Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Ứng dụng điều khiển thích nghi hệ thiếu cơ cấu chấp hành cho xe tự hành ba bánh

Mục tiêu nghiên cứu của luận án "Ứng dụng điều khiển thích nghi hệ thiếu cơ cấu chấp hành cho xe tự hành ba bánh" là nghiên cứu mô hình toán học cũng như các điều kiện làm việc của xe ba bánh tự hành, từ đó ứng dụng điều khiển thích nghi phi tuyến, điều khiển thích nghi mờ để giải quyết bài toán bám quỹ đạo cho xe đạo có xét đến nhiễu tác động vào xe.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Ứng dụng điều khiển thích nghi hệ thiếu cơ cấu chấp hành cho xe tự hành ba bánh MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài Những năm gần đây, hệ thiếu cơ cấu chấp hành được nghiên cứungày càng nhiều. Trong các hệ thống như tàu thủy, tàu ngầm, máy bay,tàu vũ trụ, robot,… được thiết kế thiếu cơ cấu chấp hành, với mục đíchđể giảm giá thành, hoặc giảm trọng lượng, giảm tiêu hao năng lượngtiêu thụ. Một số trường hợp hệ trở thành thiếu cơ cấu chấp hành là dohệ thống có thiết bị chấp hành bị lỗi. Trên thực tế, khi giảm số thiết bịchấp hành thì việc phát triển kỹ thuật điều khiển càng cần thiết và khókhăn hơn so với các hệ đủ cơ cấu chấp hành. Các công trình nghiêncứu hệ UMS những thập niên gần đây cứu tập trung nhiều đến việcthiết kế thuật toán điều khiển cho các hệ UMS phi tuyến, đặc biệt làkhi phải xét đến các yếu tố bất định, mô hình không chính xác, nhiễutác động vào hệ thống. Các đối tượng thiếu cơ cấu chấp hành khá đa dạng, có hệ động lựchọc khác nhau nên phương pháp điều khiển cũng rất đa dạng, cầnnghiên cứu riêng cho từng đối tượng. Xe tự hành (viết tắt là WMR)thuộc lớp đối tượng robot di động, di chuyển trên mặt đất bằng bánhxe, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như trong các nhà máyđể vận chuyển hàng hóa, nguyên vật liệu, hay xe dò đường, tìm kiếmcứu nạn. Khi môi trường làm việc độc hại, nguy hiểm, hoặc việc vậnchuyển hàng hóa liên tục theo một lộ trình cố định trong nhà máy thìviệc điều khiển xe tự hành bám theo một quỹ đạo cho trước trở lên cầnthiết và có ý nghĩa thực tế. Xe tự hành ba bánh là đối tượng thiếu cơ cấu chấp hành, đó là góchướng của xe không có cơ cấu chấp hành để có thể can thiệp trực tiếp,là đối tượng phi tuyến có ràng buộc non-holonomic. Mặt khác, khi xedi chuyển luôn tồn tại ma sát giữa bánh xe với mặt sàn rất khó xác địnhbằng cách đo hoặc tính toán, việc xác định mô hình vẫn luôn tồn tại saisố gây khó khăn cho việc thiết kế điều khiển. Mục tiêu nghiên cứu: Xe tự hành ba bánh là đối tượng khá phổ biến, tuy nhiên, sự hoạtđộng chính xác của xe phụ thuộc rất nhiều vào phương án điều khiểnđược sử dụng do xe là đối tượng thiếu cơ cấu chấp hành. Việc thiết kếđiều khiển cho xe ba bánh tự hành cũng là một thách thức khi đây làmột đối tượng có mô hình phức tạp, quá trình hoạt động chịu nhiều tác 1động của môi trường làm việc. Mục tiêu nghiên cứu của luận án lànghiên cứu mô hình toán học cũng như các điều kiện làm việc của xeba bánh tự hành, từ đó ứng dụng điều khiển thích nghi phi tuyến, điềukhiển thích nghi mờ để giải quyết bài toán bám quỹ đạo cho xe đạo cóxét đến nhiễu tác động vào xe Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu là xe tự hành ba bánh, hai bánh chủ động phíasau và một bánh tự lựa hướng phía trước được mô tả bằng phương trìnhđộng học, động lực học của một hệ phi tuyến, non-holonomic chịu ảnhhưởng của nhiễu tác động. Phạm vi nghiên cứu là xây dựng mô hìnhtoán học cho hệ xe ba bánh tự hành, từ đó đề xuất bộ điều khiển bámtrong trường hợp nhiễu tác động có biên độ nhỏ. Ứng dụng bộ điềukhiển thích nghi cho xe tự hành bám quỹ đạo có xem xét bù trượt bánhxe để nâng cao chất lượng điều khiển xe. Ý nghĩa khoa học của đề tài Về lý luận: Luận án nghiên cứu xây dựng cấu trúc, phương phápđiều khiển mới cho xe tự hành đáp ứng được các yếu tố bất định, nhiễungoài và ma sát trượt bánh. Về thực tiễn: Các bộ điều khiển đề xuất có khả năng thực thi trêncơ sở kỹ thuật số, có khả năng đáp ứng được điều kiện làm việc trongmôi trường phức tạp. Bố cục của luận án Luận án bao gồm 4 chương, chương 1 giới thiệu về hệ thiếu cơ cấuchấp hành, mô hình chung của các hệ điện cơ thiếu cơ cấu chấp hành,xây dựng mô hình động học và động lực học của WMR. Nghiên cứuphân loại các phương pháp điều khiển, đề xuất hướng nghiên cứu trongluận án. Chương 2 tổng hợp bộ điều khiển trượt tầng backsteppingchỉnh định mờ cấu trúc một mạch vòng. Chương 3 tổng hợp bộ điềukhiển thích nghi dựa trên ước lượng nhiễu cấu trúc hai mạch vòng.Chương 4 tổng hợp bộ điều khiển thích nghi mờ loại 2 cấu trúc haimạch vòng. Cuối cùng là phần kết luận, đề xuất hướng phát triển củađề tài, các công trình đã công bố của luận án.CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HỆ THIẾU CƠ CẤU CHẤPHÀNH VÀ XE TỰ HÀNH1.1. Giới thiệu chung về hệ thiếu cơ cấu chấp hành 2 Hệ thiếu cơ cấu chấp hành là hệ điều khiển có số thiết bị chấp hànhít hơn số bậc tự do hoặc số biến mô hình, tức là hệ có một số bậc tự dokhông được cơ cấu chấp hành tác động trực tiếp, là các biến phụ thuộc.Các hệ thiếu cơ cấu chấp hành điện cơ mô hình động lực học được thiếtlập từ phương trình Euler Lagrange, có dạng tổng quát như sau: M (q)q  C (q)q  g (q)  E (q)u  τ d (t ) (1.5) T ...