5.2. Phương pháp điều khiển PID
5.2.2. Xây dựng mơ hình Quadrotor trong Matlab Simulink
Mơ hình điều khiển Quadrotor bằng phương pháp PID tương tự như mơ hình điều khiển Quadrotor bằng phương pháp Backstepping và SMC nhưng chỉ khác nhau luật điều khiển.
Các thông số vật lý cũng lựa chọn giống như mơ hình điều khiển Quadrotor bằng phương pháp Backstepping và SMC
Trang 77
Hình 5.17. Luật điều khiển U1, U2 , U3, U4
Khối luật điều khiển U1, U2 , U3, U4 được xây dựng trong Matlab/ Simulink từ các phương trình (5.13 đến 5.16) để tính tốn luật điều khiển cho mơ hình Quadrotor phương pháp điều khiển PID.
Trang 78
5.2.3. Kết quả mô phỏng
❖ Thông số mong muốn trường hợp tổng quát
Thông số Mô tả Giá trị
phi_d Góc Roll mong muốn quadrotor đạt được 50
theta_d Góc Pitch mong muốn quadrotor đạt được 80
psi_d Góc Yaw mong muốn quadrotor đạt được 100
z_d Độ cao mong muốn quadrotor đạt được 10m
Bảng 5.2. Thơng số mong muốn của mơ hình trường hợp tổng quát
❖ Góc nghiêng Roll
Hình 5.18 . Góc nghiêng Roll
Đồ thị hình 5.18 biểu diễn góc Roll trong luật điều khiển U2 (Luật điều khiển góc nghiêng Roll). Trong thời gian đầu tín hiệu có dao động nhưng sau khoảng 10s tín hiệu đã hoàn toàn ổn định
Trang 79 ❖ Đáp ứng góc nghiêng Roll (50)
Hình 5.19. Đáp ứng góc nghiêng Roll
Đồ thị hình 5.19 biểu diễn đáp ứng góc nghiêng Roll của Quadrotor trong không gian. Trong thời gian đầu tín hiệu điều khiển có dao động nhưng sau khoảng 10s tín hiệu điều khiển bám theo tín hiệu đặt và ổn định
❖ Góc lật Pitch
Hình 5.20. Góc Pitch
Đồ thị hình 5.20 biểu diễn góc Pitch trong luật điều khiển U3 (Luật điều khiển góc lật Pitch). Trong thời gian đầu tín hiệu có dao động nhưng sau khoảng 10s tín hiệu đã hồn tồn ổn định.
Trang 80 ❖ Đáp ứng góc lật Pitch (80)
Hình 5.21. Đáp ứng góc lật Pitch
Đồ thị hình 5.21 biểu diễn đáp ứng góc lật Pitch của Quadrotor trong khơng gian. Trong thời gian đầu tín hiệu điều khiển có dao động nhưng sau khoảng 10s tín hiệu điều khiển bám theo tín hiệu đặt và ổn định
❖ Góc xoay Yaw
Hình 5.22. Góc Yaw
Đồ thị hình 5.22 biểu diễn góc Yaw trong luật điều khiển U4 (Luật điều khiển góc xoay Yaw). Trong thời gian đầu tín hiệu có dao động nhưng sau khoảng 10s tín hiệu đã hoàn toàn ổn định.
Trang 81 ❖ Đáp ứng góc xoay Yaw (100)
Hình 5.23. Đáp ứng góc xoay Yaw
Đồ thị hình 5.23 biểu diễn đáp ứng góc xoay Yaw của Quadrotor trong khơng gian. Trong thời gian đầu tín hiệu điều khiển có dao động nhưng sau khoảng 10s tín hiệu điều khiển bám theo tín hiệu đặt và ổn định.
❖ Độ cao z
Hình 5.24. Độ cao z
Đồ thị hình 5.24 biểu diễn độ cao z trong luật điều khiển U1 (Luật điều khiển độ cao). Trong thời gian đầu tín hiệu có dao động nhưng sau khoảng 10s tín hiệu đã hồn tồn ổn định
Trang 82 ❖ Đáp ứng độ cao z (10m)
Hình 5.25. Đáp ứng độ cao z
Đồ thị hình 5.25 biểu diễn đáp ứng độ cao z của Quadrotor trong không gian. Trong thời gian đầu tín hiệu điều khiển có dao động nhưng sau khoảng 10s tín hiệu điều khiển bám theo tín hiệu đặt và ổn định.
❖ Tọa độ Quadrotor trong khơng gian
Hình 5.26. Tọa độ Quadrotor trong khơng gian
Đồ thị hình 5.26 biểu diễn đáp ứng tọa độ của Quadrotor trong không gian. Khi đạt độ cao 10m và giá trị đặt các góc Roll, Pitch, Yaw thì Quadrotor đã hồn tồn ổn định trong khơng gian.
Trang 83 ❖ Tốc độ 4 động cơ của Quadrotor
Hình 5.27. Tốc độ đáp ứng của 4 động cơ Quadrotor
Đồ thị hình 5.27 mô tả tốc độ 4 động cơ của Quadrotor nhằm đáp ứng các
thông số mong muốn như bảng 5.2. Trong khoảng thời gian q độ thì Quadrotor có tốc độ khơng ổn định nhằm nâng Quadrotor lên đồng thời tạo góc cho phù hợp với thơng số đặt. Khi Quadrotor lên đến trạng thái z = 10m, thì Quadrotor ổn định tốc độ riêng của từng động cơ (tốc độ mỗi động cơ khác nhau nhằm đáp ứng góc Roll, Pitch, Yaw), đồng thời tổng lực nâng của 4 động cơ gây nên bằng với trọng lực P của Quadrotor. Lúc này, Quadrotor nằm ở 1 độ cao cố định, nhưng thân Quadrotor sẽ trượt theo phương Ox và Oy do phụ thuộc vào các góc Roll, Pitch, Yaw.
❖ Đáp ứng Quadrotor theo phương Ox: Đồ thị hình 5.28 biểu diễn đáp ứng của
Quadrotor theo phương Ox trong không gian.
Trang 84
Quadrotor sẽ di chuyển theo phương Ox phụ thuộc vào giá trị đặt các góc Roll, Pitch, Yaw
❖ Đáp ứng Quadrotor theo phương Oy: Đồ thị hình 5.29 biểu diễn đáp ứng của
Quadrotor theo phương Oy trong khơng gian.
Hình 5.29. Đáp ứng theo phương Oy của Quadrotor.
Quadrotor sẽ di chuyển theo phương Oy phụ thuộc vào giá trị đặt các góc Roll, Pitch, Yaw
5.2.4. Nhận xét kết quả mô phỏng
Dựa vào đồ thị đáp ứng các ngõ ra của Quadrotor, chúng ta thấy kết quả mô phỏng luật điều khiển PID cũng khá tốt. Tín hiệu ngõ ra nhanh chóng tiến về giá trị đặt và ổn định. Trong khoảng thời gian 0 – 10s thì có hiện tượng dao động ở các ngõ ra, nhưng sau thời gian 10s thì hệ thống đã hồn tồn ổn định. Các trường hợp mô phỏng đều cho đồ thị đúng như mong muốn tín hiệu ngõ ra nhanh đạt đến giá trị đặt. Tuy nhiên đáp ứng góc xoay Yaw của Quadrotor trong khơng gian vẫn cịn dao động nhỏ xung quanh giá trị đặt nguyên nhân lựa chọn thông số kp, ki, kd chưa
được tối ưu.