Điều khiển bám cho robot di động đa hướng dùng bộ điều khiển trượt (1)

60 CHƯƠNG KẾT QUẢ MÔ PHỎNG & THỰC NGHIỆM 5.1 Kết mô Để chứng minh tính hiệu điều khiển trượt ISMC đề xuất, tác giả thực mô theo quỹ đạo tham chiếu Quỹ đạo tham chiếu đường cong có bán kính R = 0.3m tâm ( X , Y ) = (0 m, m) thể hình 5.1 Vận tốc tham chiếu OMR vR = 0.0127 m / s Thông số thiết kế điều khiển trượt sau: k1 = 23s −1 , k = 23s −1 , k = 23s −1 p1 = 1.5s −1 , p = 1.5s −1 , p3 = 1.5s −1 Q1 = 25s −1 , Q2 = 25s −1 , Q3 = 25s −1 δ = 0.1 Các biên độ tối đa lực nhiễu gây ma sát tượng trượt giả định f Mi = N f Ai = 1.5 N ( i = 1, 2,3 ) Các giá trị thông số mô hình OMR trị số ban đầu sử dụng cho mô nêu bảng 5.1, bảng 5.2 Bảng 5.1 Giá trị thông số mô hình OMR Thông số Trị số Đơn vị α 0.2 [N /V ] β 1.5 [ kg / s ] r 0.046 [ m] L 0.16 [ m] m 4.8 [kg ] J 0.12 [kgm ] 61 Bảng 5.2 Giá trị thông số mô ban đầu Thông số Trị số Đơn vị XR 0.25 [ m] YR 0.4 [ m] ΦR 90 [deg] XC 0.245 [ m] YC 0.35 [ m] ΦC 45 [deg] Đường cong tham chiếu Hình 5.1 Quỹ đạo tham chiếu đường cong mong muốn Chú thich hình 5.1: Quỹ đạo tham chiếu đường cong đặt trước Tọa độ ( x,y) vị trí quỹ đạo tham chiếu đường cong đặt trước 62 Truc Y [m] 0 Truc X [m] Hình 5.2 Quỹ đạo chuyển động robot Chú thich hình 5.2 Tọa độ ( x,y) vị trí quỹ đạo chuyển động robot so với đường cong tham chiếu (hình 5.1) e1 e2 e3 30 Vec to sai so vi tri ep 20 10 -10 -20 -30 10 15 Thoi gian (s) 20 25 30 Hình 5.3: Các e1, e2, e3 sai số vị trí thời điểm ban đầu Chú thích hình 5.3 : 63 Các e1, e2, e3 sai lệch bám robot so với vị trí ban đầu Giá trị vọt lố thời điểm ban đầu e1, e2 lớn 400 e1 e2 e3 Vec to sai so vi tri ep 300 200 100 -100 -200 50 100 150 Thoi gian (s) 200 250 Hình 5.4 Sai số vị trí toàn thời gian e1, e2, e3 1200 ev1 ev2 ev3 1000 Vec to sai so van toc ev 800 600 400 200 -200 -400 -600 -800 10 15 Thoi gian (s) Hình 5.5 : Sai số vận tốc ev ban đầu robot Chú thích hình 5.5 : Các giá trị ev1, ev2, ev3 giá trị sai số vận tốc lúc đầu robot 64 2.5 x 10 ev1 ev2 ev3 Vec to sai so van toc ev 1.5 0.5 -0.5 -1 50 100 150 Thoi gian (s) 200 250 Hình 5.6 : Vector sai số vận tốc ev toàn thời gian Các giá trị ev1, ev2, ev3 giá trị sai số vận tốc toàn thời gian so với thời điểm ban đầu Van toc goc cua OMR [rad/s] -2 -4 -6 -8 -10 -12 120 140 160 180 Thoi gian (s) 200 220 Hình 5.7 Vận tốc góc OMR [rad/s] 240 65 400 Vec to mat truot S [rad/s] 300 200 100 -100 -200 0.5 1.5 Time(s) 2.5 Hình 5.8 Véc tơ mặt trượt ban đầu 400 Vec to mat truot S [rad/s] 300 200 100 -100 -200 50 100 150 200 250 Time(s) Hình 5.9 Véc tơ mặt trượt toàn thời gian Các kết mô trình bày thể từ hình 5.1 đến 5.9 Hình 5.2 Quỹ đạo chuyển động robot Hình 5.3 Sai số vị trí thời điểm ban đầu Hình 5.4 Sai số vị trí toàn thời gian e1, e2, e3 tiến giữ trị số ổn định hết thời gian mô Hình 5.5 Sai số vận tốc ev ban đầu robot Hình 5.6 Vector sai số vận tốc ev toàn thời gian lúc khởi động tiến nhanh ổn định 66 suốt thời gian mô Hình 5.7 Vận tốc góc OMR [rad/s] Hình 5.8 Véc tơ mặt trượt ban đầu Hình 5.9 Véc tơ mặt trượt toàn thời gian 5.2 Kết luận Trong chương này, tác giả đưa điều khiển trượt tích phân (ISMC) áp dụng cho Robot di động đa hướng ba bánh (OMR) để bám theo quỹ đạo tham chiếu Để thiết kế điều khiển này, định nghĩa vector sai số Từ thiết kế điều khiển dựa lý thuyết ổn định Lyapunov Luật điều khiển ổn định vector bề mặt trượt vector sai số tiến đến Các kết mô trình bày để chứng minh tính đắn giải thuật đưa khả ứng dụng điều khiển đưa vào thực tế Qua kết mô Matlab so với mô hình thực nghiệm nhận thấy mô hình thực nghiệm hoạt động chưa đạt kết mong muốn, mô hình thực nghiệm Robot bám theo quỹ tham chiếu cho trước hoạt động chưa ổn định Thực nghiệm cho thấy Robot di chuyển bị lắc 5.3 Mô hình thực nghiệm: 5.3.1 Kít nhúng PI Lập trình : Python OpenCV, sử dụng thư viện OpenCV Sử dụng hệ điều hành linux Camera thu thập liệu Logitech Mạch xử lý trung tâm Hình 5.10 Kít nhúng raspberry Pi 67 Các thông số kít nhúng Pi Hình 5.11 Bảng thong số kít nhúng 5.3.2 Mục tiêu xử lý ảnh OpenCV: Thu thập ảnh từ camera Xác định kích thước frame ảnh 640 x 480 Xác định vùng ảnh cần xử lý Xử lý cân histogram ảnh xám Xử lý ảnh xác định xác góc định vị vector từ tâm điểm ảnh Hình 5.12 Xác định vùng ảnh cần xử lý Xử lý chuyển đổi thành dạng liệu số truyền liệu xuống board xử lý Pic 68 5.3.3 Giải thuật xử lý ảnh sử dụng kít nhúng Raspberry Pi Hình 5.13 Giải thuật xử lý ảnh 5.3.4 Sơ đồ khối phần cứng : Phân tích sơ đồ khối hệ thống để tiến hành thực công việc: Hình 5.14 Sơ đồ khối phần cứng 69 5.3.5 Lưu đồ giải thuật kit nhúng Raspberry Pi board điều khiển Pic Kít nhúng Raspberry Pi Board Pic Hình 5.15 Lưu đồ giải thuật điều khiển Robot 5.3.6 Mô hình thực nghiệm : Hình 5.16 Mô hình Robot đa hướng 70 Mạch giao tiếp RS232 : Hình 5.17 Mạch giao tiếp RS232 Chuẩn RS-232 qui định ba loại giắc cắm RS-232 DB-9, DB-25 ALT-A, hai loại đầu sử dụng rộng rãi Hình 5.18 Sơ đồ chân chuẩn RS-232 DB-9 71 Ý nghĩa chân quan trọng mô tả đây: RXD (receive Data): Đường nhận liệu TXD (Transmit Data): Đường gửi liệu DTR (Data Terminal Ready): Báo DTE sẵn sàng Chân DTR thường trạng thái ON thiết bị đầu cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông (tự động quay số hay tự động trả lời) DTR trạng thái OFF thiết bị đầu cuối không muốn DCE chấp nhận lời gọi từ xa DSR (Data Set Ready): Báo DCE sẵn sàng, chế độ trả lời, tone trả lời DSR ON sau giây Modem nhấc máy DCD (Data Carrier Detect): Tín hiệu tích cực Modem nhận tín hiệu từ trạm từ xa trì suốt trình liên kết RTS (Request To Send): Đường RTS kiểm soát chiều truyền liệu Khi trạm cần gửi liệu, đóng mạch RTS sang ON để báo hiệu với modem CTS (Clear To Send): Khi CTS chuyển sang ON, Modem xác nhận DTE truyền số liệu Quá trình ngược lại đổi chiều truyền số liệu RI (Ring Indicator): Khi modem nhận tín hiệu chuông, RI chuyển ON/OFF cách với chuông điện thoại để báo hiệu cho trạm đầu cuối Tín hiệu thị modem xa yêu cầu thiết lập liên kết dial-up Sơ đồ chân 18F4331: Hình 5.19 Sơ đồ chân Pic 18F4331 72 Cấu trúc bên PIC 18F4431: Hình 5.20 Cấu trúc bên PIC 18F4431 73 Mạch điều khiển Pic : Hình 5.21 Sơ đồ mạch điều khiển Pic 74 Mạch công suất điều khiển động cơ: Hình 5.22 Mạch công suất điều khiển động ... đưa điều khiển trượt tích phân (ISMC) áp dụng cho Robot di động đa hướng ba bánh (OMR) để bám theo quỹ đạo tham chiếu Để thiết kế điều khiển này, định nghĩa vector sai số Từ thiết kế điều khiển. .. Cấu trúc bên PIC 18F4431 73 Mạch điều khiển Pic : Hình 5.21 Sơ đồ mạch điều khiển Pic 74 Mạch công suất điều khiển động cơ: Hình 5.22 Mạch công suất điều khiển động ... nhúng Raspberry Pi board điều khiển Pic Kít nhúng Raspberry Pi Board Pic Hình 5.15 Lưu đồ giải thuật điều khiển Robot 5.3.6 Mô hình thực nghiệm : Hình 5.16 Mô hình Robot đa hướng 70 Mạch giao tiếp