Mô phỏng điều khiển tri-rotor

Chương IV XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN TRI-ROTOR VỚI MÔ HÌNH ĐẦY ĐỦ

4.3. Mô phỏng điều khiển tri-rotor

Bảng 4.1. Các thông số mô phỏng tri-rotor

Tham số l m kf

kt I1 I2

I3

g

96

Bảng 4.2. Các điều kiện ban đầu

4.3.2. Mô phỏng điều khiển tri-rotor theo ứng dụng giải thuật

Backstepping Tiến hành mô phỏng trên ngôn ngữ Matlab-simulink với mô hình một

tri-rotor có luật điều khiển đƣợc thực hiện theo giải thuật backstepping.

Trên các hình mô phỏng từ hình 4.2 đến mô phỏng hình 4.13 là kết quả mô phỏng trường hợp tri-rotor dịch chuyển từ một vi trí bất kỳ về gốc hệ tọa độ và cất cánh thẳng đứng. Trong quá trình cất cánh có lúc bị nhiễu gió tác động. Các hình mô phỏng hình 4.2 đến hình 4.7 là biểu đồ các thành phần u1 , u2 , u3 , u4 , u5 , u6 của véc tơ điều khiển U , còn trên các hình mô phỏng hình 4.8 đến hình 4.10 là các đồ thị sự thay đổi của các góc: (góc chúc ngóc),  (góc hướng), (góc cren), trên hình mô phỏng hình 4.11 đến hình 4.13 làvị trí tâm khối tri-rotor theo các trục x, y, z. Trên các hình mô phỏng từ hình 4.14 đến hình 4.19 biểu diễn quá trình điều khiển bám của tri-rotor theo các trục x, y, z và các sai số bám theo.

97

Bắt đầu

Nhập tham số tri-rotor, hệ số trƣợt 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 Z1

Xác định Z2

Xác định

Xác định U Giải hệ thương trình vi phân (4.3) (4.6) theo phương pháp Ơle

Sai

i = i+1 t = i.t

t T

Đúng

Kết thúc

Hình 4.1. Sơ đồ thuật toán mô phỏng điều khiển tri- rotor theo luật điều khiển Backstepping

98

Hình 4.2. Tín hiệu điều khiển U1 Hình 4.3. Tín hiệu điều khiển U2

Hình 4.4. Tín hiệu điều khiển U3 Hình 4.5. Tín hiệu điều khiển U4

Hình 4.6. Tín hiệu điều khiển U5 Hình 4.7. Tín hiệu điều khiển U6

99

Hình 4.8. Sự thay đổi góc chúc góc  Hình 4.9. Sự thay đổi góc hướng 

Tọa độ đk - m

Hình 4.10. Sự thay đổi góc cren  Hình 4.11. Chuyển động tri-rotor theo trục x

Tọa độ đk - m

Hình 4.12. Chuyển động tri-rotor Hình 4.13. Chuyển động tri-rotor

theo trục y theo trục z

Tiến hành mô phỏng với điều kiện tham số mô hình ở Bảng 4.1, thay đổi bất định, ta có:

100

Hình 4.14. Bám theo độ cao đặt Hinh 4.15. Sai số bám theo độ cao

Hình 4.16. Bám theo tọa độ x đặt Hinh 4.17. Sai số bám theo tọa độ x

Hình 4.18. Bám theo tọa độ y đặt Hinh 4.19. Sai số bám theo tọa độ y 4.3.3. Mô phỏng điều khiển tri-rotor theo luật điều khiển trượt

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.

101

Trên cơ sở thuật toán trình bày mục 4.2 đã xây dựng sơ đồ khối thuật toán nhƣ hình 4.20.

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

Sai

i = i+1 t = i.t

t T

Đúng

Kết thúc

Hình 4.20. Sơ đồ thuật toán mô phỏng điều khiển tri-rotor theo luật điều khiển trƣợt

102

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

103

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

104

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

105

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

106

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

107

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

108

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

109

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

110

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

111

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

112

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

113

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

114

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

115

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

116

Hình 4.49. Tín hiệu điều khiển u6e

Hình 4.50. Tín hiệu điều khiển u6t

117

Hình 4.51. Độ cao tri-rotor theo điều khiển trƣợt

Hình 4.52. Sai số bám điều khiển trƣợt theo trục z

118

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

119

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

120

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:

tính đƣợc tốc độ quay ωi:

u3

u6 . Tính đƣợc các góc αi, từ đó ta

 u1

1