Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
57
MÔ HÌNH HÓA VÀ ĐIỀU KHIỂN BÁM QUỸ ĐẠO
QUADROTOR SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT
Nguyễn Huy Thế, Nguyễn Văn Ninh
Trường Đại học Thủy lợi, email: nguyenhuythe@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Trong những năm gần đây, với sự phát triển
nhanh chóng của công nghệ đã cho ra đời
nhiều dạng thiết bị bay không người lái, trong
đó dạng quadrotor sử dụng bốn cánh quạt (viết
tắt QUAV). Với khả năng cất cánh và hạ cánh
thẳng đứng, cùng khả năng điều hướng linh
hoạt trong mọi loại địa hình, QUAV đã thu hút
sự quan tâm lớn từ cộng đồng nghiên cứu do
chúng có thể ứng dụng vào vào nhiều lĩnh vực
trong cuộc sống như nông nghiệp, quân sự,
cứu hộ cứu nạn, logistics [1]. QUAV là một hệ
có tính phi tuyến cao, hụt cơ cấu chấp hành
cùng với sự xen kênh của các thông số, bởi hệ
có 6 biến cần điều khiển trong đó chỉ có 4 cơ
cấu chấp hành. Do đó, để cải thiện hiệu suất và
sự ổn định của hệ, các bộ điều khiển đã được
đề xuất để giải quyết các vấn đề trên.
Với ưu điểm chống nhiễu và ổn định tốt,
bộ điều khiển trượt (SMC) có khả năng điều
chỉnh linh hoạt và chính xác, giúp nâng cao
khả năng ổn định của QUAV đối với các tác
nhân từ môi trường bên ngoài. Bài báo này
tập trung vào nghiên cứu mô hình động lực
học của QUAV và đề xuất bộ điều khiển
trượt trong việc điều khiển bám quỹ đạo,
đồng thời đánh giá kết quả mà phương pháp
này đạt được.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Mô hình hóa
Mô hình QUAV mô tả trong Hình 1 bao
gồm 4 động cơ gắn với 4 cánh quạt được đặt
chéo nhau. Chuyển động của QUAV được
điều khiển bằng cách điều chỉnh tốc độ quay
của các động cơ.
Hình 1. Mô hình QUAV [2]
Mô hình QUAV được xét trong hai hệ tọa
độ gồm hệ tọa độ cố định E (Oe, ex, ey, ez) và
hệ tọa độ động gắn tại trọng tâm của QUAV
B (Ob, bx, by, bz). Các tọa độ suy rộng xác
định hướng của QUAV là các góc
(roll),
(pitch) và
(yaw). Ta có ma trận chuyển
đổi giữa hai hệ tọa độ:
E
B
R
cc cs ssc ss csc
cs cc sss sc css
ssc cc
(1)
trong đó c
= cos
; s
= sin
. Vận tốc góc
trong hệ tọa độ cố định
T
BpqrW liên
hệ với vận tốc góc trong hệ tọa độ động:
10
0
0
ps
qcsc
rscc
(2)
Phương trình chuyển động của QUAV
trong không gian [2]:
gc
gry c B B B
P F-F -F
M+M -M =I W +W W
m
(3)
