Ứng dụng thị giác máy tính xây dựng bộ điều khiển LQR điều khiển ổn định bóng và thanh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM o0o _ LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT LUẬN VĂN THẠC SI TÊN ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG THỊ GIÁC MÁY TÍNH XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU KHIỂN LQR ỔN ĐỊNH HỆ BÓNG VÀ THANH Người hướng dẫn: Học viên thực hiện: PGS TS DƯƠNG HOÀI NGHIA NGUYỄN ĐỨC HIỀN Tp.HCM, 07-2015 • Kết luận • Thiết kế điều khiển IV III II I • Xây dựng mô hình • NỘI DUNG I • GIỚI THIỆU Điều khiển giữ thăng áp dụng nhiều lĩnh vực như: hàng không, hệ thống lái tàu, giàn khoan công trình biển • Công nghệ thị giác máy tính, đo lường không tiếp xúc, xác định, ước lượng kích thước, đặc tính, đặc trưng sản phẩm… ứng dụng sản xuất công nghiệp, giao thông, địa chất, y học… • Hệ bóng phản hồi vị trí camera dùng nghiên cứu áp dụng điều khiển vấn đề thực tế II XÂY DỰNG MÔ HÌNH Có dạng mô hình bóng Các dạng bóng II  XÂY DỰNG MÔ HÌNH Thi công mô hình thực webcam Động Bóng Thanh Mô hình bóng II XÂY DỰNG MÔ HÌNH Từ phương trình động học ta xác định mô hình không gian trạng thái hệ bóng   (2.1) II XÂY DỰNG MÔ HÌNH Mô hình không gian trạng thái bốn biến trạng thái hệ bóng   (2.2) Mô hình không gian trạng thái tuyến tính hóa hệ bóng   (2.3) III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Phương pháp điều chỉnh toàn phương tuyến tính-LQR  Đối tượng tuyến tính mô tả phương trình trạng thái:  Điều chỉnh toàn phương tuyến tính tìm tín hiệu điều khiển u(t) điều chỉnh hệ thống từ trạng thái ban đầu trạng thái cuối với =∞ cho tối thiểu tiêu chất lượng dạng toàn phương : J= Tín hiệu điều khiển tối ưu: P nghiệm bán xác định dương phương trình đại số Ricatti Giá trị cực tiểu tiêu chất lượng: J= III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Phương pháp điều chỉnh toàn phương tuyến tính-LQR Mô hình điều khiển LQR hệ bóng Matlab Simulink III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Phương pháp điều chỉnh toàn phương tuyến tính-LQR K= [52.2504 72.6497 136.6802 37.9342 38.7298] Đáp ứng vị trí góc hệ bóng III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Ứng dụng thị giác máy tính phản hồi vị trí bóng Sơ đồ mô hình điều khiển hệ bóng phản hồi vị trí camera III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Ứng dụng thị giác máy tính phản hồi vị trí bóng (tt) Bắt đầu Thu nhận ảnh Phân ngưỡng Nhận dạng bóng Kết thúc Lưu đồ giải thuật xử lý ảnh xác định vị trí bóng III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Quá trình thu nhận ảnh: • • Thiết bị thu nhận ảnh webcam ( tốc độ 20fps) Ảnh sau thu chuyển thành ảnh xám Ảnh RGB Ảnh xám III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Quá trình phân ngưỡng: • • Cắt chọn vùng ảnh cần xử lý để giảm kích thước ma trận tính toán Chuyển ảnh sang ảnh nhị phân so với ngưỡng để lọc nhận dạng bóng III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Nhận dạng -xác định vị trí bóng: Áp dụng thuật toán ăn mòn ảnh, dùng liên kết pixel xác định tâm bóng, dùng công thức Euclide xác định vị trí bóng III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Ứng dụng thị giác máy tính phản hồi vị trí bóng (tt) Mô hình nhận dạng vị trí bóng Simulink III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Bộ điều khiển mô hình bóng thực tế III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Đáp ứng vị trí bóng tín hiệu điều khiển hệ bóng vị trí III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Đáp ứng vị trí bóng tín hiệu điều khiển hệ bóng vị trí 100mm III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Đáp ứng vị trí bóng tín hiệu điều khiển hệ bóng bị tác động IV  KẾT LUẬN Kết luận  Xây dựng mô hình toán học, tuyến tính hóa, thiết kế bộ điều khiển LQR mô Simulink cho hệ bóng  Xây dựng giải thuật xử lý ảnh để tạo tín hiệu phản hồi vị trí bóng cho bộ điều khiển  Áp dụng bộ điều khiển LQR với phản hồi vị trí bóng webcam mô hình thực tế  Hướng phát triển  Thiết kế phần khí độ xác tốt  Thiết kế phần cứng điều khiển sử dụng: Board máy tính nhúng Raspberry Pi, FPGA… chuyên điều khiển  Nâng cao tốc độ xử lý ảnh camera có độ phân giải cao 120fps  Áp dụng bộ điều khiển cho hệ phi tuyến như: Trượt, thích nghi, chiếu… XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN QUÝ THẦY VÀ CÁC BẠN LẮNG NGHE [...]... Đáp ứng vị trí bóng và tín hiệu điều khiển của hệ bóng và thanh vị trí 0 III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Đáp ứng vị trí bóng và tín hiệu điều khiển của hệ bóng và thanh vị trí 100mm III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Đáp ứng vị trí bóng và tín hiệu điều khiển của hệ bóng và thanh khi bị tác động IV  KẾT LUẬN Kết luận  Xây dựng mô hình toán học, tuyến tính hóa, thiết kế bộ điều khiển LQR và. .. phỏng trên Simulink cho hệ bóng và thanh  Xây dựng giải thuật xử lý ảnh để tạo tín hiệu phản hồi vị trí bóng cho bộ điều khiển  Áp dụng bộ điều khiển LQR với phản hồi vị trí bóng bằng webcam trên mô hình thực tế  Hướng phát triển  Thiết kế phần cơ khí độ chính xác tốt hơn  Thiết kế phần cứng điều khiển như sử dụng: Board máy tính nhúng Raspberry Pi, FPGA… chuyên về điều khiển  Nâng cao tốc độ... KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Phương pháp điều chỉnh toàn phương tuyến tính- LQR K= [52.2504 72.6497 136.6802 37.9342 38.7298] Đáp ứng vị trí và góc hệ bóng và thanh III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Ứng dụng thị giác máy tính phản hồi vị trí bóng Sơ đồ mô hình điều khiển hệ bóng và thanh phản hồi vị trí bằng camera III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Ứng dụng thị giác máy tính phản hồi vị trí bóng (tt) Bắt... dạng bóng III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Nhận dạng -xác định vị trí bóng: Áp dụng thuật toán ăn mòn ảnh, dùng liên kết pixel 8 xác định tâm của bóng, dùng công thức Euclide xác định vị trí bóng trên thanh III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Ứng dụng thị giác máy tính phản hồi vị trí bóng (tt) Mô hình nhận dạng vị trí bóng trên Simulink III THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Bộ điều khiển mô hình bóng và thanh. .. dụng: Board máy tính nhúng Raspberry Pi, FPGA… chuyên về điều khiển  Nâng cao tốc độ xử lý ảnh bằng camera có độ phân giải cao hơn như 120fps  Áp dụng các bộ điều khiển cho hệ phi tuyến như: Trượt, thích nghi, cuốn chiếu… XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN QUÝ THẦY VÀ CÁC BẠN LẮNG NGHE ... ảnh Phân ngưỡng Nhận dạng bóng Kết thúc Lưu đồ giải thuật xử lý ảnh xác định vị trí bóng III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Quá trình thu nhận ảnh: • • Thiết bị thu nhận ảnh là webcam ( tốc độ 20fps) Ảnh sau khi thu sẽ được chuyển thành ảnh xám Ảnh RGB Ảnh xám III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Quá trình phân ngưỡng: • • Cắt chọn vùng ảnh cần xử lý để giảm kích thước ma trận tính toán Chuyển ảnh sang ... trí bóng cho bộ điều khiển  Áp dụng bộ điều khiển LQR với phản hồi vị trí bóng webcam mô hình thực tế  Hướng phát triển  Thiết kế phần khí độ xác tốt  Thiết kế phần cứng điều khiển sử dụng: ... Đáp ứng vị trí bóng tín hiệu điều khiển hệ bóng bị tác động IV  KẾT LUẬN Kết luận  Xây dựng mô hình toán học, tuyến tính hóa, thiết kế bộ điều khiển LQR mô Simulink cho hệ bóng  Xây dựng. .. ĐIỀU KHIỂN Ứng dụng thị giác máy tính phản hồi vị trí bóng Sơ đồ mô hình điều khiển hệ bóng phản hồi vị trí camera III  THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN Ứng dụng thị giác máy tính phản hồi vị