BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TO
ĐẠI HỌC CH KHOA NỘI
TRẦN GIA KHÁNH
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN HỌC TĂNG
CƯỜNG CHO XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG
HÌNH BẤT ĐỊNH KHÔNG DỪNG VÀ NHIỄU CẤU
CHẤP HÀNH
LUẬN ÁN TIẾN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG A
Nội - 2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TO
ĐẠI HỌC CH KHOA NỘI
TRẦN GIA KHÁNH
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG ĐIỀU KHIỂN HỌC TĂNG
CƯỜNG CHO XE HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG
HÌNH BẤT ĐỊNH KHÔNG DỪNG VÀ NHIỄU CẤU
CHẤP HÀNH
Ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
số: 9520216
LUẬN ÁN TIẾN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG A
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. PGS.TS. Nguyễn Hoài Nam
2. GS.TS. Nguyễn Doãn Phước
Nội - 2024
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây công trình nghiên cứu của nhân tôi dưới sự hướng
dẫn của giảng viên hướng dẫn và các nhà khoa học. Tài liệu tham khảo trong luận
án được trích dẫn đầy đủ. Các kết quả nghiên cứu của luận án trung thực và chưa
từng được các tác giả khác công bố.
Nội, ngày... tháng... năm 2024
Tập thể hướng dẫn Tác giả luận án
PGS.TS. Nguyễn Hoài Nam GS.TS. Nguyễn Doãn Phước Trần Gia Khánh
1
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình nghiên cứu và hoàn luận án, nghiên cứu sinh đã nhận được sự
định hướng, giúp đỡ và các ý kiến đóng góp về mặt chuyên môn của tập thể các
thầy hướng dẫn, các nhà khoa học và các đồng nghiệp. Nghiên cứu sinh xin được
gửi lời cảm ơn sâu sắc.
Trước hết, nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS.
Nguyễn Hoài Nam và GS.TS Nguyễn Doãn Phước đã tận tình hướng dẫn, định
hướng, giúp đỡ và động viên nghiên cứu sinh trong suốt quá trình nghiên cứu.
Nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn tới tập thể giảng viên của Bộ môn Điều
khiển tự động nay Khoa Tự động hóa đã tạo cho tôi môi trường làm việc chuyên
nghiệp, năng động và những ý kiến góp ý chân thành, sâu sắc trong suốt quá
trình nghiên cứu, y dựng thực nghiệm cũng như từng bước thực hiện luận án.
Nghiên cứu sinh cũng xin chân thành cảm ơn Ban đào tạo, Trường Điện - Điện
tử, Đại học Bách khoa Nội đã tạo điều kiện thuận lợi nhất về nhiều mặt để
nghiên cứu sinh hoàn thành luận án.
Tôi xin y tỏ lòng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học phạm Kỹ thuật
Nam Định, các bạn đồng nghiệp của tôi tại Khoa Điện - Điện tử nơi tôi công tác
đã luôn quan tâm, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tôi học tập, nghiên cứu.
Sau cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình thân yêu của tôi đã
luôn chia sẻ, ủng hộ, động viên và giúp đỡ để tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn
thành luận án.
Xin trân trọng cảm ơn!
Tác giả luận án
Trần Gia Khánh
2
Mục lục
Lời cam đoan ................................. 1
Lời cảm ơn ................................... 2
Danh mục hiệu viết tắt ......................... 6
1 Tổng quan 11
1.1 Hệ thiếu cấu chấp hành . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.2 Các dạng xe hai bánh tự cân bằng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3 Tổng quan các phương pháp điều khiển . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4 Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2 y dựng hình tuyến tính tương đương cho xe hai bánh. 19
2.1 hình toán của xe hai bánh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2 hình tuyến tính tương đương với nhiễu đầu vào và bất định
hình .................................... 26
2.3 Điều khiển tối ưu dựa trên quy hoạch động thích nghi . . . . . . . . . 29
2.4 Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3 y dựng b điều khiển thích nghi bền vững 34
3.1 Thiết kế b điều khiển thích nghi bền vững với b ước lượng nhiễu . 34
3.1.1 Thiết kế b quan sát nhiễu tổng . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.1.2 Phân tích tính ổn định của hệ kín . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.1.3 Thiết kế b điều khiển bám thích nghi bền vững cho xe . . . . 37
3.2 Thiết kế b điều khiển thích nghi bền vững dựa trên quy hoạch động
xấp xỉ tuyến tính và b ước lượng nhiễu . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3 Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
4 Kiểm chứng kết quả bằng phỏng và thực nghiệm 45
4.1 Kết quả phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.1.1 Phương pháp điều khiển đề xuất . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4.1.2 Điều khiển tối ưu dựa trên phương pháp quy hoạch động xấp xỉ 53
4.1.3 Điều khiển thích nghi bền vững dựa trên phương pháp quy
hoạch động xấp xỉ tuyến tính và b ước lượng . . . . . . . . . 55
4.2 Kết quả thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2.1 hình xe trong phòng thí nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2.2 Thiết kế b điều khiển dòng cho động . . . . . . . . . . . . 60
4.2.3 Kết quả thực nghiệm với b điều khiển LQR. ......... 62
4.2.4 Kết quả thực nghiệm điều khiển LQR kết hợp với bộ quan
sát nhiễu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
4.3 Kết luận . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Danh mục các công trình đã công b của luận án .......... 69
3