6. Bố cục luận án
4.2. Kết quả thực nghiệm
Để xác định được kết quả thực nghiệm điều khiển xe hai bánh tự cân bằng, tác giả thực hiện theo các bước sau:
1. Khởi động máy tính PC + Khởi động chương trình Matlab – Simulink. 2. Mở file Simulink
3. Kết nối bo mạch Adruno trên mô hình xe hai bánh với máy tính qua I/O USB 4. Bật nguồn cung cấp cho mô hình xe hai bánh
5. Build mô hình Simulink, quá trình này sẽ chuyển đổi mô hình Simulink sang dạng sdf (file mô tả hệ thống) và lưu nó trong bộ vi xử lý của bo mạch Adruno. 6. Chạy file Simulink để điều khiển xe hai bánh tự cân bằng.
Kết quả thực nghiệm như sau:
Hình 4.17. Đáp ứng của hệ thống xe hai bánh tự cân bằng khi không mang tải
Nhận xét: Về mặt lý thuyết: khi hệ thống điều khiển đảm bảo góc nghiêng của xe cân bằng quanh góc 0 Độ thì điện áp đặt vào động cơ dao động quanh 0 V, tốc độ bánh đà dao động quanh 0 Rad/s. Tuy nhiên, kết quả điều khiển thực cho thấy: Khi xe không mang tải, hệ thống điều khiển duy trì cho góc nghiêng của xe cân bằng quanh góc 0 Độ (từ -0,1 0,1 Độ), nhưng điện áp đặt vào động cơ dao động quanh giá trị >0 V (xấp xỉ 4 V), tốc độ bánh đà dao động quanh giá trị -4-6 Rad/s. Kết quả thực nghiệm trên cho thấy mô hình xe hai bánh không có được điều kiện cân bằng về khối lượng giữa hai phía của xe nên khi hoạt động để duy trì góc nghiêng của xe quanh góc 0 Độ thì hệ thống điều khiển phải tự điều chỉnh để đảm bảo xe cân bằng hai phía quanh góc 0 Độ bằng cách cấp điện
Time (giây)
Góc nghiêng
Vận tốc góc nghiêng
Vận tốc bánh đà
Điện áp điều khiển
Đ ộ Đ ộ /s R a d/s V ôn
cho động cơ quay theo một chiều cố định để sinh ra một mô men cân bằng với mô men trọng lực của xe do xe bị nghiêng về phía có khối lượng lớn gây ra. - Hoạt động của xe hai bánh tự cân bằng khi chịu tác động của ngoại lực được thể hiện trong hình 4.18 như sau:
Hình 4.18. Đáp ứng của hệ thống xe hai bánh tự cân bằng khi tác động lực vào xe hai bánh
Nhận xét: Khi xe không mang tải và có ngoại lực tác động thì sau thời gian dao động (xấp xỉ 10s) với góc nghiêng xe biến đổi trong khoảng -0,50,5 Độ, hệ thống điều khiển xe duy trì cho góc nghiêng của xe cân bằng quanh góc 0 Độ. - Khi xe mang tải với khối lượng tải là mt 1, 25Kg đặt ở độ cao 0,25 m (cân bằng hai phía) được thể hiện trong hình 4.19 như sau:
Hình 4.19. Khi xe hai bánh mang tải
Đáp ứng của xe hai bánh khi mang tải được thể hiện trong hình 4.20 như sau:
Hình 4.20. Đáp ứng của hệ thống xe hai bánh tự cân bằng khi xe mang tải
Nhận xét: Khi xe mang tải (cân bằng hai phía) thì sau thời gian ngắn xe dao động (khoảng 10s) với biên độ góc nghiêng trong khoảng -1,10,8 Độ, hệ thống điều khiển xe duy trì góc nghiêng của xe quanh vị trí góc 0 Độ.
Time (giây) Đ ộ Đ ộ /s Rad /s V ôn Góc nghiêng Vận tốc góc nghiêng Vận tốc bánh đà
- Khi xe mang tải lệch tâm với khối lượng tải là mt 1, 25Kg đặt ở độ cao 0,25 m được thể hiện trong hình 4.21 như sau:
Hình 4.21. Khi xe mang tải lệch tâm
Đáp ứng của xe hai bánh khi mang tải được thể hiện trong hình 4.22 như sau:
Hình 4.22. Đáp ứng của hệ thống xe hai bánh tự cân bằng khi mang tải lệch tâm
Time (giây) Đ ộ Đ ộ /s Rad /s V ôn Góc nghiêng Vận tốc góc nghiêng Vận tốc bánh đà
Nhận xét: Khi xe mang tải lệch tâm thì sau thời gian ngắn dao động (khoảng 15s) với biên độ góc nghiêng dao động từ 01,5 Độ, hệ thống điều khiển tự động duy trì cân bằng xe quanh góc nghiêng 1 Độ (từ 1,1 0,8 Độ). Góc nghiêng cân bằng mới (khác góc 0 Độ) là vị trí đảm bảo xe cân bằng hai phía so với phương thẳng đứng, tương ứng vận tốc bánh đà dao động quanh giá trị 4 Rad/s, điện áp đặt vào động cơ quay bánh đà < 0 V.
- Sau khi thực nghiệm điều khiển xe hai bánh bằng Matlab – Simulink qua kết nối trực tiếp với bo mạch Adruno, tác giả đã viết Code phần điều khiển và nạp trực tiếp vào Adruno để xe tự hoạt động (Phần phụ lục 12 ABRB_alone.ino). Kết quả thực nghiệm điều khiển xe hai bánh tự cân bằng được thể hiện trong hình 4.23 như sau:
(a) Phía trên xe hai bánh
(b) Bên phải xe hai bánh
(c) Bên trái xe hai bánh
Nhận xét: Kết quả thực nghiệm khi nạp chương trình điều khiển vào Adruno để xe hoạt động độc lập cho thấy xe hai bánh có khả năng cân bằng ổn định khi xe đứng yên, khi xe chuyển động thẳng.