Để giải HPTVP phi tuyến không dừng chuyển động của UAV (hệ phương trình (3.16)), không thể giải bằng phương pháp giải tích được mà phải lựa chọn phương pháp số. Hệ phương trình này bao gồm phần lớn là các phương trình vi phân thường, tức là không phải là phương trình vi phân đạo hàm riêng. Ngoài các phương trình vi phân còn có các biểu thức đại số, lượng giác, các bất đẳng thức biểu diễn các ràng buộc, vùng không nhạy, vùng bão hòa... Luận án đã chọn phương pháp số Runge-Kutta có chọn bước tính tự động thay đổi (variable step) để giải HPTVP nói trên. Công cụ toán học này đã được cài đặt sẵn trong Simulink/simulation/simulation parameters. Độ chính xác tương đối được chọn là 10-3. Việc chọn bước tính tự động để phù hợp với sự biến đổi các tham số trong hệ phương trình nói trên. Các biểu thức đại số và lượng giác được thực hiện bằng cách nối các đầu vào và đầu ra
tương ứng với các khối có sẵn trong Simulink hoặc tự tạo (user-defined function).
Từ mô hình động lực học của UAV (hệ phương trình (3.16)), các tham số đặc trưng của UAV, quy luật điều khiển (3.63), các chương trình quỹ đạo đã tìm được trong chương 2. Ta xây dựng sơ đồ cấu trúc vòng điều khiển kín kênh chuyển động dọc hạ cánh theo chương trình của UAV thể hiện Hình 4.47. 2 2 2 2 c y n K p p c H K ct H W0 p H c ny c 1 H c y n K T p K . z c K 1 p z p K 1 1 T p yct n y c n K ct i K p
Hình 4.47. Sơ đồ cấu trúc vòng điều khiển kín kênh chuyển động dọc hạ cánh theo chương trình của UAV
Ta xây dựng mô hình mô phỏng vòng điều khiển kín kênh chuyển động dọc của UAV bằng sử dụng phần mềm Matlab Silulink. Sơ đồ mô phỏng từng khối trong vòng điều khiển kín được trình bày cụ thể trong phụ lục 3.
Trong sơ đồ mô phỏng khối điều khiển góc chúc ngóc Hình 4.48, các giá trị teta_mm1, Ny_mm1, H_mm1 trong khối điều khiển góc chúc ngóc UAV là các giá trị góc chúc ngóc chương trình, quá tải đứng chương trình, độ cao chương trình được lấy từ phần tối ưu quỹ hạ cánh. Sử dụng công cụ tối ưu hóa Simulink Response Optimization trong Simulink, kết quả sẽ tìm được các hệ số Kp, Ki – tương ứng với các hệ số tỷ lệ, hệ số tích phân của bộ điều khiển
PI cũng như Kz , Kny- tương ứng với các hệ số cản dịu kênh dọc, hệ số loại trừ sai lệch quá tải.
Hình 4.48. Sơ đồ mô phỏng khối điều khiển góc chúc góc của UAV
Trong phần mềm Matlab- Simulink của hãng MathWorks đã xây dựng sẵn những chương trình tối ưu hóa cho hệ thống tự động theo tham số. Chương trình tối ưu hóa hệ thống cho phép ta chọn trước những chỉ tiêu tối ưu, những tham số cần tối ưu hóa, giới hạn tối ưu. Chương trình tối ưu hóa có khả năng xác định chính xác các tham số tối ưu trong khoảng thời gian rất nhỏ đáp ứng những chỉ tiêu tối ưu đặt ra.
Một trong những công cụ tối ưu hóa của Matlab - Simulink là "Simulink Design Optimization". Nhờ công cụ này, chúng ta có thể điều chỉnh tín hiệu
đáp ứng mong muốn trong mô hình Simulink bằng cách thêm khối "Check step Response Characteristics" vào trong mô hình thiết kế.
Hình 4.49. Thư viện công cụ của Simulink và công cụ tối ưu hóa
Hình 4.50. Bảng "Lookup Tables" trong Simulink
Để sử dụng công cụ tối ưu hóa, các hệ số Kp , Ki, Kz , Kny được tuyến tính hóa từng khúc theo thời gian dưới dạng các bảng "Lookup Tables", giá trị tại các đầu mút các khúc sẽ được lựa chọn bằng khối "Check step Response Characteristics" của Simulink (7). Có thể áp dụng phương pháp thực nghiệm (Z-N) do Ziegler và Nichols đề xuất kết hợp với phương pháp "chỉnh định bằng tay" để lựa chọn sơ bộ các hệ số này trước khi sử dụng khối "Check step Response Characteristics" của Simulink.
Các hệ số được tuyến tính hóa từng khúc theo thời gian dưới dạng các bảng "Lookup Tables" trong Simulink. Kết quả tuyến tính hóa từng khúc các hệ số Kp , Ki, Kz,Kny và lựa chọn giá trị các đầu mút của các khúc bằng khối "Check step Response Characteristics" trong bộ công cụ tối ưu hóa "Simulink Design Optimization" của Simulink. Kết quả tìm được giá trị các hệ số
Hình 4.51. Các hệ số
, , ,
z
p i ny
K K K K
Hình 4.52. Sự thay đổi cự ly của UAV theo thời gian
Bước tiếp theo chúng ta kìm các hệ số K0, KV để thực thi theo luật điều khiển (3.65). Quá trình tìm các hệ số này hoàn toàn tương tự giống như trên. kết quả cũng tìm được các hệ số K0, KV tương ứng.