XÂY DỰNG mô HÌNH và mô PHỎNG hệ XE HAI BÁNH tự cân BẰNG DÙNG kỹ THUẬT điều KHIỂN TRƯỢT

M CăL C QUY T Đ NH GIAO Đ TÀI Error! Bookmark not defined Lụ L CH KHOA H C i L I CAM ĐOAN ii C M T iii TịM T T iv ABSTRACT v M C L C DANH SỄCH CỄC B NG DANH SÁCH CÁC HÌNH Ch ng .8 T NG QUAN .8 1.1 T ng quan chung v lĩnh v c nghiên cứu 1.2 Các k t qu nghiên cứu vƠ ngoƠi n c 1.3 M c tiêu đ tƠi 11 1.4 Nhi m v vƠ gi i h n đ tƠi .11 1.4.1 Nhi m v đ tƠi 11 1.4.2 Gi i h n đ tƠi .11 ng pháp nghiên cứu 11 1.5 Ph Ch ng 12 C S Lụ THUY T .12 2.1 Nguyên lý ho t đ ng xe hai bánh b ng 12 2.2 Ph ng pháp u n tr t 13 2.2.1 Đi u n bám .13 2.2.2 n đ nh hóa .15 2.3 Lý thuy t v l c Kalman 16 Trang 2.3.1 B n chất toán h c b l c kalman .16 2.3.2 B n chất thống kê l c Kalman 18 2.3.3 Gi i thu t l p trình b l c Kalman r i r c 19 2.4 So sánh b l c v i l c Kalman 21 Ch ng 24 THI T K MỌ PH NG 24 XE HAI BỄNH T CỂN B NG 24 3.1 Môhìnhhóaxehaibánht cânb ng 24 3.2 Thi t k b u n cho xe hai bánh b ng .31 3.2.1 B u n đặt c c .31 3.2.2 B u n PID 35 3.2.3 B u n tr t 36 3.3 So sánh k t qu mô ph ng h thống 39 3.4 u, khuy t m b u n thi t k cho mô hình h thống 43 Ch ng 45 THI CỌNG MỌ HỊNH XE HAI BỄNH T CỂN B NG .45 4.1.Thi t k mô hình c khí 45 4.1.1 S đ cấu trúc c khí robot 45 4.1.2 Đ ng c DC-Servo dùng đ truy n đ ng cho robot 46 4.2 S đ khối vƠ chức m ch phần cứng liên quan 49 4.2.1 S đ khối c m bi n đo góc nghiêng .49 4.2.2 Gi i thi u IC MC33932 vƠ chức m ch cầu H (ph l c B) 52 4.2.3 S đ vƠ chức IC u n trung tơm (ph l c B) .53 4.2.4 Chức m ch giao ti p v i máy vi tính 55 4.2.5 Chức m ch u n nút nhấn 56 4.2.6 Chức m ch hi n th LCD .57 4.2.7 Mô-đun thu phát tín hi u qua sóng radio .58 4.3 Gi i thu t ch ng trình cho mô hình xe hai bánh .59 Trang 4.3.1 Gi i thu t ch ng trình 59 4.3.2 Chi ti t hƠm ch ng trình 60 4.3.3 Khai báo vƠ qu n lý ng t 62 4.4 Cách thu nh n vƠ xử lý tín hi u c m bi n 64 4.5 Mô hình xe hai bánh đƣ th c nghi m 65 Ch ng 66 K T QU TH C NGHI M 66 5.1 Xe gi thăng b ng không di chuy n 66 5.2 Xe gi thăng b ng di chuy n đ n v trí đặt tr c .67 5.3 Xe gi thăng b ng tác d ng ngo i l c 68 5.4 Xe gi thăng b ng di chuy n ti n ậ lùi .68 Ch ng 70 K T LU N VÀ H 6.1 Các k t qu đ t đ NG PHỄT TRI N 70 c 70 6.2 M t số h n ch 70 6.3 H ng phát tri n đ tƠi .71 TÀI LI U THAM KH O 72 Trang DANHăSỄCHăCỄCăB NG B NGă TRANG B ngă3.1 Ký hi u vƠ giá tr thông số xe hai bánh b ng .26 B ngă3.2 Giá tr thông số b u n 45 B ngă4.1 Giá tr đ nh y c m bi n MMA7260 50 Trang DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1: Xe bánh t b ng Hình 1.2: Mô hình xe bánh t b ng Hình 1.3: Mô hình Robot JOE 10 Hình 1.4: Xe Segway 10 Hình 2.1: Nguyên lý ho t đ ng xe bánh t b ng 12 Hình 2.2: Cách di chuy n xe bánh t b ng 13 Hình 2.3: Thu t toán b l c Kalman r i r c 19 Hình 2.4: Góc nghiêng thơn xe có vƠ l c Kalman 21 Hình 3.1: Bi u di n l c vƠ moment mô hình 24 Hình 3.2:S đ mô hình xe hai bánh mô ph ng Matlab 29 Hình 3.3:Đ th xe đứng, moment tác đ ng 30 Hình 3.4: Đ th xe nghiêng góc nh , moment tác đ ng 30 Hình 3.5: Đ th có moment tác đ ng vƠo th i m giơy 31 Hình 3.6: nh h ng c c lên h thống 33 Hình 3.7: S đ mô ph ng b u n PD cho h thống 35 Hình 3.8: K t qu mô ph ng b PID nhi u vòng 36 Hình 3.9: S đ b u n Tr Hình 3.10: Khối u n tr t 37 t h thống mô ph ng 38 Hình 3.11: K t qu mô ph ng b u n PD ậ tr t 39 Hình 3.12: Đ th xe gi thăng b ng góc nghiêng lƠ đ Trang 39 Hình 3.13: Đ th xe gi thăng b ng góc nghiêng lƠ 10 đ 40 Hình 3.14: Đ th so sánh xe gi thăng b ng góc nghiêng l n h n 10 đ 41 Hình 3.15: Đ th so sánh xe di chuy n v i v trí đặt 0.5m 42 Hình 3.16: Đ th so sánh xe di chuy n v i v trí đặt 1m 42 Hình 4.1: Mô hình phần cứng xe bánh t b ng th c nghi m 46 Hình 4.2: Đ ng c DC dùng đ thi t k xe bánh 46 Hình 4.3: Nguyên lý m ch u n xung 47 Hình 4.4: Đi n áp sau u ch 48 Hình 4.5: Encoder quang lo i t ng đối v i xung tín hi u 48 Hình 4.6: Xung Encoder 49 Hình 4.7: S đ khối xử lý modun c m bi n góc 49 Hình 4.8: S đ chơn c m bi n MMA7260 50 Hình 4.9 :Cấu t o c m bi n gia tốc MMA7260 50 Hình 4.10: S đ chơn c m bi n v n tốc góc LISY300AL 51 Hình 4.11: Board c m bi n góc 51 Hình 4.12: S đ t ng quát m ch cầu u n đ ng c 52 Hình 4.13: Board m ch cầu H 53 Hình 4.14: S đ chơn IC vi u n MC9S12XDT256 53 Hình 4.15: Board u n trung tơm 55 Hình 4.16: Mô đun thu ậ phát b ng tìn hi u RF kênh 58 Hình 4.17: L u đ u n xe bánh 60 Hình 4.18: L u đ th c hi n ng t ch ng trình 63 Hình 4.19: S đ xử lý tín hi u c m bi n mô hình 64 Hình 4.20: Hình nh mô hình xe bánh th c nghi m 65 Trang Hình 5.1: Đ th góc, v trí xe thăng b ng 66 Hình 5.2:Đ th góc, v trí xe di chuy n đ n v trí đặt tr c 67 Hình 5.3: Đ th góc, v trí tác đ ng ngo i l c 68 Hình 5.4: Đ th góc, v trí xe di chuy n ti n 69 Hình 5.5: Đ th góc, v trí xe di chuy n lùi 69 Trang Ch ngă1 T NGăQUAN 1.1 T ngăquanăchungăv ălƿnhăv cănghiênăc u Trongngànht đ nghóaậđi ukhi nt đ ngnóichungvàđi ukhi nh cnói riêng,môhìnhconl cng b iđặctínhđ ngkhông clàm ttrongnh ngđốit ngnghiêncứuđi nhìnhvàđặc nđ nhcủamôhìnhnênvi cđi ukhi nđ trênth ct đặt ranh m t thửthách Công ngh robot đƣ đ t đ cđối t thù ngnày c nhi u thƠnh t u l n vƠ xuất hi n nhi u lĩnh v c nh : robot dơn d ng giúp vi c gia đình, robot th c hi n vi c gi i trí - qu ng cáo, robot công nghi p, robot t hƠnh thám hi m lòng đất, robot thăm dò hƠnh tinh khoa h c vũ tr K tqu nghiêncứumôhìnhconl cng conl cng cc b n,víd nh môhìnhxe-conl c, cquay…cóth ứngd ngvàk thừasangcácmôhìnht ngt khácnh ng cótínhứngd ngth cti nh n,chẳngh nnh môhìnhtênlửa,môhìnhxehaibánht cân b ng… Robothaibánht cânb ngđ ng cxemnh cầunốikinhnghi mgi amôhìnhcon cv irobothaichânvàrobotgiốngng tr c,dođókh cph cđ cnh ngnh i.Đâylàd ngrobotcóhaibánh l c đ ng cđi mvốncócủacácrobothaihoặcbabánh kinhđi n.Cácrobothaihoặcbabánhkinhđi n,theođócócấut og mbánhd nđ ng vàbánht dođ đỡtr ngl ngrobot.N utr ng l ngđ nhi uvàobánhláithìrobots không nđ nhvàd b ngã,cònn uđặtvàonhi ubánh đuôithìhaibánhchínhs mấtkh năngbám.Nhi uthi tk robotcóth dichuy ntốt trênđ ahìnhphẳngnh ngkhôngth dichuy nlênxuốngtrênđ ahìnhl ilõmhoặcmặt phẳngnghiêng.Khidichuy nlênđ i,tr ngl năngbámvàtr ngrobotd nvàođuôixelàmmấtkh tngã Trang cđặt 1.2 Cácăk tăqu ănghiênăc uătrongăvƠăngoƠiăn c Tai Vi t Nam đƣ có nhi u tác gi th c hi n đ tƠi nƠy nh lu n văn th c sĩ ắ Đi u n phi n xe hai bánh t b ngẰ , Hình 1.1của tác gi Nguy n Gia Minh Th o, D ng HoƠi Nghĩa, Nguy n H u Phúc tr ng ĐHTP.HCM,10/2010,[1] Đ tƠi nƠy đƣ th c hi n thƠnh công vi c mô ph ng vƠ th c nghi m robot hai bánh t b ng v i b u n Backstepping có đáp ứng nhanh, kh gi thăng b ng tốt vƠ kh n đ nh tr c tác đ ng nhi u lo n Hình 1.1.Xe bánh t b ng Đ tƠi xe hai bánh t b ng tác gi TrƠ Ti Na vƠ Nguy n Tấn H u, tr ng ĐH L c H ng, tháng 11 năm 2013 Ph ng pháp nghiên cứu tác gi lƠ kh o sát cấu trúc robot, c m bi n IMU, m ch u n đ ng c , thu t toán l c nhi u nh b l c Kalman, b l c Complimentary vƠ thu t toán u n PID H n ch đ tƠi lƠ robot ch a di chuy n đ c Hình 1.1 Mô hình xe bánh Trang Robot JOE [10],Hình 1.2, Đơy lƠ s n phẩm phòng thí nghi m Đi n tử công nghi p Vi n công ngh Federal, Lausanne, Th y Sĩ Robot JOE cao 65cm, nặng kho ng 12kg, tốc đ tối đa 1,5 m/s, có th di chuy n dốc nghiêng 30 đ H thống u n g m hai b u n ắkhông gian tr ng tháiẰ (state space) tách r i nhau, ki m soát đ ng c đ gi b ng cho h thống.B u n trung tơm vƠ xử lý tín hi u lƠ m t board xử lý tín hi u số (DSP) phát tri n b i nhóm vƠ vi n Federal, k t h p v i FPGA XILINC Hình 1.2 Robot JOE Segway PT [11](vi t t t Segway Personal Transporter - xe cá nhân Segway) hình 1.3 Dean Kamen phát minh, s n xuất b i công ty segway Inc, bang New Hampshire, Hoa Kỳ đặc m n i b t Segway lƠ c ch t b ng nh h thống máy tính, đ ng c vƠ quay h i chuy n đặt bên xe, giúp cho xe dù ch có m t tr c chuy n đ ng v i hai bánh nh ng b ng, ng i sử d ng ch vi c ng v đ ng tr c đ ng sau đ u n xe ti n lùi Hình 1.3 Xe segway Trang 10 tr ng thái tr t (giá tr góc nghiêng) vƠ thông số b u n PD v trí xe + Giá tr offset c m bi n v n tốc góc vƠ offset c m bi n gia tốc góc Hi n th ch đ xe ứng yên, di chuy n v phía tr c hay di chuy n v phía sau, hay quay tròn Led đ n - Hàm (E) - Th c hi n chức từ nút nhấn, bao g m: + Đi u ch nh giá tr offset cho c m bi n gia tốc góc vƠ c m bi n v n tốc góc Đi u ch nh giá tr thông số b u n tr t (cho góc nghiêng thân xe) b u n PD v trí xe, u ch nh giá tr góc nghiêng đặt cho xe + Ch n ch đ ho t đ ng xe g m: đứng thăng b ng, di chuy n ti nlùi, quay tròn vƠ leo dốc 4.3.3.ăKhaiăbáoăvƠăqu nălýăng t Các ng t t o th i gian lấy m u, ng t từ nút nhấn đ u đ hi n lõi xử lý ph X-Gate Khi có tín hi u ng t x y ch Gate s cho c báo t Ch ng trình chức t ng ứng (lƠ bi n đƣ đ c thi t l p đ th c ng trình lõi X- c khai báo từ tr c) lên mức lõi xử lý s liên t c ki m tra c báo nƠy đ th c hi n nh ng ng ứng Vi c chuy n ng t qua lõi ph X-Gate xử lý vƠ lõi nƠy truy xuất đ c vƠo bi n thu c vùng b nh khai báo dùng chung đƣ c i thi n đáng k th i gian th c hi n ch ng trình vi u n trung tơm MC9S12XDT256 Đi u góp phần t o s ho t đ ng n đ nh mô hình xe hai bánh t b ng th c nghi m Trang 62 B t đầu Kh i đ ng ng t Timer3 chu kỳ ng t nh lƠ 2.5ms Kh i đ ng ng t từ nút nhấn Chuy n hai ng t qua th c hi n l i X-Gate Đúng Có tín hi u ng t x y Sai Đúng Ng t Timer đủ 2.5ms Cho c báo đủ 2.5ms lên mức Sai Đúng Ng t từ phím đ c nhấn Cho c báo có phím Đ c ấn lên mức Sai Hình 4.18: L u đ th c hi n ng t ch Trang 63 ng trình 4.4 Cách thuănh năvƠăx ălýătínăhi uăc măbi n Giao ti p gi a c m bi n vƠ vi u n trung tơm đ hình sau Hai encoder quang t c trình bƠy ng đối, mô-đun c m bi n góc g m c m bi n gia tốc góc vƠ c m bi n v n tốc góc, cung cấp đầy đủ thông tin v tr ng thái xe Tín hi u từ c m bi n gia tốc góc vƠ c m bi n v n tốc góc s đ c đ a vƠo b l c Kalman, ngõ b l c s lƠ giá tr góc nghiêng xác, sau đƣ lo i b giá tr nhi u Các tín hi u xung vuông từ encoder đ c đ a vƠo chơn chức b t gi ngõ vƠo vi u n, từ có th tính đoán đ c tốc đ , v trí vƠ chi u di chuy n bánh xe C m bi n gia tốc MA7260 LPT 100hz A/D 10 bit  L c Kalman  - dot C m bi n v n tốc LISY300AL d/dt LPT 100hz A/D 10 bit Chi u chuy n đ ng bánh xe trái Xung A Encoder Motor trái Xung B B t gi ngõ vƠo: kênh 0-1 x 1/2 x-dot d/dt d Xung A Encoder Motor ph i Xung B B t gi ngõ vƠo: kênh 6-7 1/D d-dot Chi u chuy n đ ng bánh xe ph i d/dt Hình 4.19: S đ xử lý tín hi u c m bi n mô hình Trang 64 4.5 Mô hình xe hai bánhăđƣăth cănghi m Hình 4.20: Hình nh mô hình xe hai bánh b ng đƣ thi công Trang 65 Ch ngă5 K TăQU ăTH CăNGHI M Trong th i gian th c hi n đ tƠi, tác gi đƣ th c hi n vi c l p trình b u n đƣ trình bƠy vƠo mô hình xe hai bánh t b ng th c nghi m b u n Tr t cho xe th c hi n gi thăng b ng, di chuy n ti n ậ lùi, chống nhi u ngo i l c tác đ ng bên ngoƠi, u n từ xa b ng RF Ti p theo, tác gi s trình bƠy m t số đáp ứng mô hình xe hai bánh b ng th c nghi m v i b u n PD - Tr t 5.1.ăXeăgi ăthĕngăb ngăkhôngădiăchuy n Sau đơy ta s trình bƠy k t qu th c nghi m mô hình xe hai bánh gi Position(met) Angle (degree) thăng b ng, sử d ng b u n Tr t Angle Kalman -2 Time (sec) -0.02 Position -0.04 -0.06 Time(sec) U (Volt) U-Control -5 Time(sec) Hình 5.1: Góc, v trí xe thăng b ng dùng PD-tr Đ iăt ng Góc V trí Ễp u n Kho ngăthayăđ i -1 đ n +1 -0.03 đ n -0.06 -5 đ n +5 Trang 66 t Đ năv Đ mét Volt Nhận xét: Tr ng h p b u n Tr t mô hình xe hai bánh b ng gi thăng b ng tốt vƠ đ di chuy n nh Trong tr n PD-tr t góc nghiêng thơn xe dao đ ng từ -1.0 [đ ] đ n +1.0 [đ ] Angle (degree) 5.2 Xeăgi ăthĕngăb ngăkhiădiăchuy năđ năv ătríăđặtătr Position(met) ng h p sử d ng b u c Angle Kalman -1 Time (sec) Position -0.02 -0.04 Time(sec) U (Volt) U-Control -5 Time(sec) Hình 5.2: Góc, v trí vƠ áp u n xe di chuy n dùng PD-tr Đ iăt ng Góc V trí Ễp u n Nhận xét: Trong tr Kho ngăthayăđ i -1 đ n +1 -0.02 đ n -0.04 -4.0 đ n +4.0 ng h p sử d ng b u n PD-Tr t Đ năv Đ mét Volt t mô hình xe hai bánh b ng th c nghi m có th gi thăng b ng vƠ di chuy n đ n v trí đặt t ng đối tốt Trang 67 5.3.ăXeăgi ăthĕngăb ngăkhiătácăd ngăngo iăl c Angle(degree) Angle -2 Nhieu ngoai luc -4 -6 0.4 Position (met) Position 0.3 0.2 0.1 0 Time(sec) Hình 5.3: Góc, v trí tác d ng ngo i l c th i m 1s dùng PD- tr Đ iăt ng Góc V trí Kho ngăthayăđ i -4 đ n +4 đ n 0.35 Nhận xét: Trong tr t Đ năv Đ mét ng h p b u n PD - Tr t ngo i l c tác đ ng vƠo xe t o góc nghiêng thơn xe tối đa lƠ 4.0[đ ] vƠ xe di chuy n đ n 0.35[m], sau kho ng th i gian 2-3[giây] gi thăng b ng l i đ c 5.4.ăXeăgi ăthĕngăb ngădiăchuy năti năậ lùi Angle(degree) Angle -1 0.8 Position (met) Position 0.6 0.4 0.2 0 Time(sec) Trang 68 Hình 5.4: Góc, v trí xe di chuy n ti n dùng tr t Angle(degree) Angle -1 -2 0.1 Position (met) Position -0.1 -0.2 -0.3 Time(sec) Hình 5.5: Góc, v trí xe di chuy n lùi dùng tr t Tómăl i: Trong trình u n mô hình xe hai bánh th c nghi m ta nh n thấy b u n PD - Tr t cho k t qu đáp ứng tốt Trang 69 Ch K TăLU NăVĨăH 6.1.ăCácăk tăqu ăđ tăđ Trong ch ngă6 NGăPHỄTăTRI N c ng đầu, tác gi đƣ đ a mô hình toán d a nguyên lý đ ng l c h c xe hai bánh t b ng đ a hình phẳng, n m đ tr t mô hình đối t đ n đối t c đặt tính ng cần u n, đ ng th i có ki m chứng tính ng nghiêng cứu Lu n văn đƣ th c hi n đ c nh ng nhi m v : - HoƠn ch nh vi c xơy d ng mô hình toán đối t ng xe hai bánh t b ng - Tìm hi u lý thuy t ph pháp u n tr ng pháp u n tr t Tác gi sử d ng ph ng t n đ nh góc nghiêng thơn xe Đ ng th i, tác gi đƣ th c hi n b u n PD đ u n v trí bánh xe - Th c hi n mô ph ng b u n tr t cho đối t b ng phần m m Matlab/Simulink vƠ có so sánh chất l u n tr ng xe hai bánh t ng u n b t v i b u n PID-nhi u vòng Tác gi đƣ nh n xét m t số u khuy t m b u n thi t k - Tìm hi u gi i thu t b l c Kalman r i r c vƠ ứng d ng vƠo l p trình cho vi u n đ th c hi n b l c nƠy - Thi t k , thi công hoƠn ch nh mô hình xe hai bánh b ng th c nghi m - L p trình cho vi u n trung tơm mô hình xe hai bánh b ng th c nghi m Tuy v y, th i gian th c hi n có h n nên lu n văn nhi u h n ch 6.2.ăM tăs ăh năch Nhi u đ a hình khác nh : g gh , nhấp nhô, l Trang 70 n sóng, b mặt nhám hay bám dính cao, ch a đ c kh o sát c th vƠ mô hình hoá tính phức t p chúng Mô hình th c t so v i mô ph ng v n nhi u sai số (nh moment quán tính không đ u, đ r h p số motor bánh xe ) ch a đ c mô hình hóa c th , d n đ n k t qu u n th c t so v i mô ph ng ch a nh mong muốn Nhi u ph ng pháp u n thông minh ch a đ c đ a kh o sát vƠ thi t k đ u n cho mô hình xe hai bánh lƠm cho xe có th ho t đ ng linh ho t h n Nh v y, tác gi xin đ a m t số h 6.3.ăH ng phát tri n đ tƠi nh sau ngăphátătri năđ ătƠi - Phát tri n b u n tr t đ tƠi thƠnh b u n tr t có thích nghi đ đ m b o h n tính n đ nh xe thông số mô hình xe b thay đ i - Tăng công suất đ ng c DC-Servo, đ ng kính bánh xe c cấu truy n đ ng xe đ xe có th di chuy n đ a hình dốc nghiêng, ch v t nặng h n - Phát tri n thƠnh xe hai bánh t b ng có th ch đ đ a hình phẳng Trang 71 c ng i di chuy n TĨIăLI UăTHAMăKH O TI NGăVI T [1] N G M Thao, D H Nghia, N H Phuc, ắĐiều khiển phi tuyến xe hai bánh tự cân bằngẰ, 2010 [2] D ng HoƠi Nghĩa; ắĐiều khiển hệ thống đa biếnẰ; NhƠ xuất b n Đ i h c Quốc Gia TP.HCM, 2011 Trang 172-181 [3] Nguy n Thi Ph ng HƠ; ắ Lý Thuyết Điều Khiển Hiện ĐạiẰ; NhƠ xuất b n Đ i h c Quốc Gia TP.HCM, 2012 Trang 51-58 [4] Huỳnh Thái HoƠng; ắ Mô Hình Hóa Và Nhận Dạng Hệ ThốngẰ; Đ i h c bách khoa Tp HCM, 2009 [5] Nguy n Phùng Quang; ắ Matlab SimulinkẰ; NXB khoa h c vƠ kỹ thu t TI NGăN CăNGOĨI [6]Mr Peter Miller, ắBuilding a Two Wheeled Balancing Robot” , 2008 [7] Nawawi S.W, Ahmad M.N, Osman J.H.S, Husain A.R and Abdollah M.F, ắController Design for Two-wheels Inverted Pendulum Mobile Robot Using PISMC”,2006 [8] Greg Welch, Gary Bishop, ắAn Introduction to the Kalman FilterẰ; 2006 [9] A N K Nasir, R M T Raja Ismail, M A Ahmad, ắPerformance Comparison between Sliding Mode Control (SMC) and PD-PID Controllers for a Nonlinear Inverted Pendulum SystemẰ, 2010 [10]Felix Grasser, Aldo D’Arrigo, Silvio Colombi, Alfred Ruffer, ắJOE: A Mobile Inverted Pendulum”, IEEE Trans Electronics, vol 49, Feb 2002, pp 107-114 [11] www.segway.com [12]www.freescale.com [13] www.st.com Trang 72 Ph ăl căA:S đ m ch n tử thi công mô hình S đ m ch ngu n cấp cho vi u n VCC D1 U80 IN RB152 - R91 VCC_5V 330 J8 + C99 + 12VDC J5 LM7805C/TO OUT GND + C87 10uF 10uF 0.1uF/2A J6 D3 100uF C89 + C55 + Green GND _ S đ m ch module c m bi n gia tốc góc vƠ v n tốc góc +3.3 Vdc Xa R3 1K R7 10K 10K R4 R5 1K C5 16 15 14 13 SW1 g-S2 C4 g-Select1 g-Select2 VDD VSS /Sleep NC NC NC C7 0.1uF Za C6 0.1uF 0.1uF R2 12 11 10 +3.3 Vdc 10K NC NC NC NC +3.3 Vdc NC X-out Y-out Z-out U1 g-S1 g-Select Ya 1K 0.1uF +5 Vdc U3 +3.3 Vdc Gnd (Adj) R6 Vin C1 0.1uF R1 C3 AMS1117-3.3V 10uF C9 470nF C10 +3.3 Vdc R8 10nF 0.1uF 10K C13 C12 0.1uF 470pF NC VDD VDD VDD FILTVDD VCONT NC LISY 300AL 0 Reser Reser Reser Reser Reser Reser NC NC NC PD ST Reser Reser NC Gz NC GND GND NC CACT ANALOG OUTPUT NC +5 Vdc 21 20 19 18 17 16 15 J1 +3.3 Vdc Xa Ya Za Gz 8 10 11 12 13 14 C11 10nF R9 1K U2 28 27 26 25 24 23 22 C8 IMU-Connect R10 10K SW2 PD ST +3.3 Vdc R11 10K Mode Trang 73 + C2 220 D1 0.1uF LED MMA7260 Vout S đ m ch module m ch cầu H u n đ ng c +5V R19 4.7K D12 D13 IN3 R5 330 IN4 R6 330 +24V GREEN C6 OUT1 D14 0.1uF/2A RED 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 OUT4 +24V +5V C2 33nF IN4 IN3 /SFB C4 0.1uF U8 MCU_Enable_A R15 220 D5 GREEN MCU_Enable_B R16 220 D6 GREEN R17 220 D7 RED +5V /SFA +5V /SFB R18 220 D8 RED IN1(+) OUT1(+) OUT1(-) IN2(+) OUT2(+) IN2(-) OUT2(-) IN3(+) OUT3(+) R11 14 R20 +5V 4.7K R9 +5V R10 4.7K 330 D9 D10 OUT3(-) +24V +5V OUT4(+) R12 12 OUT4(-) OUT2 OUT2 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 MG1 A +24V DC SERVO OUT3 C7 OUT3 0.1uF/2A + ENB/(not)D4 FBB MG2 A +24V + C18 OUT4 10uF/50V DC SERVO 4.7K +5V 4.7K +5V_MCU 11 R13 10 4.7K +5V_MCU +5V Fault_MCU_B (4) PGNDB PGNDB OUT3 OUT3 OUT3 VPWRB VPWRB VPWRB ENB/(not)D4 FBB D3 + C1 33nF 13 Fault_MCU_A (3) IN4(-) +24V 15 ENB/(not)D4 (2) IN4(+) MC33932 ENA/(not)D2 (1) IN1(-) IN3(-) 16 PGNDB PGNDB OUT4 OUT4 OUT4 VPWRB VPWRB CCPB IN4 IN3 /SFB /SFA IN1 IN2 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 330 /SFA IN1 IN2 CCPA VPWRA VPWRA OUT2 OUT2 OUT2 PGNDA PGNDA R4 OUT1 D1 FBA ENA/(not)D2 VPWRA VPWRA VPRWA OUT1 OUT1 OUT1 PGNDA PGNDA FBA ENA/(not)D2 RED IN2 10 11 MC33932 - QUOC THINH GREEN 330 HeatSink R3 45 D11 IN1 U1 +5V_MCU R14 C3 4.7K R44 330 MCU_IN1 MCU_IN2 IN1 IN2 J2 R45 10 MCU_IN1 MCU_IN2 MCU_IN3 MCU_IN4 MCU_Enable_A MCU_Enable_B Fault_MCU_A Fault_MCU_B 330 TLP2630 +5V +5V_MCU C5 0.1uF U22 +5V_MCU R46 330 C10 0.1uF MCU_CONTROL 0.1uF U21 TLP521-4 MCU_IN3 MCU_IN4 R47 IN3 IN4 330 TLP2630 +12V OUT U10 C9 1 100uF IN LM7805 OUT + C11 J1 LM7812 0.1uF/2A 10uF 24VDC_IN Trang 74 C13 + C12 + C8 IN GND U9 +5V GND +24V 10uF 0.1uF S đ m ch module u n trung tơm HCS12X-SYSTEMs C6 VCC C12 VCC TxD1 0.1uF 0.1uF BKGD VCC R15 330 D4 R16 330 D5 R9 330 D6 RUN Forward /FAULT_B SDA SCL Chanel_A Chanel_B Chanel_C Chanel_D Enable_A Enable_B 112 111 110 109 108 107 106 105 104 103 102 101 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 89 88 87 86 85 PWM4 PWM5 PWM6 PWM7 Encoder_1_Z Encoder_1_B Encoder_1_A Data7 Data6 ENABLE_RF *PP3 PWM2/PP2 PWM1/PP1 PWM0/PP0 PK3 PK2 PK1 PK0 IOC0/PT0 IOC1/PT1 IOC2/PT2 IOC3/PT3 VDD1 (2.5V) VSS1 IOC4/PT4 IOC5/PT5 IOC6/PT6 IOC7/PT7 PK5 PK4 PJ1/TXD2 PJ0/RXD2 BKGD/MODC PB0 PB1 PB2 PB3 PB4 MC9S12XDP256 FreeScale S12X QUOC THINH 84 83 82 81 80 79 78 77 76 75 74 73 72 71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61 60 59 58 57 C90 C3 0.1uF +3.3V_A 0.1uF V_Ref VCC Accelerator_Z Accelerator_Y Accelerator_X Gy ro_Z C2 0.1uF VCC R2 4k7 SW1 PH3 PH2 Left Right MOD_A MOD_B XCLKS Reverse Forward Mode START 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 Rev erse VRH VDDA (5V) PAD15 PAD7 PAD14 PAD6 PAD13 PAD5 PAD12/AN12 PAD4/AN4 PAD11/AN11 PAD3/AN3 PAD10/AN10 PAD2/AN2 PAD9/AN9 PAD1/AN1 PAD8/AN8 PAD0/AN0 VSS2 VDD2 (2.5V) PA7 PA6 PA5 PA4 PA3 PA2 PA1 PA0 PB5 PB6 PB7 PH7 PH6 PH5 PH4 PE7/ XCLKS MODB MODA ECLK VSSR VDDR (5V) /RESET VDDPLL (2.5V) XFC VSSPLL EXTAL XTAL TEST PH3 PH2 PH1 PH0 53 54 /IRQ- PE1 /XIRQ C1 0.1uF 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 TxD0 RxD0 PP4 PP5 PP6 PP7 /ESC/PK7 VDDX (5V) VSSX CAN0_RX/PM0 CAN0_TX/PM1 CAN1_RX/PM2 CAN1_TX/PM3 PM4 PM5 PJ6/SDA PJ7/SCL VREGEN PS7 PS6 PS5 PS4 TXD1 - PS3 RXD1 - PS2 TXD0 - PS1 RXD0 - PS0 PM6 PM7 VSSA VRL U1 PWM3 PWM2 PWM1 PWM0 Data5 Data4 Enable RS Encoder_2_A Encoder_2_B Encoder_2_Z /FAULT_A RxD1 C4 R3 M VCC C5_104 Y 1_16Mhz RESET Reset Button C7 C8 104 C7_22pF C9_4700pF C10_470pF 4.7K R1 LCD DISPLAY U9 LCD Character CONTROL BUTTONs VCC R19 4.7K VCC R20 4.7K R21 4.7K VCC R22 4.7K Forward START Mode R39 4.7K R40 4.7K VCC V_cons RS Enable 10 Data4 11 Data5 12 Data6 13 Data7 14 15 LED_LCD 16 VSS VDD V_Cons RS R/W Enable D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 LED_A LED_K LCD CHARACTER 2x16; 4x20 R14 Lef t Rev erse Right VCC 20K SW3 SW25 SW5 SW6 SW7 SW26 SW8 LED_LCD START STOP FORWARD REVERSE LEFT RIGHT SW DIP-2 Trang 75 S K L 0 [...]... thơn xe theo tr c x vƠ tr c y [m] Kho ng cách từ tr ng tơm thơn xe đ n tr c z của hai bánh xe L �=� = Thôngăs 0.35[m] Bán kính bánh xe 0.075 Góc nghiêng thân xe [rad] Góc quay của xe [rad] D Kho ng cách gi a hai bánh xe , L c ma sát gi a bánh xe trái, bánh xe ph i v i mặt đ ng [Nm] , Ph n l c của mặt đất t ng tác lên hai bánh xe trái, bánh xe ph i [Nm] , L c t ng tác gi a thơn xe vƠ hai bánh xe trái, bánh. .. ăMỌăPH NG XE HAI BỄNHăT ăCỂNăB NG 3.1 Môhìnhhóaxehaibánht cânb ng Xơy d ng h ph ng trình tr ng thái mô t h thống xe hai bánh t cơn b ng[1] Hình 3.1: Bi u di n l c vƠ moment trong mô hình Trang 24 B ngă3.1:Ký hi u vƠ giá tr các thông số của xe hai bánh cơn b ng Kýăhi u = = Khối l ng bánh xe trái vƠ ph i Giáătr ă[đ năv ] 0.45[kg] Khối l ng qui đ i t i tr ng tơm của thân xe 6.5[kg] , V trí của bánh xe theo... tăđ ngăcủa xe hai bánh cơnăb ng Xehaibánht cânb ngho tđ ngk th pgi amôhìnhconl cng xe cv ih haibánh c đi ukhi nđ cl pnhau ` ` Cơnăb ng ` B ănghiêng Cáchăđi uăkhi n Hình 2.1Nguyênlýho tđ ngcủaxehaibánht cânb ng - Khicân b ng,gócnghiêng củathânxe v iph Tr Khixe nghiêngv phíatr ngh pnày,cầnph iđi ukhi nxech yv phíatr ngtr ngl cb ng0 c,n ukhôngđi ukhi nthìxes b ngã csaochogóc nghiêngb ng0,đ xethăngb ngtr... trình (3.29) ta th c hi n mô ph ng mô hình xe hai bánh t cơn b ng trong Matlab nh sau: Hình 3.2: S đ mô hình xe hai bánh trong mô ph ng MatLab - Các tr ng h p mô ph ng sau ki m chứng k t qu mô hình toán của h thống: + Tr xét tr ng h p xe thẳng đứng, không có moment của đ ng c tác đ ng vƠo, ng h p lý t ng (không nhi u, không ngo i l c) thì xe s luôn đứng thẳng v i góc nghiêng thơn xe lƠ 0[đ ] so v i chi... - Tìm hi u t ng quan vƠ ứng d ng của Robot hai bánh t cơn b ng - Xơy d ng mô hình toán cho Robot - Thi t k mô ph ng b đi u khi n d a vƠo ph ng pháp đi u khi n tr t cho xe hai bánh t cơn b ng trên Matlab Simulink - Thi công vƠ ch t o mô hình xe hai bánh t cơn b ng 1.4 Nhi măv ăvƠăgi iăh năcủaăđ ătƠi 1.4.1 Nhi măv ăđ ătƠi Mô hình hóa h thống đ ng của xe hai bánh t cơn b ng nh đ bƠy tƠi li u tham kh o[1]... xe trái, bánh xe ph i [Nm] , Ph n l c t ng tác gi a thơn xe vƠ hai bánh xe trái, ph i [Nm] g Gia tốc tr ng tr ng 9.81[m/s2] , Moment của đ ng c nối v i bánh xe trái, bánh xe ph i [Nm] + Trang 25 0.35[m] Hai bánh xe l c ng c mặc dù phức t p h n trong h thống đ ng l c nh ng nó t ng đ ng v i h con l c ng c trên xe Hai bánh con l c ng c đ c phơn tích tách bi t giai đo n đầu nh ng cuối cùng hai ph ng trình... pháp đi u khi n tr mô hình xe hai bánh t cơn b ng, h con l c ng 1.4.2 c trình t đ thi t k b đi u khi n cho c,nh đ c trình bƠy [2],[3] Gi iăh năđ ătƠi Trong đ tƠi tác gi ch nghiên cứu v Robot hai bánh t cơn b ng, xơy d ng mô hình toán, thi t k b đi u khi n b ng ph ng pháp PID vƠ đi u khi n tr tđ đi u khi n Robot Mô ph ng h thống xe 2 bánh t cơn b ng trên phần m m Matlab vƠ thi t k mô hình th c nghi m... 0.6 0.8 1 1.2 Hình 3.5: Khi có moment tác đ ng vƠo t i th i đi m 1 giơy - Nh năxét: Từ các k t qu mô ph ng trên ta thấy mô hình toán xe hai bánh t cơn b ng đ c xơy d ng trong lu n văn nƠy t ng đối chính xác vƠ phù h p v i nguyên lý ho t đ ng của xe hai bánh cơn b ng trong th c t 3.2.ăThi tăk ăb ăđi uăkhi năcho xe hai bánh cơnăb ng Từ các ph có th sử d ng ph ng trình thứ nhất vƠ thứ hai của h ph ng... trên phần m m Matlab vƠ thi t k mô hình th c nghi m 1.5 Ph - ngăphápănghiênăc u Xơy d ng mô hình lý thuy t bao g m:  Ti p c n mô hình t ng đ ng, mô hình con l c ng c đ n mô hình Robot hai bánh t cơn b ng  Xơy d ng các ph ng trình toán cho h thống vƠ ti n hƠnh mô ph ng trên phần m m Malab Simulink - Xơy d ng mô hình th c nghi m bao g m:  Thi t k phần c khí, đ nh v trí 2 đ ng c , ngu n, board trung... i Tr ngh pxenghiêngv phía saucũngph iđi ukhi nt ngt nh v y,nghĩalàđi ukhi nxech y v h ng đang nghiêng,đ robot thăngb ngtr l i Hình nh d i đơy lƠ các tr ng h p di chuy n của xe 2 bánh t cơn b ng Trang 12 OG OG Forward Xe cơn b ng Đ xe di chuy n v tr c thơn xe ph i nghiêng v tr c OG OG Forward Forward Đ xe xuống dốc thơn xe ph i nghiêng v sau đ gi m v n tốc vƠ gi thăng b ng Đ xe lên dốc thơn xe ph i nghiêng