BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA
---***---
NGUYỄN TRỌNG TRUNG
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT TỰ HÀNH QUA MẠNG
TRONG MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
MÃ SỐ: 9520203
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
TP Hồ Chí Minh - 2021
i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng nội dung của luận án này là kết quả nghiên cứu của
riêng tác giả. Tất cả những tham khảo từ các nghiên cứu liên quan đều được nêu
nguồn gốc một cách rõ ràng. Những kết quả nghiên cứu và đóng góp trong luận
án chưa được công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.
Tác giả luận án
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Trọng Trung
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai Thầy hướng dẫn: PGS. TS.
Nguyễn Thanh Phương và TS. Trần Viết Thắng đã tận tình hướng dẫn tôi thực
hiện các công trình nghiên cứu và hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô, Cán bộ, Nhân viên của Viện
Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa và Phân Viện Nghiên cứu Điện tử,
Tin học, Tự động hóa TP.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho
tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu.
Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Gia đình của tôi, những
người thân đã chia sẻ mọi khó khăn, luôn động viên tôi vượt qua khó khăn để
hoàn thành tốt luận án này.
iii
MỤC LỤCS
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... ii
MỤC LỤC ............................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................... vi
DANH MỤC CÁC ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG ........................................................ viii
DANH MỤC HÌNH VẼ ....................................................................................... ix
DANH MỤC BẢNG BIỂU ............................................................................... xii
DANH MỤC KÍ HIỆU ...................................................................................... xiii
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT TỰ
HÀNH QUA MẠNG ............................................................................................ 6
1.1. Giới thiệu về hệ thống vật lí ảo cho hệ thống kho vận nội bộ trong môi
trường công nghiệp ....................................................................................... 6
1.2. Giới thiệu về hệ thống điều khiển qua mạng cho robot tự hành ................. 13
1.2.1. Giới thiệu chung.............................................................................. 13
1.2.2. Hệ thống điều khiển robot tự hành qua mạng ................................. 20
1.3. Các vấn đề cần giải quyết ........................................................................... 25
1.4. Tình hình nghiên cứu .................................................................................. 30
1.4.1. Về hệ thống có thời gian trễ ............................................................ 30
1.4.2. Về điều khiển robot tự hành có thời gian trễ .................................. 36
1.5. Kết luận ....................................................................................................... 41
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÓA ROBOT TỰ HÀNH TRONG SỰ
ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN TRỄ ............................................................. 43
2.1. Mô tả hệ thống ............................................................................................ 43
2.2. Mô hình động học của robot tự hành .......................................................... 46
2.3. Mô hình động lực học của robot tự hành .................................................... 47
2.4. Mô hình hóa thời gian trễ ............................................................................ 53
iv
2.5. Kết luận chương 2 ....................................................................................... 57
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BÁM THEO QUỸ ĐẠO MONG
MUỐN CHO ROBOT TỰ HÀNH VỚI TÍN HIỆU TRỄ ĐẦU VÀO .............. 59
3.1. Thuật toán bám theo quỹ đạo mong muốn .................................................. 60
3.2. Hệ thống tham chiếu của mô hình ổn định ................................................. 65
3.3. Bộ điều khiển thích nghi theo hệ thống tham chiếu cho hệ thống một ngõ
vào – một ngõ ra. ......................................................................................... 71
3.4. Bộ điều khiển thích nghi theo hệ thống tham chiếu cho robot tự hành ...... 83
3.5. Kết luận chương 3 ....................................................................................... 92
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ .................................................................................. 94
4.1. Cấu trúc hệ thống ........................................................................................ 94
4.1.1. Cấu hình điều khiển qua mạng ....................................................... 94
4.1.2. Cấu trúc robot tự hành .................................................................... 95
4.1.3. Cấu trúc trao đổi dữ liệu qua mạng................................................. 97
4.2. Thiết lập mô phỏng ................................................................................... 100
4.3. Kết quả mô phỏng trên Matlab ................................................................. 103
4.3.1. Trường hợp 1 – Không có thời gian trễ ........................................ 103
4.3.2. Trường hợp 2 – Thời gian trễ 0.01 giây ....................................... 108
4.3.3. Trường hợp 3 – Thời gian trễ 0.05 giây ....................................... 112
4.3.4. Trường hợp 4 – Thời gian trễ 0.1 giây.......................................... 115
4.4. Thực nghiệm xác định thời gian trễ .......................................................... 120
4.5. Kết quả thực nghiệm điều khiển robot tự hành ảo qua mạng ................... 124
4.6. Kết luận chương 4 ..................................................................................... 130
Kết luận ............................................................................................................. 133
CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ TẠP CHÍ ............................................................... 137
CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ HỘI NGHỊ ............................................................ 138
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 139
PHỤ LỤC .......................................................................................................... 152
A.1 Chương trình mô phỏng hệ thống tham chiếu .......................................... 152