Đang tải... (xem toàn văn)
Tổng quan về cơ cấu bay thực hiện nhiệm vụ chữa cháy và đề xuất mô hình tại Việt Nam; mô hình hóa cơ cấu bay thực hiện nhiệm vụ chữa cháy; thiết kế bộ điều khiển cơ cấu bay thực hiện nhiệm vụ chữa cháy.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Mơ hình hóa điều khiển cấu bay ứng dụng thực nhiệm vụ chữa cháy PHẠM HỒNG HẢI Honghaipham.bk@gmail.com Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Giảng viên hướng dẫn 1: PGS TS Nguyễn Phạm Thục Anh Bộ mơn: Viện: Tự động hóa xí nghiệp cơng nghiệp Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội Giảng viên hướng dẫn 2: TS Nguyễn Đức Ánh Khoa: Tự động phương tiện kỹ thuật PCCC&CNCH Trường Đại học Phòng cháy chữa cháy HÀ NỘI, 11/2019 Chữ ký GVHD Chữ ký GVHD LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học PGS.TS Nguyễn Phạm Thục Anh TS Nguyễn Đức Ánh Các nội dung nghiên cứu, kết đề tài trung thực chưa công bố hình thức trước Những số liệu bảng biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá tác giả thu thập từ nguồn khác có ghi rõ phần tài liệu tham khảo Ngoài ra, luận văn sử dụng số nhận xét, đánh số liệu tác giả khác, quan tổ chức khác có trích dẫn thích nguồn gốc Nếu phát có gian lận tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung luận văn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội không liên quan đến vi phạm tác quyền, quyền gây trình thực (nếu có) Hà Nội, ngày 08 tháng 11 năm 2019 Tác giả Phạm Hồng Hải Xác nhận hoàn thành nội dung luận văn giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên i LỜI CẢM ƠN Sau thời gian học tập, tìm hiểu nghiên cứu đến luận văn tơi hồn thành Sẽ khơng thể có luận văn khơng có giúp đỡ thầy, cô môn Tự động hóa cơng nghiệp – Viện Điện – Trường đại học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt với hướng dẫn trực tiếp PGS.TS PGS.TS Nguyễn Phạm Thục Anh TS Nguyễn Đức Ánh hết lòng ủng hộ, động viên hướng dẫn kiến thức vô quý báu với đồng hành Tôi xin dành lời cảm ơn chân thành sâu sắc ! Tác giả thực Ký ghi rõ họ tên ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ .V DANH MỤC BẢNG BIỂU VIII DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT IX MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU BAY THỰC HIỆN NHIỆM VỤ CHỮA CHÁY VÀ ĐỀ XUẤT MƠ HÌNH TẠI VIỆT NAM 1.1 Tổng quan cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy 1.1.1 Tình hình phát triển nghiên cứu máy bay chữa cháy 1.1.2 Tình hình phát triển nghiên cứu UAV chữa cháy 1.2 Đề xuất mơ hình cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy 12 1.2.1 Đề xuất mơ hình 12 1.2.2 Thông số kỹ thuật 14 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA CƠ CẤU BAY THỰC HIỆN NHIỆM VỤ CHỮA CHÁY 15 2.1 Hệ quy chiếu ma trận chuyển đổi hệ trục tọa độ 16 2.1.1 Hệ quy chiếu 16 2.1.2 Ma trận chuyển đổi hệ trục tọa độ 17 2.2 Mô tả phương thức chuyển động thiết bị 18 2.3 Mơ hình động học 23 2.3.1 Vận tốc dài 23 2.3.2 Vận tốc góc 23 2.4 Mơ hình động lực học 24 2.4.1 Phương trình cân lực 24 2.4.2 Phương trình cân Moment 26 2.5 Mơ hình hóa động BLDC 26 iii 2.6 Sự thay đổi thông số kỹ thuật cấu phóng tên lửa chữa cháy 28 2.6.1 Sự thay đổi trọng tâm trọng lượng thiết bị phóng tên lửa 28 2.6.2 Phản lực tác động q trình phịng tên lửa chữa cháy 28 CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU BAY THỰC HIỆN NHIỆM VỤ CHỮA CHÁY 31 3.1 Mơ hình điều khiển 31 3.2 Thiết kế vòng điều khiển hướng, cao độ 35 3.2.1 Bộ điều khiển PID 35 3.2.2 Bộ điều khiển trượt (Sliding Mode Control) 37 3.2.3 Thiết kế điều khiển chiếu – tích phân (Integral Backstepping Control) 40 3.3 Thiết kế vịng điều khiển vị trí 43 3.3.1 Bộ điều khiển PID 43 3.3.2 Bộ điều khiển chiếu – tích phân 43 3.4 Thiết kế điều khiển bù cho giai đoạn phóng tên lửa chữa cháy 44 CHƯƠNG MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 46 4.1 Mô lựa chọn điều khiển vòng điều khiển hướng, cao độ 47 4.1.1 Bộ điều khiển PID 48 4.1.2 Bộ điều khiển trượt 49 4.1.3 Bộ điều khiển chiếu – tích phân 52 4.1.4 So sánh, lựa chọn khiển vòng điều khiển hướng, cao độ 56 4.2 Mô lựa chọn điều khiển cho vịng điều khiển vị trí 59 4.3 Mô điều khiển bù feedforward giai đoạn phóng tên lửa 61 4.4 Mơ tồn trình hoạt động cấu bay 62 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU 66 Kết luận 66 Hướng phát triển đề tài 66 PHỤ LỤC 70 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 0.1 Xe thang khơng thể tiếp cận phun đến tầng cao cơng trình vụ cháy tòa nhà GreenFell Hình 1.1 Máy bay chữa cháy dạng vận tải Hình 1.2 Trực thăng chữa cháy Hình 1.3 Gyroplane No.1 Hình 1.4 Mẫu Aerial Torpedo Hình 1.5 Mẫu UAV QueenBee Hình 1.6 Mẫu UAV FireBee Hình 1.7 Mẫu UAV Westland Wisp Hình 1.8 Mẫu UAV RMAX .9 Hình 1.9 Mẫu UAV Predator Hoa Kỳ .10 Hình 1.10 UAV chữa cháy công ty Aerones [5] .10 Hình 1.11 UAV thả bóng chữa cháy với cấu kẹp dạng cua [8] 11 Hình 1.12 Mơ hình Quadrotor chữa cháy đề xuất 13 Hình 2.1 Hệ quy chiếu quán tính hệ quy chiếu gắn với cấu bay 16 Hình 2.2 Các chuyển động thiết bị dọc trục zb: a Treo, b Tăng cao độ; 19 Hình 2.3 Chuyển động Roll xoay phải quanh trục xb: a) xoay theo chiều dương; b) xoay theo chiều âm 20 Hình 2.4 Chuyển động Pitch xoay xung quanh trục yb: a) xoay theo chiều dương; b) xoay theo chiều âm 21 Hình 2.5 Chuyển động Yaw xoay xung quanh trục zb: a) xoay theo chiều dương; b) xoay theo chiều âm 21 Hình 2.6 Chuyển động di chuyển thiết bị thực góc quay (a) pitch, (b) roll 23 Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý động BLDC trang thái ổn định [13] .27 Hình 2.8 Các lực ảnh hưởng tới cấu bay q trình phóng tên lửa chữa cháy 29 Hình 3.1 Cấu trúc hệ thống cấu bay đề xuất .33 v Hình 3.2 Cấu trúc mơ hình điều khiển phân tầng cho cầu bay 35 Hình 3.3 Cấu trúc điều khiển PID .35 Hình 3.4 Bộ điều khiển PID cho cao độ 36 Hình 3.5 Bộ điều khiển trượt cho góc roll .39 Hình 3.6 Bộ điều khiển chiếu – tích phân cho góc roll 42 Hình 3.7 Cấu trúc bù feedforward giai đoạn phóng tên lửa chữa cháy 45 Hình 4.1 Đáp ứng hướng cao độ điều khiển PID với tín hiệu đặt 48 Hình 4.2 Đáp ứng hướng cao độ điều khiển PID với tín hiệu đặt 49 Hình 4.3 Đáp ứng hướng cao độ điều khiển trượt với tín hiệu đặt .50 Hình 4.4 Tốc độ động điều khiển trượt với tín hiệu đặt .50 Hình 4.5 Đáp ứng hướng cao độ điều khiển trượt với tín hiệu đặt .51 Hình 4.6 Tốc độ động điều khiển trượt với tín hiệu đặt .51 Hình 4.7 Đáp ứng hướng cao độ điều khiển chiếu – tích phân với tín hiệu đặt 53 Hình 4.8 Tốc độ động điều khiển chiếu – tích phân với tín hiệu đặt 53 Hình 4.9 Đáp ứng hướng cao độ điều khiển chiếu – tích phân với tín hiệu đặt 54 Hình 4.10 Đáp ứng hướng cao độ điều khiển chiếu – tích phân với tín hiệu đặt 55 Hình 4.11 Sai lệch góc roll điều khiển với tín hiệu đặt 56 Hình 4.12 Sai lệch góc pitch điều khiển với tín hiệu đặt .57 Hình 4.13 Sai lệch góc yaw điều khiển với tín hiệu đặt 57 Hình 4.14 Sai lệch đáp ứng cao độ điều khiển với tín hiệu đặt 57 Hình 4.15 Sai lệch góc roll điều khiển với tín hiệu đặt 58 Hình 4.16 Sai lệch góc pitch điều khiển với tín hiệu đặt .58 Hình 4.17 Sai lệch góc yaw điều khiển với tín hiệu đặt 58 Hình 4.18 Sai lệch đáp ứng cao độ điều khiển với tín hiệu đặt 59 Hình 4.19 Vận tốc dài U, V điều khiển với tín hiệu đặt 59 vi Hình 4.20 Đáp ứng vị trí điều khiển với tín hiệu đặt 60 Hình 4.21 Vận tốc dài U, V điều khiển với tín hiệu đặt 60 Hình 4.22 Đáp ứng vị trí X, Y điều khiển với tín hiệu đặt .60 Hình 4.23 Đáp ứng vận tốc góc q giai đoạn phóng tên lửa chữa cháy 61 Hình 4.24 Đáp ứng góc θ giai đoạn phóng tên lửa chữa cháy 61 Hình 4.25 Cấu trúc điều khiển cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy 62 Hình 4.26 Đáp ứng cấu theo kịch hoạt động đề xuất .64 Hình 4.27 Tốc độ động với kịch đề xuất 65 vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Thông số cấu bay chữa cháy 14 Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy 46 Bảng 4.2 Thông số điều khiển PID cho vòng điều khiển hướng, cao độ 49 Bảng 4.3 Thông số điều khiển trượt cho vòng điều khiển hướng, cao độ 52 Bảng 4.4 Thông số điều khiển chiếu – tích phân cho vịng điều khiển hướng, cao độ 54 Bảng 4.5 Thông số điều khiển PID cho vịng điều khiển vị trí 60 Bảng 4.6 Thông số điều khiển chiếu – tích phân cho vịng điều khiển vị trí 61 Bảng 4.7 Thông số điều khiển khâu chiếu – tích phân cho giai đoạn 63 viii DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT STT Tên tiếng anh Dịch nghĩa PCCC Phòng cháy chữa cháy CNCH Cứu nạn cứu hộ PID Proportional Integral Derivative Bộ điều khiển tỷ lệ tích phân UAV Unmanned aerial vehicle Thiết bị bay không người lái ix Ở trường hợp, đặc biệt thời điểm giây, tốc độ động điều - chỉnh thay đổi với biên độ lớn, tần số cao dẫn tới ảnh hưởng xấu tới tuổi thọ động cơ, nhiên vấn đề giải việc thiết kế quỹ đạo chuyển động cấu bay không đồng thời điều khiển bám tín hiệu đặt để tránh ảnh hưởng chéo đáp ứng So sánh, lựa chọn khiển vòng điều khiển hướng, cao độ 4.1.4 Để đánh giá chất lượng điều khiển: PID, điều khiển trượt, điều khiển - chiếu tích phân; sai lệch góc roll, pitch, yaw cao độ với tín hiệu đặt (khơng nhiễu) tín hiệu đặt (có nhiễu) thể từ Hình 4.11 đến Hình 4.18 để đánh giá Với tín hiệu đặt (khơng có nhiễu) đáp ứng điều khiển trượt chiếu cho chất lượng tốt so với điều khiển PID Bộ điều khiển trượt giây đầu cho đáp ứng tốt hơn, nhiên thời điểm giây các, biên độ dao động đáp ứng φ , θ , ψ điều khiển trượt lớn so với điều khiển chiếu Với tín hiệu đặt (có nhiễu), điều khiển chiếu – tích phân cho chất lượng đáp ứng vượt trội điều khiển PID điều khiển trượt với thời gian đáp ứng nhanh (khoảng giây), không tồn sai lệch tĩnh Qua kết mô phỏng, lựa chọn điều khiển chiếu – tích phân với thơng số điều khiển Bảng 4.4 làm điều khiển cho vòng điều khiển hướng cao độ cho cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy Phi Error PID Sliding Intergal Back Angle (deg) -1 -2 -3 10 Time (s) Hình 4.11 Sai lệch góc roll điều khiển với tín hiệu đặt 56 Theta Error PID Sliding 2.5 Intergal Back Angle (deg) 1.5 0.5 -0.5 -1 10 Time (s) Hình 4.12 Sai lệch góc pitch điều khiển với tín hiệu đặt Psi Error PID Sliding Intergal Back Angle (deg) -1 -2 10 Time (s) Hình 4.13 Sai lệch góc yaw điều khiển với tín hiệu đặt Z Error 1.2 PID Sliding Intergal Back 0.8 Position (m)) 0.6 0.4 0.2 -0.2 10 Time (s) Hình 4.14 Sai lệch đáp ứng cao độ điều khiển với tín hiệu 57 Phi Error 1.5 PID Sliding Intergal Back 0.5 Angle (deg) -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 -3 10 Time (s) Hình 4.15 Sai lệch góc roll điều khiển với tín hiệu đặt Theta Error 1.5 PID Sliding Intergal Back 0.5 Angle (deg) -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5 10 Time (s) Hình 4.16 Sai lệch góc pitch điều khiển với tín hiệu đặt Psi Error PID Sliding Intergal Back -1 Angle (deg) -2 -3 -4 -5 -6 -7 10 Time (s) Hình 4.17 Sai lệch góc yaw điều khiển với tín hiệu đặt 58 Z Error 0.4 PID 0.2 Sliding Intergal Back Position (m)) -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1 -1.2 -1.4 10 Time (s) Hình 4.18 Sai lệch đáp ứng cao độ điều khiển với tín hiệu Mơ lựa chọn điều khiển cho vòng điều khiển vị trí 4.2 Với vịng điều khiển chiếu tích phân lựa chọn mục 4.1, điều khiển PID – chiếu tích phân cho vịng điều khiển vị trí đánh giá so sánh với tín hiệu đặt Tín hiệu đặt 1: Tín hiệu đặt - ( xd , yd ) thay đổi với hàm y = × t từ ( 0, 0, 0, ) đến ( 3, 3) khoảng thời gian ( 3, 3) giây tính từ thời điểm giây Tín hiệu đặt 2: Là tín hiệu đặt điều kiện có tín hiệu nhiễu - (F wx , Fwy ) = ( N , N ) tác động vào cấu bay (mơ q trình bay thực tế điều kiện có gió) Thơng số điều khiển PID điều khiển chiếu – tích phân trình bày bảng Bảng 4.5 Bảng 4.6 V U 2.5 PID PID Intergal Back Intergal Back 1.5 1.5 Velocity (m/s) Velocity (m/s) 1 0.5 0.5 0 -0.5 -0.5 -1 -1 10 15 20 10 15 Time (s) Time (s) Hình 4.19 Vận tốc dài U, V điều khiển với tín hiệu đặt 59 20 Y X 3.5 3.5 PID PID Intergal Back Intergal Back 2.5 2.5 2 Position (m) Position (m) 1.5 1.5 0.5 0.5 0 -0.5 -0.5 10 15 20 10 15 20 Time (s) Time (s) Hình 4.20 Đáp ứng vị trí điều khiển với tín hiệu đặt V U PID 2.5 PID Intergal Back Intergal Back 1.5 1.5 Velocity (m/s) Velocity (m/s) 0.5 -0.5 0.5 -0.5 -1 -1 -1.5 -2 -1.5 10 15 20 ( ) 10 15 20 ( ) Hình 4.21 Vận tốc dài U, V điều khiển với tín hiệu đặt X Y 4.5 4.5 PID PID Intergal Back 3.5 3.5 3 2.5 2.5 Position (m) Position (m) 2 1.5 1.5 1 0.5 0.5 Intergal Back 10 15 20 Time (s) 10 15 Time (s) Hình 4.22 Đáp ứng vị trí X, Y điều khiển với tín hiệu đặt Bảng 4.5 Thơng số điều khiển PID cho vịng điều khiển vị trí Bộ điều khiển Kp Ki Kd Vị trí x 5.5 0.3 1.25 Vị trí y 6.2 0.3 1.1 60 20 Bảng 4.6 Thông số điều khiển chiếu – tích phân cho vịng điều khiển vị trí Bộ điều khiển k5/k6 a9/a11 a10/ a12 Vị trí x 9.2 8.8 2.05 Vị trí y 7.5 8.5 0.8 Nhận xét điều khiển cho vịng điều khiển vị trí Qua kết mơ phỏng, ta thấy điều khiển tồn điều chỉnh nhiên điều khiển chiếu – tích phân điều kiện có nhiễu khơng có nhiễu cho chất lượng đáp ứng tốt với thời gian đáp ứng nhanh triệu tiêu sai lệch tĩnh 4.3 Mô điều khiển bù feedforward giai đoạn phóng tên lửa Q 1.5 Khong Bu Bu FeedFoward Angular Velocity (rad/sec) 0.5 -0.5 -1 14.95 15 15.05 15.1 15.15 Time (s) Hình 4.23 Đáp ứng vận tốc góc q giai đoạn phóng tên lửa chữa cháy Theta Khong Bu Bu FeedFoward Angle (deg) 14.95 15 15.05 15.1 15.15 Time (s) Hình 4.24 Đáp ứng góc θ giai đoạn phóng tên lửa chữa cháy Bộ điều khiển bù feedforward thiết kế theo phương trình PT 3.83 Để đánh giá hiệu khâu bù, mô cấu bay phóng tên lửa chữa cháy 61 thời thời điểm phóng 15s, lực moment tác động tới cấu bay Fms = -15.2 N; Mms = 3.8 N.m tồn thời gian τ = 0.15 s Hiệu khâu bù đánh giá qua thơng số đáp ứng góc θ vận tốc góc q Trong thời gian từ 15s tới 15.15, biên độ thay đổi giá trị nhỏ tương đương với việc cấu bay ổn định Các thay đổi lớn, cấu bay rung lắc có khả ảnh hưởng xấu tới việc phóng trúng mục tiêu tên lửa chữa cháy Kết mô trình bày Hình 4.23 Hình 4.24 Kết mô cho thấy hiệu khâu bù feedforward Trong giai đoạn phóng tên lửa chữa cháy, khơng có khâu bù, góc θ thay đổi với biên độ lớn 6.5o có khâu bù thay đổi xấp xỉ 2o Tuy nhiên để đảm bảo hiệu khâu bù feedforward, yêu cầu phải xác định xác thơng số cấu phóng đồng hóa thời điểm kích hoạt tên lửa chữa cháy kích hoạt điều khiển feedforward 4.4 Mơ tồn q trình hoạt động cấu bay Quá trình hoạt động cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy mô phần mềm Matlab với cấu trúc điều khiển Hình 4.25 Bao gồm điều khiển chính: - Bộ điều khiển cho vịng điều khiển vị trí (x, y) thiết kế luật điều khiển chiếu – tích phân trình bày mục 3.3 với thông số bảng Bảng 4.6 - Bộ điều khiển cho vòng điều khiển hướng, cao độ giai đoạn 1: di chuyển tiếp cận mục tiêu trình bày mục Thiết kế vịng điều khiển hướng, cao độ3.2 có thơng số điều khiển Bảng 4.4 Hình 4.25 Cấu trúc điều khiển cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy 62 - Bộ điều khiển bù feedforward nhằm triệt tiêu ảnh hưởng trình phóng tên lửa chữa cháy tới cấu bay trình bày mục 4.3 Trong khoảng thời gian phóng tên lửa chữa cháy, kích hoạt điều khiển bù feedforward đồng thời vơ hiệu hóa điều khiển vị trí nhằm tránh việc điều khiển vị trí tạo tín hiệu góc đặt (φd ;θ d ) với mục đích đưa cấu bay giá trị (xd , yd) lại làm lệch hướng phóng tên lửa chữa cháy - Bộ điều khiển cho vòng điều khiển hướng, cao độ giai đoạn 3: sau phóng tên lửa chữa cháy, di chuyển thực nhiệm vụ khác có thơng số trình bày Bảng 4.7 Bảng 4.7 Thông số điều khiển khâu chiếu – tích phân cho giai đoạn Bộ điều khiển Cao độ U1 Góc Roll U2 Góc Pitch U3 Góc Yaw U4 k4/ k1/k2/ k3 5.2 4.3 4.12 5.13 a7/a1/a3/a5 10.2 25.6 24.3 25.2 a8/a2/a4/ a6 2.8 3.5 3.34 3.5 Với cấu trúc điều khiển trên, kịch tín hiệu đặt mơ tả q trình hoạt động cấu bay sau: - Giai đoạn 1: Cơ cấu bay xuất phát từ tọa độ (0, 0, 0) bay lên cao độ (0, 0, 3m) với vận tốc 1m/s đồng thời quay góc yaw 45o với vận tốc 15o/s (Kết thúc thời điểm 3s) - Giai đoạn 2: Từ vị trí (0, 0, 3) di chuyển tới tọa độ (3 , 3, 3) với vận tốc m/s giữ nguyên góc yaw 45o (Kết thúc thời điểm 6s) - Giai đoạn 3: Giữ ổn định vị trí (3, 3, 3) góc yaw 45o từ 6s đến 15s - Giai đoạn 4: Tại thời điểm 15s, kích hoạt phóng tên lửa chữa cháy - Giai đoạn 5: Tại thời điểm 25s, di chuyển từ vị trí (3 , 3, 3) (0, 0, 3) với vận tốc m/s giữ nguyên góc yaw 45o (Kết thúc thời điểm 28s) - Giai đoạn 6: Di chuyển từ vị trí (0, 0, 3) (0, 0, 1) với vận tốc m/s giữ nguyên góc yaw 45o (Kết thúc thời điểm 30s) - Giai đoạn 7: Xoay góc yaw từ 45o 15o giây (Kết thúc thời điểm 31s) Đáp ứng cấu bay với kịch thể Hình 4.26 63 P -2 10 15 20 25 30 35 Time (s) 0.5 -5 10 15 20 25 30 35 Time (s) Phi Angular Velocity (deg/sec) Angular Velocity (deg/sec) Angular Velocity (deg/sec) -0.5 -1 10 15 30 35 20 25 30 35 20 25 30 35 20 25 30 35 Psi Angle (deg) Angle(deg) 25 40 20 20 Time (s) Theta 10 Angle (deg) R Q -20 -10 20 0 10 15 20 25 30 35 10 Time (s) 15 20 25 30 35 10 Time (s) 15 Time (s) V U W Velocity (m/s) Velocity (m/s) -2 10 15 20 25 30 Velocity (m/s) 0.2 -0.2 35 10 Time (s) 15 25 30 X 15 Time (s) 15 Z 20 25 30 35 Position (m) Position (m) 10 10 Y 5 Time (s) -2 35 Time (s) Position (m) 20 2 0 10 15 20 25 30 35 Time (s) Hình 4.26 Đáp ứng cấu theo kịch hoạt động đề xuất 64 10 15 Time (s) Motor 10000 50 5000 Motor Speed (RPM) Motor Throttle Command (%) 100 0 10 15 20 25 30 35 Time (s) Motor 10000 50 5000 Motor Speed (RPM) Motor Throttle Command (%) 100 0 10 15 20 25 30 35 Time (s) Motor 10000 50 5000 Motor Speed (RPM) Motor Throttle Command (%) 100 0 10 15 20 25 30 35 Time (s) Motor 10000 50 5000 Motor Speed (RPM) Motor Throttle Command (%) 100 0 10 15 20 25 30 35 Hình 4.27 Tốc độ động với kịch đề xuất Time (s) Nhận xét Kết mô cho thấy cấu bay đáp ứng tốt kịch đề xuất Các giá trị ( x, y, z, ψ ) bám sát giá trị đặt đặc biệt tín hiệu điều khiển cao độ z góc yaw ψ Vị trí (x, y) tồn điều chỉnh nhỏ trình di chuyển, nhiên nhanh chóng trạng thái ổn định đặc biệt chịu ảnh hưởng phản lực phóng tên lửa chữa cháy việc thay đổi thông số kỹ thuật cấu bay sau phóng tên lửa 65 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU Kết luận Trên toàn nội dung Luận văn tốt nghiệp: “Mơ hình hóa điều khiển cấu bay ứng dụng thực nhiệm vụ chữa cháy” với mục tiêu xây dựng mô hình tốn học thiết kế điều khiển nhằm ổn định hướng vị trí cho cấu bay giai đoạn trình thực nhiệm vụ chữa cháy Luận văn trình bày ba điều khiển: Bộ điều khiển PID, điều khiển trượt (Sliding Mode Control) điều khiển chiếu – tích phân (Intergal Backstepping Control) bù feedforward áp dụng cho giai đoạn phóng tên lửa chữa cháy cấu Mô thực phần mềm Matlab/Simulink nhằm đánh giá chất lượng đáp ứng điều khiển chất lượng đáp ứng cấu bay chu trình hoạt động Các kết mô cho thấy điều khiển chiếu – tích phân cho thấy ưu điểm hẳn điều khiển PID điều khiển trượt với đáp ứng đảm bảo yêu cầu bám theo giá trị mong muốn, thời gian đáp ứng nhanh, triệt tiêu sai lệch tĩnh có khả chống nhiễu tốt Bộ điều khiển bù feedforward cho thấy hiệu yêu cầu giảm thiểu ảnh hưởng q trình phóng tên lửa giữ cân hướng cấu bay đảm bảo phóng tên lửa trúng mục tiêu ngắm Với điều khiển lựa chọn, chất lượng đáp ứng cấu bay tương đối tốt với kịch thực nhiệm vụ chữa cháy theo yêu cầu Hướng phát triển đề tài Sau q trình thực luận văn, ta thấy đề tài nhiều hướng để phát triển nghiên cứu khoa học lẫn thực tiễn: - Cải thiện cấu trúc điều khiển nhằm triệt tiêu độ điều chỉnh đáp ứng vị trí vị trí (x,y) - Hiệu điều khiển bù feedforward phụ thuộc vào độ xác thơng số kỹ thuật q trình phóng đồng thời gian kích hoạt Nếu khơng xác định thơng số này, điều khiển bù feedforward có nguy trở 66 thành nguồn gây nhiễu tới hệ thống, cần phải nghiên cứu đánh giá thêm phương án điều khiển khác áp dụng giai đoạn - Thiết kế mơ hình hóa xác thơng số kỹ thuật cấu phóng tên lửa chữa cháy để đảm bảo tầm bắn tối ưu hiệu chữa cháy tối đa - Chế tạo, sản xuất cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy để áp dụng thực tế công tác chiến đấu nhằm giảm thiểu thiệt hại, thương vong cải thiện hiệu chữa cháy - Nâng cấp cấu trúc cấu bay chữa cháy để có khả mang theo nhiều phương tiện chữa cháy 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Đức Ánh, "Nghiên cứu xây dựng phương pháp tổng hợp điều khiển cho trực thăng chữa cháy rừng," Luân án Tiến sĩ, Viện khoa học công nghệ quân sự, 2016 [2] Burchan Aydin, Emre Selvi, Jian Tao, and Michael J, "Use of FireExtinguishing Balls for a Conceptual System of Drone-Assisted Wildfire Fighting,", vol 3, no 1, p 17, 2019 [3] Randal W Beard, "Quadrotor dynamics and control,", vol 19, no 3, pp 4656, 2008 [4] Samir Bouabdallah, "Design and control of quadrotors with application to autonomous flying," Epfl2007 [5] Cục Cảnh Sát Phòng cháy chữa cháy, cứu nạn, cứu hộ, "Báo cáo thống kê tình hình cháy nổ nước,", 2018 [6] Aerones Firefighting Drone Available: https://www.aerones.com/eng/firefighting_drone/ [7] Ben National Fire Protection Association Quincy Evarts, MA, "Fire loss in the united states during 2017,", 2018 [8] Maki K Habib, Wahied Gharieb Ali Abdelaal, and Mohamed Shawky Saad, "Dynamic modeling and control of a quadrotor using linear and nonlinear approaches,", 2014 [9] Keisuke Himoto, Yasuo Akimoto, Akihiko Hokugo, And Takeyoshi Tanaka, "Risk and behavior of fire spread in a densely-built urban area,", Fire Safety Science, vol 9, pp 267-278, 2008 [10] Dawei Li, Honglun Wang, and Wendong Gai, "Application of a feedforward controller with a disturbance observer for UAV during missile launch," in 2011 2nd International Conference on Artificial Intelligence, Management Science and Electronic Commerce (AIMSEC), 2011, pp 2811-2815: IEEE [11] Mehran Ebadollahi Noudeh, "Design And Control Of X5 Unmanned Aerial Robot," Middle East Technical University, 2015 68 [12] Nguyễn Doãn Phước, "Lý thuyết điều khiển tuyến tính,", Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2002 [13] Hailong Qin et al., "Design and implementation of an unmanned aerial vehicle for autonomous firefighting missions," in 2016 12th IEEE International Conference on Control and Automation (ICCA), 2016, pp 62-67: IEEE [14] Raquel Remington, R Cordero, L March, and D %J Unpublished Thesis) Florida International University Retrieved April Villanueva, "Multi-Purpose Aerial Drone for Bridge Inspection and Fire Extinguishing,", vol 10, p 2016, 2014 [15] Nguyễn Mạnh Tiến, "Phân tích điều khiển ROBOT cơng nghiệp," Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2013 [16] Y Yamada and T Nakamura, "Ummanned fire-fighting aerial vehicle to enable continuous water discharge," in No 16-2 Proc 2016 JSME Conf Robot Mechatronics, 2016, pp 2A2-07b3 69 PHỤ LỤC A.1 Đặc tính kỹ thuật động KDE4014XF-380 Linear Fit of RPM vs Throttle Setting C R : 54.1143 (RPM/%), b: 1089.2857 (RPM) 7000 6000 RPM (rev/min) 5000 4000 3000 2000 20 30 40 50 60 Throttle (%) 70 70 80 90 100 ... BỘ ĐIỀU KHIỂN CƠ CẤU BAY THỰC HIỆN NHIỆM VỤ CHỮA CHÁY Tại nội dung này, ta tiến hành xây dựng điều khiển cho cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy Như phân tích mục 2.2 2.6, để thực nhiệm vụ chữa cháy. .. thực nhiệm vụ chữa cháy đề xuất mơ hình Việt Nam - Chương 2: Mơ hình cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy - Chương 3: Thiết kế điều khiển cho cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy - Chương 4: Mô đánh giá... thiết 1.1 Tổng quan cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy Hiện để nói đến việc sử dụng cấu bay thực nhiệm vụ chữa cháy sử dụng, chia làm hai loại hình cấu chính: Máy bay chữa cháy có kích thước lớn