Chương III XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN TRI-ROTOR MỘT CÁNH NGHIÊNG
3.5. Xét sự ảnh hưởng của gió
Để xem xét ảnh hưởng của gió trong quá trình bay của tri-rotor, chúng ta có thể xem xét một trường hợp ảnh hưởng của gió gần đúng và tỷ lệ với tốc độ bay của tri-rotor và tốc độ góc. Từ đó, hệ phương trình động lực học của tri-rotor theo 3 tọa độ x, y, z và các góc Euler có tính đến ảnh hưởng của gió được viết dưới dạng (3.41) và (3.42) dưới đây.
x
y
z
(3.41)
X
X
X
(3.42)
Ở đây, các hệ số Kwx, Kwy, Kwz, KwΦ, Kwθ, Kwψ là các hệ số ảnh hưởng của gió tương ứng với các kênh.
Từ các hệ phương trình (3.41) và (3.42) chúng ta xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab-Simulink nhƣ sau:
71
Hình 3.19. Sơ đồ mô phỏng khối M2 có xét đến ảnh hưởng của gió
Hình 3.20. Sơ đồ mô phỏng khối M1 có xét đến ảnh hưởng của gió
72
Với mô hình động lực học có xét đến yếu tố ảnh hưởng của gió và bộ điều khiển đã đƣợc tổng hợp ở trên, chúng ta tiến hành nghiên cứu mô phỏng và đánh giá những tác động đến chất lƣợng của hệ thống.
Trường hợp 1: Khảo sát hệ thống điều khiển trong trường hợp điều khiển tri-rotor dưới tác động nhiễu như các phương trình (3.41) và (3.42) với các hệ số ảnh hưởng như sau Kwx=1.5, Kwy=0, Kwz=0, KwΦ=1.5, Kwθ=0, Kwψ=0. Giá trị đặt đầu vào như sau: tri-rotor bay thẳng đứng lên 20m, sau 40 giây, bay theo phương X = 10m, đến thời điển 80 giây bay dọc theo phương Y=15m. Ở thời điểm 70 giây, tri-rotor hạ xuống độ cao 5m.
Các kết quả mô phỏng thu đƣợc nhƣ sau:
Hình 3.21. Đồ thị đáp ứng vị trí, góc của tri-rotor trường hợp 1
73
Quỹ đạo mong muốn Quỹ đạo thực
Quỹ đạo thực có nhiễu gió
Hình 3.22. Đồ thị bám quỹ đạo 3D trong trường hợp 1 khi có gió Nhận xét 1:
Khi quan sát kết quả mô phỏng nhận đƣợc trên hình 3.17, chúng ta có những nhận xét sau:
- Đáp ứng vị trí vẫn đảm bảo chất lƣợng. Độ quá điều chỉnh luôn nhỏ hơn 5%, sai số xác lập bằng không và thời gian quá độ đối với kênh X có sự phản ứng chậm hơn so với trường hợp xét không có nhiễu gió và phụ thuộc vào độ lớn của gió.
- Đáp ứng góc Euler cũng nhanh chóng hội tụ về 0 khi tri-rotor bay đến điểm xác lập mới.
Trường hợp 2: Khảo sát hệ thống điều khiển trong trường hợp điều khiển tri-rotor dưới tác động nhiễu như các phương trình (3.41) và (3.42) với các hệ số ảnh hưởng như sau Kwx=0, Kwy=2.5, Kwz=0, KwΦ=0, Kwθ=0.9, Kwψ=0. Giá trị đặt đầu vào như sau: tri-rotor bay thẳng đứng lên 20m, sau 40 giây, bay theo phương X = 10m, đến thời điển 80 giây bay dọc theo phương Y=15m. Ở thời điểm 70 giây, tri-rotor hạ xuống độ cao 5m.
Các kết quả mô phỏng thu đƣợc nhƣ sau:
74
Hình 3.23. Đồ thị đáp ứng vị trí, góc của tri-rotor trường hợp 2
Quỹ đạo mong muốn Quỹ đạo thực
Quỹ đạo thực có nhiễu gió
Hình 3.24. Đồ thị bám quỹ đạo 3D trong trường hợp 2 khi có gió Nhận xét 2:
Khi quan sát kết quả mô phỏng nhận đƣợc trên hình 3.23, chúng ta có những nhận xét sau:
- Đáp ứng vị trí vẫn đảm bảo chất lƣợng. Độ quá điều chỉnh luôn nhỏ
75
hơn 5%, sai số xác lập bằng không và thời gian quá độ đối với kênh Y có sự phản ứng chậm hơn so với trường hợp xét không có nhiễu gió và phụ thuộc vào độ lớn của gió.
- Đáp ứng góc Euler cũng nhanh chóng hội tụ về 0 khi tri-rotor bay đến điểm xác lập mới.
Trường hợp 3: Khảo sát hệ thống điều khiển trong trường hợp điều khiển tri-rotor dưới tác động nhiễu như các phương trình (3.41) và (3.42) với các hệ số ảnh hưởng như sau Kwx=0, Kwy=0, Kwz=0.5, KwΦ=0, Kwθ=0, Kwψ=0.3. Giá trị đặt đầu vào như sau: tri-rotor bay thẳng đứng lên 20m, sau 40 giây, bay theo phương X = 10m, đến thời điển 80 giây bay dọc theo phương Y=15m. Ở thời điểm 70 giây, tri-rotor hạ xuống độ cao 5m.
Các kết quả mô phỏng thu đƣợc nhƣ sau:
Hình 3.25. Đồ thị đáp ứng vị trí, góc của tri-rotor trường hợp 3
76
Quỹ đạo mong muốn Quỹ đạo thực
Quỹ đạo thực có nhiễu gió
Hình 3.26. Đồ thị bám quỹ đạo 3D trong trường hợp 3 khi có gió Nhận xét 3:
Khi quan sát kết quả mô phỏng nhận đƣợc trên hình 3.25, chúng ta có những nhận xét sau:
- Đáp ứng vị trí vẫn đảm bảo chất lƣợng. Độ quá điều chỉnh luôn nhỏ hơn 5%, sai số xác lập bằng không và thời gian quá độ đối với kênh Z có sự phản ứng chậm hơn so với trường hợp xét không có nhiễu gió và phụ thuộc vào độ lớn của gió.
- Đáp ứng góc Euler cũng nhanh chóng hội tụ về 0 khi tri-rotor bay đến điểm xác lập mới.
Trường hợp 4: Khảo sát hệ thống điều khiển trong trường hợp điều khiển tri-rotor dưới tác động nhiễu như các phương trình (3.41) và (3.42) với các hệ số ảnh hưởng như sau Kwx=1.5, Kwy=2.5, Kwz=0.5, KwΦ=1.5, Kwθ=0.9, Kwψ=0.3. Giá trị đặt đầu vào như sau: tri-rotor bay thẳng đứng lên 20m, sau 40 giây, bay theo phương X = 10m, đến thời điển 80 giây bay dọc theo phương Y=15m. Ở thời điểm 70 giây, tri-rotor hạ xuống độ cao
5m. Các kết quả mô phỏng thu đƣợc nhƣ sau:
77
Hình 3.27. Đồ thị đáp ứng vị trí, góc của tri-rotor trường hợp 4
Quỹ đạo mong muốn Quỹ đạo thực
Quỹ đạo thực có nhiễu gió
Hình 3.28. Đồ thị bám quỹ đạo 3D trong trường hợp 4 Nhận xét 4:
Khi quan sát kết quả mô phỏng nhận đƣợc trên hình 3.27, chúng ta có những nhận xét sau:
- Đáp ứng vị trí vẫn đảm bảo chất lƣợng. Độ quá điều chỉnh luôn nhỏ
78
hơn 5%, sai số xác lập bằng không và khi xét ảnh hưởng gió đối với tất cả các kênh, phản ứng của từng kênh cũng tương tự như xét từng trường hợp, có nghĩa là đáp ứng khi có gió sẽ chậm hơn so với lúc không xét đến ảnh hưởng của gió.
- Đáp ứng góc Euler cũng nhanh chóng hội tụ về 0 khi tri-rotor bay đến điểm xác lập mới.
Tóm lại: Từ những kết quả mô phỏng của các trường hợp khác nhau với bộ điều khiển đƣợc tổng hợp dựa trên tuyến tính hóa phản hồi và tối ƣu hóa mô đun khi xét tới yếu tố ảnh hưởng của gió theo các hệ phương trình (3.41) và (3.42) chúng ta có thể nhận thấy rằng:
- Chất lƣợng điều khiển vị trí có chất lƣợng tốt, các chỉ tiêu chất lƣợng đảm bảo trong phạm vi cho phép (độ quá điều chỉnh <5%, sai số xác lập bằng không) tuy nhiên đáp ứng hệ thống sẽ chậm hơn so với những trường hợp không có ảnh hưởng của gió.
- Đáp ứng góc Euler cũng nhanh chóng hội tụ về 0 khi tri-rotor bay đến điểm xác lập mới.