Chương IV. XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN TRI-ROTOR VỚI MÔ HÌNH ĐẦY ĐỦ
4.3. Mô phỏng điều khiển tri-rotor
4.3.3. Mô phỏng điều khiển tri-rotor theo luật điều khiển trƣợt
Tiến hành mô phỏng trên ngôn ngữ Matlab-simulink mô hình một tri- rotor có luật điều khiển trƣợt.
Cần đƣa tri-rotor về gốc tọa độ và bay lên độ cao 3.5m với tốc độc bay lên thay đổi theo yêu cầu.
Trên cơ sở thuật toán trình bày mục 4.2 đã xây dựng sơ đồ khối thuật toán nhƣ hình 4.20.
Bắt đầu
Nhập tham số tri-rotor, hệ số trượt k, bước tính t, thời gian
mô phỏng T Đặt điều kiện ban đầu
cho tri-rotor Xác định các ma trận B3 (4.13), B4 (4.14), B(4.94)
i=1
Xác định mặt trƣợt (4.76) Xác định lệnh điều khiển duy trì
mặt trƣợt Ueq (4.95)
Xác định lệnh điều khiển đƣa tri-rotor về mặt trƣợt UT (4.97)
Xác định lệnh điều khiển tổng hợp U (4.86)
Giải hệ thương trình vi phân (4.3) (4.6) theo phương pháp Ơle
i = i+1 t = i.t
t T
Kết thúc Sai
Đúng
Hình 4.20. Sơ đồ thuật toán mô phỏng điều khiển tri-rotor theo luật điều khiển trƣợt
Trên các hình mô phỏng từ Hình 4.21 đến mô phỏng Hình 4.31 là các hình thể hiện thành phần của véc tơ điều khiển U khi tốc độc bay lên theo yêu cầu là 0.35m/s.
Hình 4.21. Thành phần số 1 lệnh điều khiển u1d
Hình 4.22. Lệnh điều khiển duy trì mặt trƣợt của thành phần lệnh điều khiển số 1-u1e
Hình 4.23. Lệnh điều khiển đƣa về mặt trƣợt của thành phần lệnh điều khiển số 1 - u1t
Hình 4.24. Thành phần số 2 lệnh điều khiển u2d
Hình 4.25. Lệnh điều khiển duy trì mặt trƣợt của thành phần điều khiển số 2 - u2e
Hình 4.26. Lệnh điều khiển đƣa về mặt trƣợt của thành phần lệnh điều khiển số 2 - u2t
Hình 4.27. Thành phần số 3 lệnh điều khiển u3d
Hình 4.28. Lệnh điều khiển duy trì mặt trƣợt của thành phần điều khiển số 3 – u3e
Hình 4.29. Lệnh điều khiển đƣa về mặt trƣợt của thành phần lệnh điều khiển số 3 – u3t
Hình 4.30. Thành phần số 4 lệnh điều khiển u4d
Hình 4.31. Lệnh điều khiển duy trì mặt trƣợt của thành phần điều khiển số 4 – u4e
Hình 4.32. Lệnh điều khiển đƣa về mặt trƣợt của thành phần lệnh điều khiển số 4 – u4t
Hình 4.33. Thành phần số 5 lệnh điều khiển u5d
Hình 4.34. Lệnh điều khiển duy trì mặt trƣợt của thành phần điều khiển số 5 – u5e
Hình 4.35. Lệnh điều khiển đƣa về mặt trƣợt của thành phần lệnh điều khiển số 5 – u5t
Hình 4.36. Thành phần số 6 lệnh điều khiển u6d
Hình 4.37. Lệnh điều khiển duy trì mặt trƣợt của thành phần điều khiển số 6 – u6c
Hình 4.38. Lệnh điều khiển đƣa về mặt trƣợt của thành phần lệnh điều khiển số 6 – u6t
Hình 4.39. Sự thay đổi độ cao của tri-rotor khi tốc độ bay yêu cầu là 0.35m/s Đối với trường hợp tốc độ bay yêu cầu là 0.45m/s có các mô phỏng sau:
Hình 4.40. Lệnh điều khiển tổng hợp của thành phần số 1 trong véc tơ điều khiển u1d
Hình 4.41. Lệnh điều khiển duy trì mặt trƣợt đối với thành phần số 1 trong véc tơ điều khiển u1e
Hình 4.42. Lệnh điều khiển trƣợt khi tri-rotor lệch ra khỏi mặt phẳng trƣợt các thành phần số 1 – u1t
Hình 4.43. Sự thay đổi độ cao của tri-rotor
Đối với trường hợp tốc độ bay yêu cầu là 0.55m/s có các hình tương ứng từ 4.37, 4.38, 4.39 và 4.40
Hình 4.44. Lệnh điều khiển tổng hợp của thành phần số 1 trong véc tơ điều khiển u1d
Hình 4.45. Lệnh điều khiển duy trì mặt trƣợt đối với thành phần số 1 trong véc tơ điều khiển u1e
Hình 4.46. Lệnh điều khiển trƣợt khi tri-rotor lệch ra khỏi mặt phẳng trƣợt các thành phần số 1 – u1t
Hình 4.47. Sự thay đổi độ cao của tri-rotor
So sánh kết quả mô phỏng khi có sự bất định ở tham số mô hình (Bảng 4.1) và nhiễu tác động vào phương trình (4.8).
Hình 4.48. Tín hiệu điều khiển u6d
Hình 4.49. Tín hiệu điều khiển u6e
Hình 4.50. Tín hiệu điều khiển u6t
Hình 4.51. Độ cao tri-rotor theo điều khiển trƣợt
Hình 4.52. Sai số bám điều khiển trƣợt theo trục z
Hình 4.53. Chuyển động điều khiển trƣợt tri-rotor theo trục y
Hình 4.54. Sai số bám điều khiển trƣợt theo trục y
Hình 4.55. Chuyển động điều khiển trƣợt tri-rotor theo trục x
Hình 4.56. Sai số bám điều khiển trƣợt theo trục x
Hình 4.57. Chuyển động điều khiển trƣợt tri-rotor trong không gian
- Qua kết quả mô phỏng cho thấy điều khiển theo nguyên lý trƣợt luôn đƣa tri-rotor tới vị trí yêu cầu mong muốn. Từ đó cho thấy tính hiệu quả của giải pháp điều khiển đã đề ra.
- Việc thay đổi hệ số trượt trong biểu thức (4.97) cho từng trường hợp cụ thể có thể đạt đƣợc chất lƣợng theo mong muốn.
Nhận xét: Trong quá trình mô phỏng điều khiển tri-rotor, luận án chƣa thấy biến đổi về các biến điều khiển thực sự ( , ).
Biến điều khiển thực tế tốc độ quay của các cánh quạt ωi, góc nghiêng của các động có αi ta có thể tính ngƣợc lại, từ công thức (4.15) ta có:
3
1 2
1 2 3
2 5 6
( ) u , ( ) u , ( ) u
tg tg tg
u u u
. Tính đƣợc các góc αi, từ đó ta tính đƣợc tốc độ quay ωi:
5 3 6
1 4 2
1 2 3
1 1 2 2 3 2
, ,
sin os sin os sin os
u u u
u u u
c c c