Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Xây dựng thuật toán điều khiển quỹ đạo và bám mục tiêu di động mặt đất cho UAV cánh bằng

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Xây dựng thuật toán điều khiển quỹ đạo và bám mục tiêu di động mặt đất cho UAV cánh bằng" trình bày các nội dung chính sau: Nghiên cứu về động học của vòng điều khiển bám quỹ đạo và các thuật toán điều khiển bám quỹ đạo đã được áp dụng để xây dựng thuật toán điều khiển bám quỹ đạo cho UAV sử dụng chế độ trượt; Nghiên cứu khả năng bám mục tiêu mặt đất của UAV với các mục tiêu có vận tốc khác nhau để đề xuất giải pháp bám mục tiêu di động có vận tốc thay đổi.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Xây dựng thuật toán điều khiển quỹ đạo và bám mục tiêu di động mặt đất cho UAV cánh bằng BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ PHẠM THỊ PHƯƠNG ANH XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN QUỸ ĐẠO VÀ BÁM MỤC TIÊU DI ĐỘNG MẶT ĐẤT CHO UAV CÁNH BẰNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ PHẠM THỊ PHƯƠNG ANH XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN QUỸ ĐẠO VÀ BÁM MỤC TIÊU DI ĐỘNG MẶT ĐẤT CHO UAV CÁNH BẰNG Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hoá. Mã số : 9 52 02 16. LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS. TS Nguyễn Vũ 2. TS Phan Tương Lai HÀ NỘI - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu trình bày nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Nghiên cứu sinh Phạm Thị Phương Anh ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Vũ, người hướng dẫn khoa học chính và TS Phan Tương Lai người hướng dẫn thứ hai, đã tận tình hướng dẫn, chỉ ra những nội dung cần giải quyết và đóng góp những ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn thành bản luận án này. Tôi xin chân thành cảm ơn Thủ trưởng Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, chỉ huy Viện Tự động hóa KTQS và các đồng nghiệp đã luôn tạo điều kiện, động viên, quan tâm và giúp đỡ tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo cùng tập thể Phòng Đào tạo/ Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã luôn quan tâm giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận án. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể gia đình và bạn bè đã luôn thông cảm, động viên, giúp đỡ và chia sẻ với tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Nghiên cứu sinh Phạm Thị Phương Anh iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT………………………… vi DANH MỤC CÁC BẢNG ……………………………………………….. x DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ……………………………………………. xi MỞ ĐẦU………………………………………………………………....... 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ UAV VÀ ĐIỀU KHIỂN UAV……….. 6 1.1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển UAV…………………………….. 6 1.2. Các vòng điều khiển trong hệ thống điều khiển bay………………….. 8 1.3. Phương trình động học điều khiển quỹ đạo của UAV…………........... 10 1.4. Điều khiển quỹ đạo của UAV………………………………………… 17 1.4.1. Thuật toán bám theo điểm ngắm ảo………………………………… 19 1.4.2. Thuật toán điều khiển quỹ đạo phi tuyến……………………………. 20 1.4.3. Thuật toán bám theo đường dựa trên luật ngắm thẳng vào đích đến và dẫn theo đường ngắm của quỹ đạo……………………………… 20 1.4.4. Luật điều khiển quỹ đạo tựa theo trường véc tơ………………........ 21 1.4.5. Luật điều khiển dựa trên bộ điều chỉnh tuyến tính toàn phương LQR………. 22 1.5. Hệ thống đo lường trên UAV…………………………………………. 24 1.5.1. Hệ cảm biến đo các trạng thái dịch chuyển………………………….. 24 1.5.2. Hệ thống cảm biến đo tư thế UAV………………………………… 26 1.5.3. Tích hợp các hệ thống cảm biến…………………………………… 29 1.6. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước………….. 32 1.6.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu ngoài nước………………….…… 32 1.6.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước………………….…….. 32 1.7. Đặt vấn đề nghiên cứu……………………………………………........ 34 Kết luận chương 1………………………………………………………….. 35 CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN QUỸ ĐẠO CHO UAV…………………………………………………………………. 36 iv 2.1. Sơ lược về chế độ trượt……………………………………………....... 36 2.1.1. Tổng hợp bộ điều khiển hoạt động trong chế độ trượt………………. 38 2.1.2. Điều kiện tồn tại chế độ trượt………………………………………... 39 2.1.3. Hiện tượng chattering trong chế độ trượt……………………………. 41 2.1.4. Bài toán bám quỹ đạo sử dụng chế độ trượt…………………………. 42 2.2. Thuật toán dẫn đường dựa trên mặt trượt tuyến tính…………………... 43 2.2.1. Thuật toán xác định sai số bám và sai số góc hướng của UAV theo đường quỹ đạo cần bám……………………………………………... 43 2.2.2. Thuật toán dẫn đường dựa trên mặt trượt tuyến tính theo khoảng cách…. 45 2.2.3. Thuật toán dẫn đường dựa trên mặt trượt tuyến tính hỗn hợp………. 51 2.3. Thuật toán dẫn đường dựa trên mặt trượt phi tuyến theo hàm lượng giác.. 59 2.3.1. Lựa chọn mặt trượt………………………………………………....... 59 2.3.2. Luật điều khiển tương đương……………………………………....... 61 2.3.3. Sự ổn định của chế độ trượt………………………………………….. 62 2.3.4. ...