Điều khiển robot 1 bánh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO     Chuyên ngành : T Mã số ngành: 60 52 01 14 TP. HỒ CHÍ MINH, 30 tháng 12 năm 2013 1   1.1.  t quan trng trong s n ci. Trong khoa hc k thut, robot h tr i thc hin nhng nhim v nguy him v tinh, ho  tr i sng h tr a Toyota phc v cho vic gi thng d thc di chuyn cn ch ng. Gt s lo n mng dng cho vic h tr di chuy th  ng hc. T c di chuyng ca mobile robot  bnrobot c ki c thc mt s c t trong vi     n, chi  u di d  xuc di chuyn bng m cu con lc.  m vi ca lui quy u khin h robot m ng nh. 1.2.  m vn, n bao gm mt qu  mng gi  h robot m  bn. H robot m t h  dm v s nh ng lc hc ng th           n vic s d  thuyu khi di chuyng l c.  2   h robot m di chuyn dc theo m . 1.3. T c t    thc hin mi nhim v ct trong nh  i. Nhiu robot hi n vic s dng hai, ba hoc bt l  ln   ng thc c i hn vic thc hi phc nh   so vi ching giy, ch t thay i nh  v     th c sa cha b thp tr gim s bt nh vic sa cha         bt  nh c     c     di chuyng b hn ch t. , u ng du khi ng ca  th hi hoa h.            u           na, vi di chuya n thic bi li hc l gi Mt gi         s       u v ng lc hc u khic s d m bo rng robot chng n d nh 3  ng lc hc s dng ni ting nh  ng Segway trong nh  X-Segway a vic kii b u khin cho h  c thc hi c m nh. c m u khi n  u khin b dng mt b u khin cm tay. Hy vng rng vi s n ca robot m     tr c i 1.4.  t s u   ng trong nhh  dng m  nghim ti hc Carnegie Mellon Uni  6 2).h  4       i h        2008 3)   dng h thc t   2). rt                5  c 3)  a hai d ng b dng NXT c sn xu  m tn nh ng  Mind-c 6 xp x ca m s dng i h  c Ngun gc c    ng h thng robot thc hin bng   d    -Lagrangian vi vic tip cn v m   n, t c hin tuy chuyn ng ca h th dng kit Lego Mindstorms NXT vi thuu khin LQR (Linear Quadratic  b  d- chu n bi  c vng v c giao ca qu  n ca  u xu ng lc hc, ca tng robot thit k c hin b u khi nh robot. Thit k robot mn d c thit k s dng 7 b v  d  xut k ng hn  kh  dng nhng qu  t b u khin robot mn b dng b u khin hi tip tr, dt b u khin bi Yamamoto (2008)  ng. B u khic thc hi ng . k thut c robot mn tc thng 2.1   CMU TGU UA  2005-2010 2006-2008 2009  45 kg 11 kg 34.5 kg u cao robot 150 cm 50 cm 160 cm  <1   <1   <0.1 m/s <0.3 m/s <0.1 m/s       LQR/PID PD LQRI - - - - - ng s ci ti k c bi                  . 8 -  1.5.  u v   ng, thit k b u khin s dng k thuu khin LQR  n mm Matlab / Simulink  kim chng gii thut k  1.6.  1.6.1 . Nhim v u - u kt cc hoc ca h robot mt . - u khin hi tip tuyu khin LQR  - ng pu khin hi tip tuyLQR . - ng kt qu u khi. 9 -  robot m ng. - Kim chng kt qu ng bng thc nghiu khing thc. 1.6.2. Gii hn c  -    d-chut -2006 ( CMU ballbot). 1.7.  - Tham kh -  - c nghim. 1.8. : Ni dung lu   v h robot m  u thc t.c     li  robot mca h chuyn ng lc ht l  h thng n ca h thng. Do h th phi tuyn r  ng lc ht phc l di chuyn ca h        n tr    khng lc hc ca h thu khin h robot m ng 3: Thit k b u khin  u khi tuy  lu khin t thng phi tuyn bng hi ti u khiu LQR cho h robot mt h sau khi tuyng hi tip vi mu [...]... 2 2sin(x1 )) + M x22 (L.M B R b sin(x1 )x 2 2 - U Bg x 2 + 9, 81. L.M B sin(x1 )) (M x11M x22 - M x12 M x 21 ) (3.6) Bậc t ơng đối của hệ thống m = 2 Chọn u sao cho y  v v: Tín hiệu điều khiển mới) Ta đ ợc: y M x12 (U Bb - (K t v x )/R m + (K b K t )/R m - L.MB R b n.x 2 2sin(x1 )) + Mx22 (L.MB R b sin(x1 )x 2 2 - UBg x 2 + 9, 81. L.MB sin(x1 )) (M x11M x22 - M x12 M x 21 )  vx = R m v M x12 (U Bb... x  x2   Fx  F q  M x 1  Fx  Rx  Và  (2 .12 ) M x12 (U Bb - (K t v x )/R m + (K b K t )/Rm - LM B R b n 2sin( )) + M x22 (LMB R bsin( ) 2 - UBg + 9.81LMBsin( )) (M x11M x22 - M x12 M x 21 ) (2 .13 )   M x 11 (U Bb - (K t v x )/R m + (K b K t )/Rm - LM B R b n 2sin( )) + M x 21 (LMB R bsin( ) 2 - UBg + 9.81LMBsin( )) (M x11M x22 - M x12 M x 21 ) (2 .14 ) 18 K ô ia trạ t ái p i tuy... đây: (3 .1) Chọn ma trận Q, R 1 0   0 10 0 0  0 0 Q 0 0  0 0 0 0  0 0  0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0  0 0  0 0  0 0  1  10 0 0  R   0 10 0  Chạy m_file ballbot_full.m ta tính đ ợc ma trận độ lợi tối u K (phụ lục 3) 0.0000 0.0000 0.0000   0 .10 00 77.3780 1. 315 9 11 .3976 0.0000 K  0.0000 0.0000 0.0000 0 .10 00 77.3843... ta sẽ xây dựng bộ điều khiển hồi tiếp tuyến tính hóa kết hợp với bộ điều khiển LQR để ứng dụng điều khiển hệ obot một bánh Nh đã phân tích mô hình hệ obot một bánh l hệ thống hoạt động trong hai mặt phẳng độc lập Do đó, t ong ch ơng n y ta thực hiện bộ điều khiển cho một mặt phẳng (XZ) tr ớc bộ điều khiển cho mặt phẳng Các bộ điều khiển v mô hình h sẽ có cấu t úc t ơng tự obot một bánh đ ợc mô phỏng... n2  M B n2 Rb2  M b n2 Rb2  x1     x2    ặt  Ph ơng t ình t ạng thái mới của hệ thống :  x1  x2  M x12 (U Bb - (K t v x )/R m + (K b K t )/R m - L.M B R b n.x 2 2sin(x1 )) + M x22 (L.M B R b sin(x1 )x 2 2 - U Bg x 2 + 9, 81. L.M B sin(x1 ))   x2  (M x11M x22 - M x12 M x 21 )  y = x1 (3.4) Với: x1   (t ) (3.5) x2   (t ) Ta có: y  x2 y  x2  M x12 (U Bb - (K t v x )/R m + (K b... B R b n.x 2 2sin(x1 )) + M x22 (L.M B R b sin(x1 )x 2 2 - UBg x 2 + 9, 81. L.MB sin(x1 )) - v(M x11M x22 - Mx12 Mx 21 ) M x12 K t (3.7) Với luật điều khiển nh t n hệ thống phi tuyến sau khi đ ợc tuyến tính hóa bằng hồi tiếp sẽ t ơng đ ơng với hệ tuyến tính bậc y  v  s 2Y ( s )  V ( s) Y ( s) 1   G ( s)  2 V (s) s 3.2.3 Mô h ng ki m tra h th ng: có h m t uyền l : (3.8) 35 nh 3 .11 : Sơ ồ ả h th ng... muốn Bộ điều khiển có nhiệm vụ giữ thăng bằng obot sao cho hệ obot một bánh không bị đẩy ngã v điều khiển vị t í obot một bánh bám theo tín hiệu đặt 3.2.2 n nh h Cơ sở ý h h h ng ng hồi i t Ph ơng t ình toán học mô tả hệ thống obot một bánh :  M x12 (U Bb - (K t v x )/R m + (K b K t )/Rm - LM B R b n 2sin( )) + M x22 (LMB R bsin( ) 2 - UBg + 9.81LMBsin( )) (M x11M x22 - M x12 M x 21 ) (3.2).. .10 khiển hệ robot một bánh bám theo vị trí mong muốn và tiến hành mô phỏng kiểm tra hệ thống đối với mỗi bộ điều khiển Chương 4: M h nh h c nghi m-k t qu Trình bày thi công thực nghiệm phần cứng gồm: Cơ cấu bộ lái quả bóng và chọn lựa quả bóng , Mạch vi điều khiển, Mạch nguồn, Mạch công suất động cơ và giải thuật điều khiển, Đồng thời tiến hành viết chương trình điều khiển bằng ngôn ngữ C ++ để điều. .. 9.81LMBsin( )) (M x11M x22 - M x12 M x 21 ) (3.2)   M x 11 (U Bb - (K t v x )/R m + (K b K t )/Rm - LM B R b n 2sin( )) + M x 21 (LMB R bsin( ) 2 - UBg + 9.81LMBsin( )) (M x11M x22 - M x12 M x 21 ) (3.3) M x 1, 1  I Bx  I M  Ib  L2 M B  M B Rb2  2LM B Rb cos  x  M x 1, 2  I M  Ib n  M B nRb2  M b nRb2  LM B nRb cos  x  M x  2 ,1  I M  Ib n  M B nRb2  M b nRb2  LM B nRb cos... xá định M x  q, q  q  Rx  q, q   Fx  q, q, vx  á a tr n M x , Rx , Fx đ tí (2 .10 ) (2 .11 ) sau:  M 1, 1 M x 1, 2   Mx   x   M x  2 ,1 M x  2, 2   r đó: M x 1, 1  I Bx  I M  Ib  L2 M B  M B Rb2  2LM B Rb cos  x  M x 1, 2  I M  Ib n  M B nRb2  M b nRb2  LM B nRb cos  x  M x  2 ,1  I M  Ib n  M B nRb2  M b nRb2  LM B nRb cos  x  M x  2, 2  I M  Ib n2 . (2 .13 ) 22 x 11 Bb t x m b t B b x 21 B b Bg B x 11 x22 x12 x 21 M (U - (K v )/R + (K K )/Rm - LM R n sin( )) + M (LM R sin( ) - U + 9.81LM sin( )) (M M - M M )           (2 .14 ) 18 .  45 kg 11 kg 34.5 kg u cao robot 15 0 cm 50 cm 16 0 cm  < ;1   < ;1   <0 .1 m/s <0.3 m/s <0 .1 m/s  . x FF    1 x x x q M F R   (2 .12 ) 22 x12 Bb t x m b t B b x22 B b Bg B x 11 x22 x12 x 21 M (U - (K v )/R + (K K )/Rm - LM R n sin( )) + M (LM R sin( ) - U + 9.81LM sin( )) (M M