Ứng dụng giải thuật Backstepping xây dựng thuật toán điều khiển chuyển động cho UAV dạng Tri-rotor

Bài viết trình bày việc phân tích và biến đổi mô hìmh động học Tri-rotor khi xây dựng mô hình hệ điều khiển dưới dạng affine để giúp cho việc ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại tổng hợp luật điều khiển Tri-rotor.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng giải thuật Backstepping xây dựng thuật toán điều khiển chuyển động cho UAV dạng Tri-rotor Nghiên cứu khoa học công nghệ ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT BACKSTEPPING XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CHO UAV DẠNG TRI-ROTORS Đặng Văn Thành*, Trần Đức Thuận Tóm tắt: Trình bày việc phân tích và biến đổi mô hìmh động học Tri-rotor khi xây dựng mô hình hệ điều khiển dưới dạng affine để giúp cho việc ứng dụng lý thuyết điều khiển hiện đại tổng hợp luật điều khiển Tri-rotor. Từ khóa: UAV; Tri-rotor; Affine. 1. MỞ ĐẦU Máy bay không người lái UAV dạng Tri-rotors là một chủng loại UAV có cấu tạo đơn giản, xong điều khiển nó lại có tính phức tạp hơn so với các chủng loại UAV khác. Trong các công trình [1,2] đã xây dựng mô hình động học cho chuyển động của Tri-rotors. Trong công trình [3] nhóm tác giả đã đưa hệ phương trình mô tả quá trình điều khiển bay Tri-rotors về dạng affine. Trong công trình này chúng tôi sẽ áp dụng lý thuyết điều khiển Backstepping để tổng hợp lệnh điều khiển chuyển động cho UAV dạng Tri-rotors. 2. XÂY DỰNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG TRI-ROTORS Trên các hình từ H.1 đến H.3 mô tả UAV dạng Tri-rotor và các hệ tọa độ dùng để khảo sát chuyển động của Tri-rotor trong không gian. Hình 1. Mô hình của Tri- Hình 2. Hệ tọa độ sử dụng Hình 3. Góc nghiêng rotors. trong mô hình toán UAV. động cơ cánh quạt. Trong [3] đã xây dựng mô hình mô tả chuyển động cho tri-rotors theo quan điểm điều khiển với các tham số đặc trưng sau:  x   x1     x4  X 1     y    x2  ; X 2        x5      (1a)  z   x3     x6   p   x7  u   x10  X 3     q    x8  ; X 4    v    x11      (1b)  r   x9   w   x12  Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 152  Tên lửa & Thiết bị bay Trong đó  là véc tơ vận tốc tâm khối Tri-rotors trong hệ tọa độ mặt đất;  là véc tơ tốc độ quay của Tri-rotors với các thành phần p, q, r ;  ,  ,  là ba góc tư thế của Tri-rotors so với hệ tọa độ mặt đất; x , y , z là tọa độ tâm khối Tri- rotors trong hệ tọa độ mặt đất. Hệ phương trình mô tả chuyển động tâm khối và chuyển động quay được đưa về dạng affine như sau: X  RX 1 4 (2) X 2  X 3 (3) X 3  F3 ( X 3 )  B3U (4) X 4  F4 ( X 2 , X 3 , X 4 )  B4U (5) trong đó:  s ( x4 )c( x5 ) s ( x5 )  s ( x4 )c( x5 )  R   c( x4 ) s ( x5 )c( x6 )  s ( x4 ) s ( x6 ) c( x5 )c( x6 ) s ( x4 ) s ( x5 )c( x6 )  c( x4 ) s ( x6 )  (6)  c( x4 ) s ( x5 ) s ( x6 )  s ( x4 ) s ( x6 )  c( x5 ) s ( x6 ) s ( x4 ) s ( x5 ) s ( x6 )  c( x4 )c( x6 )   I 2  I3   x8 x9  I  s ( x5 )c( x4 ) s ( x5 ) s ( x4 ) c( x5 )   f 31 ( X 3 )   1  1   I  I     c( x5 ) s ( x4 ) c( x5 )c( x4 ) 0  ; F3 ( X 3 )   f 32 ( X 3 )    3 1 x7 x9  (7) x5 I  c( x4 ) s ( x4 ) 0   f 33 ( X 3 )   2   I1  I 2   x7 x8   I3   f 41 ( X 2 , X 3 , X 4 )  F4 ( X 2 , X 3 , X 4 )   f 42 ( X 2 , X 3 , X 4 )  (8)  f 43 ( X 2 , X 3 , X 4 )  f 41 ( X 2 , X 3 , X 4 )  x9 x11  x8 x12  g s( x6 ) s( x4 )  gc( x6 )c( x4 ) s( x5 ) (9) f 42 ( X 2 , X 3 , X 4 )  x7 x12  x9 x10  gc( x4 ) s ( x6 )  gc( x6 ) s ( x4 ) s ( x5 ) (10) f 43 ( X 2 , X 3 , X 4 )  x8 x10  x7 x11  gc( x6 )c( x5 ) (11)  k 3l k f 3l  0 0 0 0  f   2 I1 2 I1   k l kfl kfl  B3   0 0 0  f ...