Thiết kế hệ thống tự động điều khiển xe ô tô chuyển động theo quỹ đạo

Trong nghiên cứu này, cấu trúc của hệ tự động điều khiển lái thiết bị di động dựa trên cơ sở kết hợp bộ điều khiển mờ (FLC) và điều khiển PID đã được thực hiện. Bộ điều khiển mờ thực hiện điều khiển khiển vòng ngoài, bộ điều khiển PID thực hiện điều khiển vòng trong. Trên cơ sở các điều kiện đường sá, yếu tố tác động bên ngoài, đặc điểm cấu trúc của xe để thực hiện điều khiển xe phỏng theo người lái xe.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế hệ thống tự động điều khiển xe ô tô chuyển động theo quỹ đạo Nghiên cứu khoa học công nghệ THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN XE Ô TÔ CHUYỂN ĐỘNG THEO QUỸ ĐẠO Nguyễn Ngọc Tuấn, Lê Khắc Thủy* Tóm tắt: Trong nghiên cứu này, cấu trúc của hệ tự động điều khiển lái thiết bị di động dựa trên cơ sở kết hợp bộ điều khiển mờ (FLC) và điều khiển PID đã được thực hiện. Bộ điều khiển mờ thực hiện điều khiển khiển vòng ngoài, bộ điều khiển PID thực hiện điều khiển vòng trong. Trên cơ sở các điều kiện đường sá, yếu tố tác động bên ngoài, đặc điểm cấu trúc của xe để thực hiện điều khiển xe phỏng theo người lái xe. Sự kết hợp bộ điều khiển mờ và điều khiển PID ưu việt hơn trong bài toán điều khiển với điều kiện thiếu các cảm biến đo lường, khó bố trí thực hiện các phép đo các đại lượng vật lý đặc thù trên thiết bị di dộng. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của phương pháp đề xuất. Từ khóa: Thiết bị di động không người lái, Hệ thống điều khiển thông minh, Hệ thống điều khiển mờ. 1. MỞ ĐẦU Ngày nay, sự phát triển của các thiết bị di động thông minh (Intelligent Transportation Systems-ITS) cho phép chúng ta nâng cao hiệu quả, tăng tính tiện lợi và an toàn trong quá trình sử dụng [1],[2]. Trong lĩnh vực nghiên cứu tự động lái xe với yêu cầu tốc độ thường xuyên thay đổi, trong các điều kiện đường sá khác nhau (đường nhựa, đường đất, đường băng – tuyết, đường đá hộc và các đường thử nghiệm mẫu xe ô tô đặc thù) [3]. Có hai hướng nghiên cứu chính để xây dựng các bộ tự động điều khiển lái: một là thiết kế hệ thống điều khiển thông minh lái phỏng theo lái xe của con người và hai là hướng thiết kế hệ thống điều khiển trên cơ sở mô hình động lực học của xe ứng dụng các lý thuyết điều khiển. Hướng thứ nhất không yêu cầu chính xác mô hình động học của xe. Trong khi đó, hướng thứ hai đòi hỏi sự chính xác mô hình động học của xe, vì vậy cần phải thực hiện nhận dạng chính xác các tham số mô hình. Công việc này không phải lúc nào cũng có thể thực hiện được, quan trọng hơn nữa phương pháp này yêu cầu phải sử dụng rất nhiều các cảm biến khác nhau và làm tăng sự phức tạp của hệ thống. Việc ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật hiện đại cho phép thiết kế được những hệ thống điều khiển lái cho xe ở các loại đường sá khác nhau. Các hệ thống lái phỏng theo việc điều khiển xe của con người dựa trên điều khiển hiện đại, điều khiển mờ, mạng nơ ron đã nhận được nhiều sự quan tâm từ các nhà nghiên cứu. Giáo sư Tsugawa và nhóm nghiên cứu đã nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển xe thông minh sử dụng (GPS) thu được nhiều kết quả đáng kể [4]. Cùng với đó một số nghiên cứu trong lĩnh vực xe ô tô tự động thông minh đã được đề cập trong các bài báo [5],[6]. Các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực xe ô tô tự động thông minh [5],[6]. Đặc biệt trong công trình [7], Hessburg và Tomizuka sử dụng lý thuyết điều khiển mờ để thiết kế hệ thống điều khiển, và đã thực nghiệm trên xe Toyota Celica. Những kết quả trên đã minh chứng cho việc ứng dụng bộ điều khiển mờ để thiết kế các hệ thống lái thiết bị di động. Nghiên cứu [8] chỉ ra bộ điều khiển mờ là một giải pháp hữu hiệu để thực hiện thiết kế các hệ thống có tính phi tuyến lớn, làm việc trong điều kiện thiếu các cảm biến. Công trình nghiên cứu của Sugeno và Nishida [9] chỉ ra, bộ điều khiển mờ điều khiển hệ thống phi tuyến như trong quỹ đạo di chuyển của ô tô đã thu được thành công lớn. Trong nghiên cứu này, đưa ra cấu trúc của hệ tự động điều khiển lái thiết bị di động dựa trên sự kết hợp bộ điều khiển mờ và điều khiển PID. Trên cơ sở các đặc điểm, điều kiện đường sá, đặc điểm cấu trúc của xe để thực hiện điều khiển xe chuyển động theo quỹ đạo xác định. 2. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN XE Ô TÔ CHUYỂN ĐỘNG THEO QUỸ ĐẠO Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 37, 06 - 2015 75  Kỹ thuật điều khiển &Điện tử 2.1. Mô hình động học xe ô tô Động học của truyền động điều khiển lái ô tô được nghiên cứu từ những năm 1950. Năm 1956 Segel đưa ra mô hình lái ô tô với ba bậc tự do xem xét chuyển động gồm 2 thành phần là chuyển động lăn và trượt, nếu chuyển động lăn bỏ qua thì mô hình động học ô tô được xem xét như mô hình xe đạp, đây là mô hình nghiên cứu thông dụng, chúng ta có thể tìm hiểu thêm [10,11,13]. Mô hình chuyển động được đưa ra như sau: f vr yf f f A A ff ff Mf l fs lf lf fw v vx v  lw  CG r r vy CG ...