CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN
2.1. Mơ hình phương tiện bay không người lái (UAV)
2.1.2 Những yếu tố gây nhiễu trên UAV
-Ảnh hưởng của gió đến UAV
Việc điều khiển UAV gặp nhiều khó khăn khi mơi trường khơng khí bị xáo trộn và gây mất an toàn cho chuyến bay. Tất cả các loại nhiễu động gió có thể ảnh hưởng
đến UAV ở các mức độ khác nhau [31]. Trạng thái của chuyến bay thay đổi khi lực tác động của gió sang UAV [32]. Các UAV nhỏ dễ bị gió làm nhiễu hơn vì trọng lượng nhẹ và tốc độ bay thấp. Đáng tiếc hơn, những xáo trộn này là khơng thể tránh khỏi vì UAV ln hoạt động trong môi trường phức tạp với độ cao, nhiệt độ và không gian khác nhau. Nhận ra vấn đề này, nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu các đặc tính và loại gió trong mơi trường [33, 34]. Khi một UAV bay dọc theo đường bay, thường có gió trung bình và gió đứt theo phương thẳng đứng và nằm ngang sẽ ảnh hưởng đến độ cao bay và tốc độ bay về phía trước của UAV. Gió bên sẽ làm cho UAV đi chệch hướng mong muốn của nó. Trong [35], bộ quan sát tốc độ gió được thiết kế, sử dụng tốc độ gió quan sát được và backstepping control theory, và bộ theo dõi quỹ đạo được thiết kế để đạt được quỹ đạo duy trì dưới sự nhiễu động của gió. Mục đích để loại bỏ hoặc làm giảm các ảnh hưởng bất lợi của trường gió bên ngồi đối với UAV. Tuy nhiên, có nhiều loại gió trong khí quyển và ảnh hưởng của các loại gió lên UAV là cực kỳ khác nhau, do đó khơng có thơng số điều khiển tối ưu để đối phó với tất cả các loại gió.
Loại gió thứ nhất là Constant wind đề cập đến tốc độ gió trung bình trong một mơi trường nhất định, không thay đổi theo thời gian và khơng gian và có thể được thống kê [36]. Constant wind khơng thực sự tồn tại trong tự nhiên vì nó chỉ là giá trị tham chiếu của tốc độ gió trong một mơi trường nhất định. Có rất nhiều trang web có liên quan ghi lại dữ liệu khí quyển [37]. Thơng thường, nó được sử dụng cho các cuộc thử nghiệm mô phỏng UAV, khơng thể mơ tả hồn hảo mơi trường bay. Để thực hiện một thử nghiệm mơ phỏng chính xác hơn, các loại gió khác phải được thêm vào.
Thứ hai, dòng chảy rối là một dao động ngẫu nhiên liên tục, ln đi kèm với gió khơng đổi. Ngun nhân của dịng chảy hỗn loạn có liên quan đến nhiều yếu tố, chẳng hạn như gió đứt, trao đổi nhiệt, các yếu tố địa hình và xốy của các máy bay khác. Các mơ hình nhiễu loạn bao gồm mơ hình Dryden và mơ hình Von Karman thường được áp dụng đều phụ thuộc vào một số lượng lớn các phép đo và thống kê [38]. Cuối cùng, Gió đứt (Wind shear) là một sự khác biệt về tốc độ và hướng gió trong một khoảng cách tương đối ngắn trong bầu khí quyển quả đất. Gió đứt khí quyển thường được mơ tả hoặc là gió đứt chiều ngang hay chiều dọc. Gió đứt chiều dọc là sự thay đổi tốc độ gió hoặc hướng với sự thay đổi về độ cao. Gió đứt chiều ngang là sự thay đổi tốc độ gió với sự thay đổi vị trí chiều cho một độ cao nhất định [39, 40].
-Ảnh hưởng của tải trọng đến UAV
Sự phát triển của các UAV có thể mang vác các hàng hịa đã trở thành chủ đề nóng trong thời gian gần đây, đặc biệt là trong thời kì mua sắm online và covid đã khiến việc giao hàng từ xa trở thành một biện pháp hứa hẹn. Tải trọng có thể ảnh hưởng đến việc
xây dựng mơ hình động học và điều khiển UAV. Việc phát triển một hệ thống UAV có thể điều khiển ổn định và chính xác khơng bị phụ thuộc vào loại tải là yêu cầu được đặt ra. Trong [41], một quadrotor đã loại bỏ thành công nhiễu từ tải bằng cách điều chỉnh động học dựa trên thuật toán PID. Những tác động từ tải trọng lên UAV là không thể đốn trước và nhiệm vụ thiết kế hệ thống có thể tự thích ứng với các trường hợp trong thực tế là rất cần thiết.
-Kết quả
Kết quả là, một cơ chế bù nhiễu bên ngồi đơn giản khơng đủ để chống lại những tác động tiêu cực này. Hơn nữa những thuật tốn thơng thường như PID khơng thể đáp ứng các yêu cầu về hiệu suất mong muốn trong khi vẫn chịu được những thay đổi mạnh của môi trường [42].Việc thiết kế hệ thống điều khiển bay cho UAV là quan trọng hàng đầu cho một hệ thống UAV. Nhiều kỹ thuật để điều khiển theo dõi quỹ đạo chính xác và mạnh mẽ đã được đề xuất để xử lý các nhiễu từ gió khơng mong muốn tác động lên các hệ thống UAV ví dụ như Feedback linearization [43], backstepping control [44] và sliding mode control [45]. Trong đề tài này, các yếu tố nhiễu của hệ thống UAV sẽ không được đề cập mà thay vào đó được mơ phỏng trong môi trường phần mềm MATLAB để có thể bỏ qua độ phức tạp từ các yếu tố tác động đến UAV. Hơn nữa, việc sử dụng dữ liệu bay thực tế sẽ rất khó trong việc tìm được quỹ đạo thực và cần phải có đủ dữ liệu để kiểm tra độ chính xác hiệu quả của chương trình. Để giải quyết vấn đề này, quỹ đạo bay sẽ được mô phỏng. Các giá trị đầu vào ban đầu như vị trí, tốc độ, hướng, khoảng thời gian bay và quỹ đạo bay sẽ được cung cấp.