gần điểm O Khi vật dao động quanh điểm O, vận tốc cao nhất xảy ra tại tâm dao động, do đó sai số e thay đổi nhanh nhất gần điểm O Tốc độ thay đổi của e có thể được tính bằng đạo hàm theo thời gian Khi xe từ A tiến gần O, đạo hàm của sai số e tăng nhưng ngược chiều với lực F Việc sử dụng đạo hàm làm thành phần “thắng” sẽ giúp giảm overshot của xe Thành phần “thắng” này chính là thành phần D (Derivative) trong bộ điều khiển PID, và khi kết hợp với bộ điều khiển P hiện tại, ta sẽ có bộ điều khiển PD.
Trong đó (de/dt) là vận tốc thay đổi của sai số e và Kd là một hằng số không âm gọi là hệ số D (Derivative gain)
Sự hiện diện của thành phần D giúp giảm thiểu hiện tượng overshoot của xe khi tiến gần đến điểm O Lực F được cấu thành từ hai thành phần: Kp*e (P) và Kd*(de/dt) (D), trong đó Kp*e luôn lớn hơn hoặc bằng 0, và Kd*(de/dt) luôn nhỏ hơn hoặc bằng 0 Trong một số trường hợp, nếu thành phần D có giá trị lớn hơn thành phần P, lực F có thể thay đổi chiều.
Khi xe tiến gần điểm O, vận tốc giảm mạnh do thành phần D có thể quá lớn so với thành phần P hoặc P quá nhỏ, dẫn đến khả năng xe dừng lại hoàn toàn với thành phần D bằng 0 Trong tình huống này, lực F = Kp*e sẽ nhỏ, không đủ để vượt qua lực ma sát tĩnh, khiến xe vẫn đứng yên dù sai số e chưa đạt giá trị bằng 0 Hiện tượng này được gọi là sai số trạng thái tĩnh (steady state error) Để khắc phục tình trạng này, người ta bổ sung vào bộ điều khiển một thành phần có chức năng "cộng dồn" sai số theo thời gian, giúp tăng lực F và khắc phục steady state error.
Để xe tiến về điểm O, lực F phải đủ lớn để vượt qua ma sát tĩnh Thành phần "cộng dồn" trong bộ điều khiển PID chính là thành phần I (Integral - tích phân), thể hiện tổng của đại lượng theo thời gian Như vậy, bộ điều khiển đã hoàn thiện với đầy đủ các thành phần của PID.
F=Kp*e + Kd*(de/dt)+Ki*∫edt (3)
(chú ý: ∫edt là tích phân của biến e theo t)
Chức năng của từng thành phần trong bộ điều khiển PID đã được làm rõ, cho phép điều chỉnh thành bộ điều khiển P, PI hoặc PD tùy theo mục đích và đối tượng điều khiển Người thiết kế bộ điều khiển PID cần chọn các hệ số Kp, Kd và Ki để đảm bảo bộ điều khiển hoạt động hiệu quả và ổn định, quá trình này được gọi là PID gain tuning Tuy nhiên, việc này không hề đơn giản vì phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau.
Kinh nghiệm chọn Kp, Kd, Ki được thực hành:
- Chọn Kp trước: thử bộ điều khiển P với đối tượng thật (hoặc mô phỏng), điều chỉnh Kp sao cho thời gian đáp ứng đủ nhanh, chấp nhận overshot nhỏ
- Thêm thành phần D để loại overshot, tăng Kd từ từ, thử nghiệm và chọn giá trị thích hợp Steady state error có thể sẽ xuất hiện
Để giảm lỗi trạng thái ổn định, cần thêm thành phần I và tăng giá trị Ki từ nhỏ đến lớn Điều này giúp giảm steady state error mà không làm tái xuất hiện hiện tượng overshoot.
Lưu đồ thuật toán
a Đọc ADC, so sánh với ngưỡng : b Xác định vị trí xe
S Đ for (i=0;i