(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh

N C C N N P  N ỄN VĂN N N CỨ ỨN DỤN O N C Ặ CÂN BẰN C O BÀ O N Ề ỂN CÂN BẰN XE A B N N ÀN : L Ề ỂN VÀ Ự ỘN N VĂN Ề C SĨ OA C ỂN VÀ Ự ỘN ƯỜ DẪ K OA ƯỚ TS Vũ Ngọc iên Thái Nguyên – năm 2020 : ÓA ÓA i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Các kết quả, số liệu nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Thái ngun, ngày 20/7/2020 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Đô ii LỜI CẢM ƠN Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Vũ Ngọc Kiên, người trực tiếp bảo hướng dẫn em suốt thời gian qua Em xin bày tỏ lòng cảm ơn thầy cô giáo Khoa, môn đông đảo bạn bè, đồng nghiệp cổ vũ nhiều cho việc thực luận văn Mặc dù bảo sát thầy hướng dẫn, nỗ lực cố gắng thân Song kiến thức hạn chế, nên chắn luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót định Em mong bảo thầy cô giáo góp ý chân thành bạn Em xin chân thành cảm ơn! iii MỞ ĐẦU Tăng tốc độ xử lý tính tốn hướng ưu tiên nghiên cứu lĩnh vực kỹ thuật Để tăng tính tốn, có số hướng tiếp cận sau: Sử dụng tối ưu thông lượng nhớ cho vi xử lý song song Phân rã tốn lập trình song song theo nghĩa tính tốn hiệu cao Quay dùng chip tương tự mạng nơ ron tế bào (CNN) Tìm cách giảm độ phức tạp thuật tốn mà đảm bảo sai số theo yêu cầu Giảm độ phức tạp thuật tốn giảm bậc mơ hình mà luận văn tập trung nghiên cứu Trong năm gần đây, nghiên cứu giảm bậc mơ hình xe hai bánh tự cân nhiều nhà khoa học giới quan tâm Một khó khăn vấn đề nghiên cứu xe hai bánh khả trì cân ổn định địa hình khác Trong đó, vấn đề khó khăn nghiên cứu điều khiển cân xe hai bánh Để giải vấn đề cân xe hai bánh, có ba phương pháp sau: (i) điều khiển cân bằng bánh đà, (ii) điều khiển cân sử dụng lực ly tâm (iii) điều khiển cân cách thay đổi tâm trọng lực Trong số ba phương pháp đó, cân nhờ sử dụng bánh đà có ưu điểm đáp ứng nhanh cân xe không di chuyển Do xe hai bánh thường phải làm việc điều kiện khác nhau, tải trọng mang theo thay đổi, ngoại lực tác động vào xe thay đổi nên việc mơ hình hóa xe hai bánh tự cân gặp nhiều khó khăn coi xe hai bánh đối tượng bất định Do tính chất bất định mơ hình xe hai bánh nên thuật tốn điều khiển bền vững nghiên cứu thích hợp Lý thuyết điều khiển H∞ lý thuyết điều khiển đại cho việc thiết kế điều khiển tối ưu bền vững cho đối tượng điều khiển có thơng số thay iv đổi chịu tác động nhiễu bên Tuy nhiên, thiết kế điều khiển theo lý thuyết điều khiển H∞, điều khiển thu thường có bậc cao (bậc điều khiển xác định bậc đa thức mẫu) Bậc điều khiển cao có nhiều bất lợi đem thực điều khiển xe hai bánh, mã chương trình phức tạp Vì vậy, việc giảm bậc điều khiển mà đảm bảo chất lượng có ý nghĩa thực tiễn Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu đánh giá ưu nhược điểm phương pháp giảm bậc mô hình - Nghiên cứu xây dựng mơ hình xe hai bánh tự cân thiết kế hệ thống điều khiển cân mơ hình xe hai bánh - Ứng dụng thuật toán chặt cân hệ thống điều khiển cân xe hai bánh Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Các thuật toán giảm bậc mơ hình, xe hai bánh tự cân - Phạm vi nghiên cứu: Thuật toán chặt cân cho hệ tuyến tính ổn định khơng ổn định; toán điều khiển cân xe hai bánh Phương pháp nghiên cứu - Thu thập nội dung phương pháp giảm bậc mơ hình, thuật tốn điều khiển cân xe hai bánh thơng qua sách, tạp chí chuyên ngành qua mạng internet - Lựa chọn thuật tốn thuật tốn giảm bậc mơ hình có khả giảm bậc hệ ổn định không ổn định - Lựa chọn thuật toán điều khiển cân xe dựa khả hoạt động ổn định xe hai bánh Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Áp dụng thuật toán chặt cân để giảm bậc điều khiển bậc cao giúp giảm độ phức tạp thuật tốn điều khiển, giảm thơng tin thừa, tăng tốc độ xử lý Mơ hình giảm bậc sử dụng giúp xử lý tín hiệu cách đơn giản, tăng tốc v độ tính tốn, thiết kế hệ thống điều khiển đơn giản đồng thời đảm bảo độ xác yêu cầu Nội dung luận văn gồm chương sau: Chương 1: Tổng quan giảm bậc mơ hình Chương 2: Thuật tốn giảm bậc mơ hình Chương 3: Ứng dụng giảm bậc mơ hình cho tốn điều khiển cân xe hai bánh Sau thời gian tìm hiểu nghiên cứu đặc biệt hướng dẫn Thầy TS Vũ Ngọc Kiên luận văn em hồn thành Trong q trình thực luận văn, chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Em mong bảo thầy giáo, giáo góp ý chân thành bạn vi MỤC LỤC Nội dung Trang LỜI CAM ĐOAN .i LỜI CẢM ƠN ii MỞ ĐẦU iii MỤC LỤC vi Danh mục bảng viii Danh mục hình vẽ, đồ thị ix Danh mục ký hiệu viết tắt xii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GIẢM BẬC MƠ HÌNH 1.1 Giới thiệu giảm bậc mơ hình 1.2 Bài tốn giảm mơ hình 1.3 Các phương pháp giảm bậc mơ hình ủa hệ thống điều khiển cân xe hai bánh sử dụng điều khiển gốc điều khiển bậc theo thuật toán chặt cân trực tiếp Chất lượng đáp ứng hệ thống điều khiển cân xe hai bánh sử dụng điều khiển bậc tham số mơ hình thay đổi + Số lần dao động: lần + Thời gian ổn định : s + Sai lệch tĩnh : 0% 59 Dap ung goc nghieng dau - Ban dau xe lech goc pi/180 0.02 Su dung bo dieu khienr bac 15 Su dung bo dieu khien bac theo thuat toan chat can bang truc tiep Su dung bo dieu khien bac theo thuat toan chat can bang truc tiep 0.015 Radian 0.01 0.005 -0.005 -0.01 Time (sec) 10 12 Hình 26 Đáp ứng đầu hệ thống điều khiển cân xe hai bánh sử dụng điều khiển gốc điều khiển bậc 4, bậc theo thuật toán chặt cân trực tiếp Chất lượng đáp ứng hệ thống điều khiển cân xe hai bánh sử dụng điều khiển bậc tham số mơ hình thay đổi + Số lần dao động: lần + Thời gian ổn định : s + Sai lệch tĩnh : 0% Chất lượng đáp ứng hệ thống điều khiển cân xe hai bánh sử dụng điều khiển bậc tham số mơ hình thay đổi + Số lần dao động: lần + Thời gian ổn định : s + Sai lệch tĩnh : 0% 60 Dap ung goc nghieng dau - Ban dau xe lech goc pi/180 0.02 Su dung bo dieu khienr bac 15 Su dung bo dieu khienr bac theo thuat toan chat can bang truc tiep 0.015 Radian 0.01 0.005 -0.005 -0.01 Time (sec) 10 Hình 27 Đáp ứng đầu hệ thống điều khiển cân xe hai bánh sử dụng điều khiển gốc điều khiển bậc 4, bậc theo thuật toán chặt cân trực tiếp Chất lượng đáp ứng hệ thống điều khiển cân xe hai bánh sử dụng điều khiển bậc tham số mô hình thay đổi + Số lần dao động: lần + Thời gian ổn định : s + Sai lệch tĩnh : 0% Nhận xét: - Sử dụng điều khiển bậc 5,4, 3, theo thuật toán chặt cân trực tiếp điều khiển cân cho mơ hình xe hai bánh, đáp ứng đầu điều khiển bậc hoàn tồn trùng khít với đáp ứng đầu điều khiển gốc, đáp ứng đầu điều khiển bậc có sai khác so với đáp ứng điều khiển gốc Đáp ứng đầu điều khiển bậc 3, bậc có sai khác nhiều so với đáp ứng điều khiển gốc 61 3.5 Kết luận chương Mô hình hóa xe hai bánh tự cân cho thấy đối tượng phi tuyến có số tham số xe hai bánh tự cân bất định để đảm bảo yêu cầu điều khiển ổn định xe hai bánh điều khiển bền vững RH ∞ thích hợp cho hệ thống điều khiển cân xe hai bánh Thiết kế điều khiển bền vững cho xe hai bánh thu điều khiển bậc 15 Để nâng cao chất lượng điều khiển cần phải thực giảm bậc điều khiển để mã chương trình trở lên đơn giản hơn, giảm thời gian xử lý, tăng tốc độ đáp ứng mà thoả mãn yêu cầu ổn định bền vững hệ thống Thực giảm bậc điều khiển theo thuật toán chặt cân trực tiếp gián tiếp cho thấy: Có thể sử dụng điều khiển bậc theo thuật toán chặt cân gián tiếp, điều khiển bậc 5, bậc 4, bậc 3, bậc theo thuật toán chặt cân trực tiếp để điều khiển cân xe hai bánh ...