Nghiên cứu và xây dựng hệ thống điều khiển robot tự hành di chuyển bằng bánh xe sử dụng thuật toán điều khiển logic mờ

Định nghĩa tập mờ và các thuật ngữ liên quan

Chúng ta vẫn quen với việc khảo sát một hàm với một tập xác định và một tập giá trị kinh điển, nhưng một hàm phụ thuộc thì không thể ánh xạ tất cả các phần tử trong tập hợp Mờ, hay trong thực tế không thể giải quyết tất cả các trường hợp của một vấn đề. Cho nên đối với một tập hợp Mờ thì số lượng hàm phụ thuộc là không xác định và điều này nó cho phép những hệ thống Mờ có được tiện ích tối đa trong một tình huống cho trước. Như vậy khái niệm tập hợp và ánh xạ trong lý thuyết Mờ rất rộng lớn nên đủ khả năng để ta mô hình hoá các vấn đề thực tế phức tạp một cách đơn giản dễ hiểu.

Trong Chương IV này sẽ đi vào xây dựng mô hình robot trên phần mềm mô phỏng Matlab- Simulink, và cũng trên đó một bộ điều khiển mờ sẽ được xây dựng và sử dụng để điều khiển mô hình robot đó.

Matlab Simulink

Ta có thể sử dụng tất cả các công cụ phân tích trên Matlab, do đó sẽ rất dễ dàng để lấy kết quả tính toán được để tiếp tục mô phỏng, phân tích và làm trực quan hóa chúng. Matlab được tích một bộ công cụ toolbox với nhiều mô hình dành cho việc mô phỏng các hệ thống khác nhau như: xử lý tín hiệu số, hệ thống tự động điều khiển, hệ thống điện, mạng nơ ron, hệ thống suy luận mờ…. Nó cung cấp nhiều công cụ hữu ích cho người sử dụng để tạo và soạn thảo hệ thống suy luận mờ ( FIS ) trong Command Windown của Matlab hoặc chúng có thể xây dựng riêng bằng ngôn ngữ lập trình mà gọi các hệ thống mờ trong Fuzzy Logic Toolbox.

Người sử dụng có thể làm việc bằng các dòng lệnh đó, những Toolbox này thiên về những công cụ giao diện đồ họa (GUI) để giúp người sử dụng hoàn tất công việc một cách dễ dàng hơn.

Thuật toán điều khiển Mobile robot, định nghĩa các biến vào ra Như mô hình Mobile robot đã xây dựng ở Chương II, robot gồm 3 bánh, 2

Do vậy cần chọn kiểu hàm liên thuộc có phần chồng lên nhau và phủ kín miền giá trị vật lý, để trong quá trình điều khiển không xuất hiện “lỗ hổng” và tránh trường hợp với một giá trị vật lý rừ đầu vào x0 mà tập mờ đầu ra cú độ cao bằng khụng (miền xỏc định là tập rỗng ) và bộ điều khiển không thể đưa ra một quyết định điều khiển nào được gọi là hiện tượng “cháy nguyên tắc”. Mặt khác, hàm liên thuộc được chọn sao cho miền tin cậy của nó chỉ có một phần tử, hay nói cách khác chỉ tồn tại một điểm vật lý có độ phụ thuộc bằng độ cao của tập mờ. Ví dụ một trường hợp luật R1 như hình 4.13, Mobile robot đi ra ngoài quỹ đạo, sai số khoảng cách một khoảng là Δex = AM (âm) và sai số góc định hướng Δet = AM.

Lúc này, để về quỹ đạo ban đầu thì đòi hỏi bánh trái phải quay nhanh (NHANH ) và bánh phải quay chậm lại ( CHAM ) ứng với luật R1.

Xây dựng sơ đồ khối toàn bộ của Mobile robot

Mô hình hoạt động của robot xây dựng trên Matlab Simulink có thể được xây dựng dựa trên sơ đồ hình 4.6. Xác lập các thông số đầu vào ban đầu cho Mobile robot Bộ điều khiển mờ FLC chính là khối FUZZY CONTROL. Tín hiệu đầu vào và tín hiệu hồi được cộng lại bằng các bộ sum sẽ được đưa vào bộ điều khiển FUZZY CONTROL.

Hai tín hiệu hồi tiếp X và T được lấy ra, đưa về để tính sai lệch vị trí Δex và sai lệch góc định hướng Δet để đưa vào khối điều khiển FLC.

Kết quả mô phỏng quá trình

Trong trường hợp này ta không xét tới những ảnh hưởng của nhiễu, tức là giá trị các nhiễu trắng (white noise) mà ta thay thế cho các nhiễu ảnh hưởng bởi cảm biến. Rừ ràng khi xột tới nhiễu đường đỏp ứng của hệ thống khụng cũn trơn mịn như trước nữa, tuy nhiên hệ thống vẫn bám theo quỹ đạo đặt với sai lệch là chấp nhận được. - Thời gian quá độ là không dài có nghĩa hệ thống có khả năng tác động tương đối nhanh (khoảng 1,2 ÷ 1,8 s) ngay cả khi có nhiễu tuy rằng đường đi của robot không hoàn toàn như giá trị đặt nhưng robot luôn có xu hướng bám sát với quỹ đạo đặt.

- Phần giới thiệu về quá trình xây dựng mô hình thực cũng như áp dụng bộ điều khiển mờ cho bài toán điều hướng tự hành hoạt động trong môi trường không biết trước sẽ được trình bày chi tiết trong chương V.

Khối mạch công suất

Do đó chỉ có thể điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách là thêm trở phụ vào phần ứng hoặc thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ. - Thứ nhất: khi thay đổi tốc độ động co bằng thay đổi điện áp thì độ cứng đặc tính cơ không đổi, còn khi thay đổi tốc độ bằng thay đổi điện trở phụ thì đặc tính cơ là thay đổi (nhỏ hơn). - Thứ hai: thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ không gây ra tổn hao năng lượng, còn khi sử dụng điện trở phụ sẽ gây ra tổn hao trên trở phụ.

- Thứ ba: thay đổi trở phụ mắc vào phần ứng động cơ làm cho hằng số thời gian động cơ thay đổi dẫn đến các đặc tính quá độ thay đổi, điều này là không tốt, cần tránh.

Gia công các khối mạch

Hỗ trợ mạch in tối đa 12 lớp, mạch in có thể được số hóa để gia công trên các máyCNC.

Cảm biến

Để phát hiện vật thể, trước hết phải cấp xung 10us cho Trigger để cảm biến hoạt động. Khi xung phát ra thì đồng thời bộ đếm thời gian (timer 16bit) hoạt động, khi có xung phản hồi về chân Echo thì bộ vi điều khiển sẽ tính được thời gian đi của sóng âm. Giới hạn thời gian sóng âm xuất ra tới khi phản hồi về từ 100us – 25ms, sau 30ms mà không có tín hiệu về chân Echo thì không xác định được vật thể.

Thời gian mà bộ đếm thời gian tính được sẽ sử dụng để tính ra khoảng cách.