Điều khiển phi tuyến hệ AGV

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM PHẠM QUỐC THIỆN ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN HỆ AGV LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ – điện tử Mã số ngành : 60520114 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM PHẠM QUỐC THIỆN ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN HỆ AGV LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ – điện tử Mã số ngành : 60520114 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2014 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Kỹ thuật Công nghệ TP HCM ngày 25 tháng 01 năm 2014 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) T T C P ứ G T S T N T V T Ủ N vi Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ TP HCM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM , ngày … tháng … năm …… NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM QUỐC THIỆN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 22/2/1988 Nơi sinh: ĐỒNG NAI Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử MSHV: 1241840017 I- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN HỆ AGV II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nghiên cứu hệ thống AGV, mơ hình hóa hệ thống AGV, thiết lập điều khiển phi tuyến sở ổn định Lyapunov Chương 1: Mở đầu Chương 2: Tổng quan AGV Chương 3: Mơ hình toán học AGV Chương 4: Thiết kế điều khiển hệ thống đo lường Chương 5: Thiết kế, thi công AGV mô hệ thống Matlab III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) Phạm Quốc Thiện ii LỜI CÁM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu trường, tơi hồn thành đề tài tốt nghiệp cao học Để có thành này, nhận nhiều hỗ trợ giúp đỡ tận tình từ thầy cơ, gia đình bạn bè Tơi xin chân thành cảm ơn quý Thầy cô khoa Quản Lý Khoa Học - Đào Tạo Sau Đại Học, quý Thầy cô khoa Cơ - Điện - Điện Tử Trường Đại Học Kỹ Thuật Cơng Nghệ TP.HCM tận tình giúp đỡ, hỗ trợ tơi suốt q trình thực luận văn Với lòng tri ân sâu sắc, tơi muốn nói lời cám ơn đến Thầy TS Nguyễn Thanh Phương, người nhiệt tình hướng dẫn bảo cho tơi suốt thời gian thực nghiên cứu Tp Hồ Chí Minh, tháng 02 năm 2014 Người thực luận văn Phạm Quốc Thiện TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong báo này, điều khiển phi tuyến dựa phương pháp Lyapunov đề xuất áp dụng cho xe tự hành Đầu tiên quỹ đạo ߟଷ − ଷଷଷ (G ) với đa thức bậc thiết kế Thứ hai, dựa vào vị trí ước lượng xe tự hành, điều khiển làm cho xe tự hành bám theo quỹ đạo G di chuyển với vận vận tốc không đổi Sự ổn định hệ thống chứng minh phương pháp Lyapunov Mô kết thực nghiệm trình bày để chứng minh tính hiệu điều khiển đề xuất ABSTRACT In this paper, a nonlinear controller base on Lyapunov method is3 proposed th and applied for wheel mobile robot (WMR) First, trajectory ߟଷ − ଷ ଷ (G ) with order polinom is designed for WMR Then, based on the estimated position of the WMR, this controller makes WMR follow trajectory G which is moving with desired constant velocity The stability of system is proved by the Lyapunov stability theory The simulations and experimental results are shown to prove the effectiveness of the proposed controller MỤC LỤC Tên đề mục Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn .iii Abstract iv Mục lục v Danh mục từ viết tắt vii Danh mục bảng biểu viii Danh mục sơ đồ, hình ảnh ix Chương 1: Mở đầu 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu đề tài 1.4 Nội dung nghiên cứu 1.5 Phương pháp luận 1.6 Phương pháp nghiên cứu 1.7 Nội dung luận văn Chương 2: Tổng quan AGV 2.1 Sơ lược trình phát triển AGV 2.2 Phân loại AGV .5 2.2.1 Tàu không người lái 2.2.2 Xe nâng pallet 2.2.3 Xe chở hàng 2.3 Tóm tắt cơng trình nghiên cứu 2.4 Nhận xét hướng tiếp cận 32 Chương 3: Mơ hình tốn học AGV 33 3.1 Cấu trúc AGV 33 3.2 Xây dựng phương trình động học 34 3.3 Xây dựng quỹ đạo đường cho AGV 36 Chương 4: Thiết kế điều khiển hệ thống đo lường 39 4.1 Cơ sở lý thuyết 39 4.1.1 Giới thiệu phương pháp Lyapunov 39 4.1.2 Điểm cân hệ phi tuyến 39 4.1.3 Ổn định điểm cân .41 4.1.3.1 Định nghĩa 41 4.1.3.2 Ổn định ổn định tiệm cận Lyapunov 41 4.1.4 Phương pháp tuyến tính hóa Lyapunov 42 4.1.5 Phương pháp trực tiếp Lyapunov 44 4.1.5.1 Định lý ổn định Lyapunov .44 4.1.5.2 Định lý không ổn định Lyapunov 45 4.2 Thiết kế điều khiển 47 4.3 Hệ thống đo lường 48 Chương 5: Thiết kế thi công AGV mô 51 5.1 Thiết kế mơ hình 51 5.2 Thiết kế mạch điện 53 5.3 5.4 5.2.1 Phương án thiết kế 53 5.2.2 Sơ đồ nguyên lý 54 5.2.3 Thiết bị sử dụng 57 Kết mô thực nghiệm 60 5.3.1 Kết mô trường hợp 61 5.3.2 Kết mô trường hợp 63 Kết luận hướng phát triển 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC a0 = xa; a1 = n*cos(theta_a); y1a = n*cos(theta_b); a2 = 0; a3 = 0; a4 = 35*(xb - xa) - 20*a1 - 10*a2 - 4*a3 - 15*y1a; a5 = -84*(xb - xa) + 45*a1 + 20*a2 + 6*a3 + 39*y1a; a6 = 70*(xb - xa) - 36*a1 - 15*a2 - 4*a3 - 34*y1a; a7 = -20*(xb - xa) + 10*a1 + 4*a2 + a3 + 10*y1a; px = a0 + a1*s + a2*s^2 + a3*s^3 + a4*s^4 + a5*s^5 + a6*s^6 + a7*s^7; % xac dinh he so py b0 = ya; b1 = n*sin(theta_a); y1b = n*sin(theta_b); b2 = 0; b3 = 0; b4 = 35*(yb - ya) - 20*b1 - 10*b2 - 4*b3 - 15*y1b; b5 = -84*(yb - ya) + 45*b1 + 20*b2 + 6*b3 + 39*y1b; b6 = 70*(yb - ya) - 36*b1 - 15*b2 - 4*b3 - 34*y1b; b7 = -20*(yb - ya) + 10*b1 + 4*b2 + b3 + 10*y1b; py = b0 + b1*s + b2*s^2 + b3*s^3 + b4*s^4 + b5*s^5 + b6*s^6 + b7*s^7; px_out(i+1) = px; py_out(i+1) = py; end save D:\data1: px_out py_out % Ve quy dao duong cong plot(px_out,py_out,'b', 'LineWidth',2); title('Trajectory planning'); xlabel('Px'); ylabel('Py'); axis([0 1.5 1.5]); grid on; Giao tiếp I2C RS232 cho vi điều khiển Firmware sử dụng CCS - Cấu hình firmware: Khai báo chip: chọn file có thu viện CCS, VD : #include Khai báo cấu hình phần cứng: sử dụng từ khóa #fuse bao gồm tính : LP, XT, HS, RC,PLL : Chọn kiểu dao dộng WDT, NOWDT : Kiểm soát Watch Dog Timer PROTECT, NOPROTECT : Kiểm soát chép firmware LVP,NOLVP: Kiểm sốt lập trình nguồn thấp Khai báo cấu hình chức nang sử dụng từ khóa #use bao gồm tính năng: delay(clock=24000000) : Khai báo tốc dộ thạch anh i2c(master, sda=PIN_B0, scl=PIN_B1, FAST): Khai báo cấu hình I2C rs232(baud=19200, xmit=PIN_C6, rcv=PIN_C7): Khai báo cấu hình cổng COM Khai báo dịch vụ ngắt, sử dụng từ khóa: INT_SSP : Ngắt nối tiếp ghi dịch vừa thực xong bit s INT_EXT : Ngắt ngồi INT_TIMER1: Ngắt Timer INT_EEPROM: Ngắt có kiện truy xuất EEPROM Chương trình main() Master: while (TRUE) { Nội dung chương trình } Ghi liệu tới Slave: i2c_start(); // Master tạo tín hiệu Start i2c_write(0xa0); // Gửi dịa bít huớng R/W = (Mode write) dến Slave i2c_write(data); // Gửi liệu byte thứ i2c_write(data1); // Gửi liệu byte thứ hai ………………… i2c_write(datan); // Gửi liệu byte thứ n (n