Điều khiển đội hình hệ đa tác tử phi hôlônôm sử dụng véc tơ hướng

Bài báo "Điều khiển đội hình hệ đa tác tử phi hôlônôm sử dụng véc tơ hướng" trình bày một số thuật toán điều khiển bám đội hình cho một hệ thống gồm nhiều tác tử chuyển động dưới ràng buộc phương di chuyển khả thi của vận tốc, do đó phi hôlônôm. Các thuật toán điều khiển chỉ dựa vào véc tơ hướng giữa các tác tử trong đội hình, mà các tác thử theo, hay followers, không biết vận tốc của các tác tử chỉ huy. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển đội hình hệ đa tác tử phi hôlônôm sử dụng véc tơ hướng 202 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 Điều khiển đội hình hệ đa tác tử phi hôlônôm sử dụng véc tơ hướng Trần Văn Quốc1,*và Nguyễn Quang Hoàng1 1 Khoa Cơ điện tử, Trường Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội. *Email: quoc.tranvan@hust.edu.vn, tvquoc9790@gmail.com Tóm tắt. Điều khiển bám đội hình là một bài toán được quan tâm nghiên cứu nhiều trong những năm gần đây, trong đó các tác tử trong hệ di chuyển bám theo các tác tử chỉ huy (hay leaders) đồng thời giữ đội hình mong muốn. Bài báo này trình bày một số thuật toán điều khiển bám đội hình cho một hệ thống gồm nhiều tác tử chuyển động dưới ràng buộc phương di chuyển khả thi của vận tốc, do đó phi hôlônôm. Các thuật toán điều khiển chỉ dựa vào véc tơ hướng giữa các tác tử trong đội hình, mà các tác thử theo, hay followers, không biết vận tốc của các tác tử chỉ huy. Mô phỏng số trên Robot Operation System (ROS) và môi trường mô phỏng Gazebo minh họa và xác minh tính hiệu quả của luật điều khiển đề xuất. Từ khóa: Điều khiển đội hình, hệ đa tác tử, điều khiển thích nghi, hệ phi hôlônôm, ROS-Gazebo.1. Mở đầu Điều khiển đội hình là một trong các bài toán liên quan tới hệ đa tác tử được nghiên cứu nhiềutrong những năm gần đây [1]. Điều khiển đội hình với ràng buộc hướng (bearing-constrained), trongđó nhiều tác tử hình thành một đội hình được xác định thông qua hướng giữa các tác tử, đặc biệt là chủđề được các nhà nghiên cứu quan tâm [3,4,5,6,7]. Nếu như trong một luật điều khiển đội hình chỉ sửdụng duy nhất véc tơ hướng, thì nó gọi là luật điều khiển với duy nhất véc tơ hướng (bearing-only).Véc tơ hướng có thể đo được dễ dàng sử dụng cảm biến bị động như là camera quang học hay dãycảm biến không dây [8]. Do đó, điều khiển với duy nhất véc tơ hướng thích hợp cho các ứng dụngtrong quân sự cũng như là trong hàng hải. Bài toán điều khiển bám đội hình đòi hỏi các tác tử hình thành một đội hình nhất định và đồngthời di chuyển với cùng vật tốc đặt mong muốn (như một vật rắn), và phương pháp sử dụng tác tử chỉhuy và tác tử theo (leader-follower approach) được sử dụng chủ yếu cho bài toán này. Trong bài báo[9], đề xuất luật điều khiển bám đội hình cho hệ có đồ thị là một cây có hướng (a directed tree graph)và thông tin vận tốc của các tác tử lân cận của mỗi tác tử. Phương pháp điều khiển đội hình với ràngbuộc khoảng cách được đề xuất [10] trong đó mỗi tác tử theo biết thông tin về vận tốc đặt của độihình. Điều khiển bám đội hình với ràng buộc hướng sử dụng vị trí tương đối giữa các tác tử (hay đượcgọi là bearing-based methods) với hai hoặc hơn tác tử chỉ huy đã được khảo sát cho mô hình khâu tíchphân bậc một và hai [11], và thiết bị bay (UAV) [12]. Điều khiển bám đội hình chỉ sử dụng véc tơ hướng là một bài toán khó do độ lớn của luật điềukhiển, do véc tơ hướng là véc tơ đơn vị, luôn bị chặn cho dù sai số điều khiển vị trí rất lớn. Hơn nữa,tỷ lệ (scale) của đội hình, được xác định dựa trên khoảng cách giữa các tác tử chỉ huy, không được ướclượng dễ dàng và tường minh từ các đo đạc véc tơ hướng. Do đó, để cố định tỷ lệ của đội hình, cácphương pháp điều khiển chỉ sử dụng véc tơ hướng sử dụng hai hoặc hơn tác tử chỉ huy chuyển độngvới cùng vận tốc. Luật điều khiển chỉ sử dụng véc tơ hướng đã được đề xuất cho tác tử với mô hìnhtích phân và phi hôlônôm [6]. Trong công trình [6], thông tin về vận tốc đặt của các tác tử chỉ huyđược cung cấp cho các tác tử phi hôlônôm, và đạo hàm bậc một theo thời gian của véc tơ hướng đượcsử dụng trong luật điều khiển cho các tác tử tích phân bậc hai. Để tránh sử dụng đạo hàm theo thờigian của véc tơ hướng, [14] đề xuất luật điều khiển đội hình với thành phần tích phân (integral action).Luật điều khiển chỉ sử dụng véc tơ hướng và với vận tốc đặt của đội hình biến đổi được đề xuất cho hệđa tác tử phi hôlônôm [7]. 203 Tên tác giả Trong bài báo này, điều khiển bám đội hình với ràng buộc hướng được đề xuất cho tác tử phihôlônôm trong mặt phẳng hoặc không gian ba chiều. Đây là bài toán khó do các tác tử trong đội hìnhkhông trao đổi thông tin với nhau và, khác với [6], chúng cũng không biết vận tốc của các tác tử chỉhuy. Luật điều khiển đã được đề xuất ở xuất bản [5] của tác giải chính, sử dụng thành phần điều khiểnthích nghi giúp lái các tác tử về đội hình mục tiêu đồng thời căn chỉnh véc tơ hướng của chúng songsong với nhau. Trong bài nghiên cứu này so với [5], sơ đồ điểu khiển gồm điều khiển bậc cao (mứcđộng học) và điều khiển bậc thấp (điều khiển lực) cho các robot di động phi hôlônôm được mô tả chitiết. Mô phỏn ...