x y θ MPC 3,6 0.5740 0.4188 0.5076 SMC 8,1 0.7878 0.8747 0.4811 DSC 5,9 0.6726 0.6371 0.3735
Hơn nữa, kết quả tính tốn dựa trên phương pháp MAE cho thấy sai lệch của MPC cũng nhỏ hơn phương pháp DSC và SMC.
Trên đây là mô phỏng kiểm chứng hiệu quả cũng như so sánh đánh giá chất lượng điều khiển của bộ điều khiển MPC với các bộ điều khiển khác để chứng minh tính đúng đắn và sự phù hợp của phương pháp về lý thuyết. Bên cạnh đó, với mục tiêu thực thi, ứng dụng, và thử nghiệm trên mơ hình robot thực tế, kết hợp với những ưu điểm vượt trội của ROS trong việc thiết kế và xây dựng các hệ thống robot như đã trình bày trong mục 1.3. Trước tiên, tồn bộ hệ thống đề xuất sẽ được triển khai và đánh giá trên môi trường ROS kết hợp với phần mềm Gazebo. Việc sử dụng công cụ Gazebo sẽ mơ phỏng được các đặc tính vật lý, động học và động lực học của robot. Hơn nữa thuật tốn điều khiển được lập trình và thực thi cho mơ hình robot thực tế dựa trên cấu trúc các nút hệ thống trong ROS có thể được sử dụng để kiểm chứng với mơ hình robot được mơ phỏng trên Gazebo. Từ đó, tính hiệu quả và chất lượng của bộ điều khiển đã đề xuất có thể được đánh giá sát với khi triển khai trên mơ hình thực tế nhất có thể. Phần thử nghiệm thuật tốn điều khiển trên ROS sẽ được trình bày trong mục 3.4.3.
3.4.3. Thử nghiệm quỹ đạo chuyển động của FWOMR sử dụng MPC trên cơsở phần mềm ROS sở phần mềm ROS
Trong phần này, luận án sử dụng công cụ mô phỏng Gazebo, giám sát bằng công cụ trực quan Rviz trên nền tảng hệ điều hành ROS nhằm đánh giá kết quả của bộ điều khiển MPC đã chọn.
Hình 3.16 mơ tả sơ đồ khối thuật toán MPC được sử dụng trong ROS:
0 0
Khảo sát ảnh hưởng của độ đài miền dự báo (predictvie horizon) đến chất lượng bám quỹ đạo của bộ điều khiển NMPC. Trước hết, quỹ đạo tham chiếu được lựa chọn như sau:
x (t) = 1 t (m) r 3 y (t) = −4 cos 2π t (m) r 30 θ (t) = tan−1 0,8sin 2π t (rad) r 30 (3.52)
Vị trí ban đầu x = [0 0 0]T và vận tốc ban đầu v = [0 0 0]T . Tần số truyền
tín hiệu điều khiển cho động cơ được lựa chọn
là fc = 20(Hz). Để đảm bảo chất lượng
điều khiển bám quỹ đạo, các thông số sau cần được thỏa mãn: + Khả năng bám quỹ đạo đáp ứng nhanh với chất lượng bám hợp lý.
+ Thời gian tính tốn cho mỗi lần xử lý phải đảm bảo tc < Tc = 1/ fc = 0,05 (s).
Với mơ hình robot đã chọn, đặt tham số vịng lặp
là thực nghiệm chọn được: N = 30 , bằng phương pháp
100 0 0 10 0 0 Q = Q = 0 100 0 , R = 0 10 0
N
0 0 0,5 0 0 5
(3.53)
Trong các thử nghiệm ban đầu, robot được tăng tốc để đạt được vị trí, hướng và vận tốc xấp xỉ với điều kiện ban đầu của quỹ đạo đặt. Đường dẫn robot thu được mơ tả như Hình 3.17.
Trong đó quỹ đạo tham chiếu là đường màu xanh lam và đường dẫn robot là đường màu đỏ. Gốc tọa độ là (0, 0) , trục màu đỏ là Ox và trục màu xanh lá cây là Oy
. Tín hiệu điều khiển của robot được hiển thị trong Hình 3.18. Ban đầu, chưa tiến hành chạy gói điều hướng thực thi trên ROS trong khoảng từ giây thứ 30 đến giây thứ 37, do vậy tín hiệu điều khiển chưa có. Khoảng từ giây thứ 37 là đáp ứng tín hiệu điều khiển đầu ra tương ứng theo các phương.
Hình 3.18. Đầu ra tín hiệu điều khiển robot
Theo Hình 3.19 mơ tả sai lệch bám của robot theo thời gian, sai lệch bám của robot được tính bởi:
e = (xr − x) + (y −2 y) 2
r (3.54)
Khi bắt đầu chuyển động, robot gặp sai lệch ở trục tung là các đường gấp khúc, đó là do sự khác biệt giữa giá trị trạng thái đặt ban đầu và quỹ đạo được mô tả và các ràng buộc về vận tốc. Sau đó, sai lệch bám sẽ nhanh chóng giảm dần về khơng cho thấy quỹ đạo di chuyển của robot đã được theo dõi bám theo quỹ đạo đặt
ban đầu.
Sai lệch bám quỹ đạo của robot có sự thay đổi lớn do giá trị ban đầu về vị trí của robot xa quỹ đạo đặt, khi đó robot gặp quá độ mất khoảng 4 giây để bám vào quỹ đạo đặt, sau đó quỹ đạo di chuyển của robot hội tụ với quỹ đạo đặt sau thời gian từ giây 37. Trong q trình bám vẫn cịn sự dao động nhẹ của robot quanh quỹ đạo đặt do bộ NMPC làm việc với tính năng thời gian trễ của bộ điều khiển. Sự nhấp nhô này không làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng điều khiển của hệ thống.