Nghiên cứu phát triển một số thuật toán diều khiển rô bốt di động có tính đến ảnh hưởng của trượt bánh xe (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu phát triển một số thuật toán diều khiển rô bốt di động có tính đến ảnh hưởng của trượt bánh xeNghiên cứu phát triển một số thuật toán diều khiển rô bốt di động có tính đến ảnh hưởng của trượt bánh xeNghiên cứu phát triển một số thuật toán diều khiển rô bốt di động có tính đến ảnh hưởng của trượt bánh xeNghiên cứu phát triển một số thuật toán diều khiển rô bốt di động có tính đến ảnh hưởng của trượt bánh xeNghiên cứu phát triển một số thuật toán diều khiển rô bốt di động có tính đến ảnh hưởng của trượt bánh xeNghiên cứu phát triển một số thuật toán diều khiển rô bốt di động có tính đến ảnh hưởng của trượt bánh xeNghiên cứu phát triển một số thuật toán diều khiển rô bốt di động có tính đến ảnh hưởng của trượt bánh xeNghiên cứu phát triển một số thuật toán diều khiển rô bốt di động có tính đến ảnh hưởng của trượt bánh xeNghiên cứu phát triển một số thuật toán diều khiển rô bốt di động có tính đến ảnh hưởng của trượt bánh xeNghiên cứu phát triển một số thuật toán diều khiển rô bốt di động có tính đến ảnh hưởng của trượt bánh xe

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Nguyễn Văn Tính NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MỘT SỐ THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN RƠ BỐT DI ĐỘNG CĨ TÍNH ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỢT BÁNH XE LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội – 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ Nguyễn Văn Tính NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MỘT SỐ THUẬT TỐN ĐIỀU KHIỂN RƠ BỐT DI ĐỘNG CĨ TÍNH ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỢT BÁNH XE Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9.52.02.16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Phạm Minh Tuấn Hà Nội – 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các kết viết chung với tác giả khác đồng ý họ trước đưa vào luận án Các kết luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận án Nguyễn Văn Tính LỜI CẢM ƠN Trước tiên, Tơi khơng biết nói ngồi việc bày tỏ lòng ngưỡng mộ, kính trọng biết ơn sâu sắc tới PGS.TSKH Phạm Thượng Cát TS Phạm Minh Tuấn, hai người Thầy đáng kính dìu dắt, định hướng, tận tình hướng dẫn, truyền cảm hứng, thắp sáng đam mê nghiên cứu khoa học để vượt qua nhiều gian nan thử thách đường chinh phục khoa học hàn lâm để hơm Tơi hoàn thành luận án tiến độ chất lượng theo quy định Bộ Giáo dục Đào tạo Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Lãnh đạo Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Công nghệ thông tin - Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, Phòng Cơng nghệ tự động hóa tạo điều kiện thuận lợi cho Tơi trình học tập nghiên cứu khoa học hàn lâm Tôi Tôi xin cảm ơn cán đồng nghiệp Phòng Cơng nghệ Tự động hóa - Viện Công nghệ thông tin Đặc biệt, Tôi muốn gửi lời tri ân để bày tỏ lòng ngưỡng mộ kính trọng sâu sắc tới PGS.TS Thái Quang Vinh, Cán đồng nghiệp bậc tiền bối bao dung đáng kính ln động viên Tơi lúc gian nan sóng gió để Tơi ln vững tâm kiên định đường nghiên cứu khoa học hàn lâm, tạo điều kiện thuận lợi để Tôi tập trung nghiên cứu khoa học học tập tiếp thu kiến thức hàn lâm trình làm nghiên cứu sinh tiến sĩ Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn đồng nghiệp - người dành cho tình cảm nồng ấm, ln động viên sẻ chia lúc khó khăn sống tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành trình nghiên cứu tiến sĩ Hà Nội, ngày 24 tháng 10 năm 2018 Tác giả luận án Nguyễn Văn Tính MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU 10 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 12 MỞ ĐẦU 13 Tính cấp thiết đề tài 13 Các vấn đề nghiên cứu luận án 13 Đối tượng nghiên cứu 14 Mục đích nghiên cứu 14 Phương pháp nghiên cứu 14 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài 14 Bố cục luận án 15 CHƯƠNG TỔNG QUAN VÀ MƠ HÌNH TỐN HỌC 16 1.1 Đặt vấn đề 16 1.2 Tình hình nghiên cứu nước 18 1.3 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 19 1.4 Mơ hình động học 21 1.5 Mơ hình động lực học 23 1.6 Kết luận Chương 26 CHƯƠNG THIẾT KẾ LUẬT ĐIỀU KHIỂN BÁM THÍCH NGHI DỰA TRÊN MẠNG NƠ RON BA LỚP 28 2.1 Đặt vấn đề 28 2.2 Cấu trúc mạng nơ ron ba lớp 29 2.3 Phát biểu toán 30 2.4 Mô tả biến đầu FTE 31 2.5 Cấu trúc điều khiển 33 2.7 Kết mô 38 2.8 Kết luận Chương 41 CHƯƠNG THIẾT KẾ LUẬT ĐIỀU KHIỂN BACKSTEPPING DỰA TRÊN MẠNG SÓNG GAUSSIAN 43 3.1 Đặt vấn đề 43 3.2 Mơ tả cấu trúc mạng sóng Gaussian 45 3.3 Thiết kế luật điều khiển động học 46 3.4 Thiết kế luật điều khiển động lực học 47 3.5 Phân tích tính ổn định 50 3.6 Kết mô 55 3.7 Kết luận chương 59 CHƯƠNG THIẾT KẾ LUẬT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BACKSTEPPING HỘI TỤ HỮU HẠN Ở CẤP ĐỘ ĐỘNG LỰC HỌC 60 4.1 Đặt vấn đề 60 4.2 Mô tả cấu trúc RBFNN 62 4.3 Thiết kế luật điều khiển động học 64 4.4 Thiết kế luật điều khiển động lực học 65 4.5 Phân tích tính ổn định 67 4.6 Kết mô 72 4.7 Kết luận Chương 77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79 Những nội dung nghiên cứu luận án 79 Những đóng góp luận án 79 Định hướng nghiên cứu phát triển 80 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC SƠ ĐỒ KHỐI MATLAB/SIMULINK CỦA CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VỊNG KÍN 87 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Các tham số rô bốt di động [21] 39 Bảng 2.2 So sánh điểm khác biệt hai phương pháp điều khiển 42 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mối liên hệ toán nghiên cứu lĩnh vực rơ bốt di động 17 Hình 1.2 Mơ tả góc trượt xe tự hành kiểu bánh bị trượt bánh xe 20 Hình 1.3 Một rô bốt di động tượng trượt bánh xe 21 Hình 2.1 Cấu trúc mạng nơ ron lớp 28 Hình 2.2 Tọa độ mục tiêu hệ tọa độ gắn thân rô bốt M-XY 30 Hình 2.3 Sơ đồ khối tồn hệ thống điều khiển vòng kín 32 Hình 2.4 Đồ thị tốc độ trượt theo thời gian 38 Hình 2.5 So sánh hiệu bám hai phương pháp Ví dụ 4.1 40 Hình 2.6 So sánh sai lệch bám vị trí Ví dụ 4.1 40 Hình 2.7 Các mơ men quay Ví dụ 4.1 hai phương pháp điều khiển 41 Hình 3.1 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển chương 44 Hình 3.2 Cấu trúc mạng sóng Gaussian – GWN 44 Hình 3.3 So sánh quỹ đạo ví dụ 3.1 56 Hình 3.4 So sánh sai lệch bám vị trí e1,2 Ví dụ 3.1 hai phương pháp điều khiển Chương Chương .57 Hình 3.5 So sánh mô men quay hai phương pháp điều khiển 58 Hình 3.6 Đánh giá hiệu biện pháp xử lý chattering hai bánh xe 58 Hình 4.1 Khả đáp ứng động đầu điều khiển 60 Hình 4.2 Sơ đồ khối phương pháp điều khiển Chương 63 Hình 4.3 Cấu trúc mạng nơ ron RBFNN 63 Hình 4.4 So sánh hiệu bám quỹ đạo phương pháp điều khiển với phương pháp điều khiển Chương 73 Hình 4.5 So sánh sai lệch vị trí phương pháp điều khiển 75 Hình 4.6 so sánh sai lệch bám vận tốc góc bánh PHẢI bánh TRÁI hai phương pháp điều khiển .76 Hình 4.7 So sánh mơ men quay hai phương pháp điều khiển .77 Hình P.1 Sơ đồ khối Matlab/Simulink mơ tả mơ hình rơ bốt di động 87 Hình P.2 Sơ đồ khối mơ tả mơ hình động lực học rơ bốt di động .87 Hình P.3 Sơ đồ khối mơ tả mơ hình động học rơ bốt di động .88 Hình P.4 Sơ đồ khối Matlab/Simulink luật điều khiển Chương 2, 3, 88 Hình P.5 Sơ đồ khối điều khiển Chương 89 Hình P.6 Sơ đồ khối mạng nơ ron lớp (với tên nhãn neural network) Chương 89 Hình P.7 Sơ đồ khối điều khiển kiểu backstepping Chương 90 Hình P.8 Sơ đồ khối điều khiển vòng động lực học phía Chương .90 Hình P.9 Sơ đồ khối mơ tả thành phần bền vững cấp động lực học Chương 91 Hình P.10 Sơ đồ khối điều khiển động học phía ngồi Chương 91 Hình P.11 Sơ đồ khối thành phần bền vững động học Chương 91 Hình P.12 Sơ đồ khối điều khiển vòng động lực học Chương .92 Hình P.13 sơ đồ khối thành phần bền vững động lực học Chương 92 Hình P.14 Sơ đồ khối điều khiển động học phía ngồi Chương 93 Hình P.15 Sơ đồ khối thành phần bền vững động học Chương 93 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Ý nghĩa Đơn vị Bán kính bánh xe chủ động m R Vận tốc góc bánh phải rad/s L Vận tốc góc bánh trái rad/s b Một nửa khoảng cách hai bánh xe chủ động m  Vận tốc tịnh tiến rô bốt di động không tồn trượt bánh xe m/s  Vận tốc tịnh tiến rơ bốt di động có tồn trượt bánh xe m/s  Vận tốc góc rơ bốt di động không tồn trượt bánh xe rad/s  Vận tốc góc rơ bốt di động có tồn trượt bánh xe rad/s M trung điểm trục nối hai bánh xe chủ động G Trọng tâm phần cứng rô bốt di động a Khoảng cách M G m  Tọa độ hướng rô bốt di động rad r 10 ... Văn Tính NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN MỘT SỐ THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN RƠ BỐT DI ĐỘNG CĨ TÍNH ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA TRƯỢT BÁNH XE Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 9.52.02.16 LUẬN ÁN TIẾN... xe chủ động m  Vận tốc tịnh tiến rô bốt di động không tồn trượt bánh xe m/s  Vận tốc tịnh tiến rơ bốt di động có tồn trượt bánh xe m/s  Vận tốc góc rơ bốt di động không tồn trượt bánh xe rad/s... Hình 1.1 Mối liên hệ toán nghiên cứu lĩnh vực rơ bốt di động 17 Hình 1.2 Mơ tả góc trượt xe tự hành kiểu bánh bị trượt bánh xe 20 Hình 1.3 Một rô bốt di động tượng trượt bánh xe 21 Hình 2.1