zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Tự động hoá

Thiết kế bộ điều khiển PID vòng lặp kép cho hệ quadrotor UAV

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:3

Báo xấu

25
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Thiết kế bộ điều khiển pid vòng lặp kép cho hệ quadrotor UAV trình bày việc đề xuất phương án mới với 2 vòng điều khiển bao gồm vòng ngoài là vòng điều khiển vị trí, vòng trong là vòng điều khiển góc quay. Với đề xuất này chất lượng điều khiển đã được nâng lên đáng kể, kết quả thực nghiệm cũng cho thấy đề xuất trên là hoàn toàn khả thi.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế bộ điều khiển PID vòng lặp kép cho hệ quadrotor UAV

Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID VÒNG LẶP KÉP CHO HỆ QUADROTOR UAV Nguyễn Đức Minh Trường Đại học Thủy lợi, email: minhnd@tlu.edu.vn 1. GIỚI THIỆU Việc bay lên, xuống, sang phải, sang trái hay tăng giảm tốc độ bay đều phụ thuộc vào Gần đây thiết bị bay không người lái UAV việc thay đổi tốc độ hoặc chiều quay của 4 (Unmanned Aerial Vehicles) được nghiên động cơ nói trên. cứu và sử dụng trong rất nhiều lĩnh vực như quốc phòng, quân sự và dân sự. UAV có thể có nhiều hình dạng, kích thước và phục vụ nhiều mục đích khác nhau. Ban đầu, chúng được dùng chủ yếu cho mục đích quân sự, như bay trinh sát với khả năng chụp không ảnh, truyền hình ảnh về căn cứ chỉ huy, hay tìm diệt những mục tiêu khó tiếp cận bằng vũ khí mang theo. Dần dần Hình 1. Cấu trúc của Quadrotor. UAV ngày càng được sử dụng sâu rộng cho mục đích dân sự, từ việc đáp ứng thú chơi Trong đó x, y, z là tọa độ trọng tâm của tiêu khiển của người dùng, cho đến giao hàng quadrotor so với khung tọa độ gốc. Roll, Pitch hóa, rải phân, tưới cây chăm sóc mùa màng, và Yaw là góc quay Euler biểu diễn hướng theo dõi đàn gia súc, giám sát rừng, vườn thú của vật thể lần lượt được kí hiệu là ϕ, θ và ψ, hoang dã, quay phim, chụp ảnh từ trên cao, và  ,  ,  ,  là tín hiệu tốc độ của motor. 1 2 3 4 cứu hộ cứu nạn những nơi hiểm trở… 2.2. Mô hình động học của quadrotor Trong bài báo này, so với các phương pháp điều khiển hiện nay, tác giả đề xuất  x  (sin  sin   cos sin  cos  ) U1 phương án mới với 2 vòng điều khiển bao  m gồm vòng ngoài là vòng điều khiển vị trí,  U1 vòng trong là vòng điều khiển góc quay. Với  y  (  cos sin   sin  sin  cos  ) m  U1 đề xuất này chất lượng điều khiển đã được  z   g  (cos  cos  ) nâng lên đáng kể, kết quả thực nghiệm cũng  m  I  Iz JTP U2 cho thấy đề xuất trên là hoàn toàn khả thi.  p y qr  q   (1) Ix Ix Ix  I I J U 2. CẤU TRÚC VÀ MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC q  z x pr  TP p  3 CỦA QUADROTOR  Iy Iy Iy r  I x  I y pq  U 4 2.1. Mô hình của Quadrotor  Iz Iz Quadrotor là mô hình máy bay không Trong đó m is the trọng lượng của người lái với 4 động cơ được gắn cánh quạt quadrotor, g là gia tốc trọng trường, JTP là mô bố trí đều nhau tại 4 góc như Hình 1. men nội của rotor. 558
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 3. THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID 4.2. Kết quả mô phỏng VÒNG LẶP KÉP Giả thiết ta cho hệ MAV bay từ gốc hệ Bộ PID kinh điển có cấu trúc như sau: trục tọa độ mặt đất E có tọa độ là O(0, 0, 0) K tới vị trí có tọa độ là A(0.1, 0.1, 1), và 3 góc u ( s )  ( K p  i  sK d )e( s ) (2) xoay với giá trị ban đầu lần lượt là ϕ = 0rad, s Trong đó e là sai lệch giữa tín hiệu vào và θ = 0rad, ψ = 0rad. tín hiệu ra, u là tín hiệu điều khiển, Kp, Ki, Kd Bỏ qua tác động nhiễu của các cảm biến, lần lượt là các hệ số của khâu khuếch đại, sử dụng Simulink để mô phỏng cho MAV khâu tích phân và khâu vi phân . trong trường hợp lí tưởng với bộ điều khiển Hệ thống điều khiển quadrotor bao gồm 2 PID vòng lặp kép. Sau nhiều lần thử, các vòng lặp điều khiển đó là vòng lặp điều khiển thông số điều khiển tối ưu được đưa ra trong vị trí và vòng lặp điều khiển góc bay, hệ Bảng 1 như sau: thống này được thiết kế theo sơ đồ sau. Bảng 1. Bảng thông số giá trị mô phỏng hệ thống vòng lặp kép Kp Ki Kd Roll 0.7 0.0 0.12 Pitch 0.7 0.0 0.12 Hình 2. Sơ đồ khối cấu trúc bộ điều khiển PID vòng lặp kép Yaw 0.06 0.01 0.2 X 0.08 0.001 0.41 4. MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH Y 0.08 0.001 0.41 4.1. Cấu trúc điều khiển Z 23.5 6.0 19.5 Trong phần này, bài báo trình bày về Kết quả mô phỏng đặc tính của vị trí x, y, z phương pháp xây dựng bộ điểu khiển PID và các góc quay ϕ, θ, ψ của Quadrotor MAV vòng lặp kép trên máy tính bằng phần mềm được thể hiện trong các hình vẽ sau đây: Matlab với môi trường làm việc Simulink. Out1 In1 Out1 PWM1 Input Out2 PWM2 Out1 In1 In2 Omega_i Omega_i P_V_A In1 Out3 PWM3 Out2 In2 Dynamics Selector Display In3 Out4 PWM4 Control Motors Out1 In1 Out2 In2 IMU Hình 3. Cấu trúc mô phỏng của bộ điều khiển PID vòng lặp kép Hình 5. Đặc tính ổn định của Roll In1 Out1 1 In2 Out1 In3 Out2 2 Out1 In1 1 In1 Out2 In1 Out1 In4 Out2 In2 Out1 In1 Out2 In5 Out3 3 2 In2 Out3 In3 Out3 In2 In2 Out3 Position Control Transition In6 Out4 4 3 Attitude Control In7 Out4 In3 Invesion Hình 4. Cấu trúc Control Module của bộ PID vòng lặp kép Hình 6. Đặc tính ổn định của Pitch 559
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2019. ISBN: 978-604-82-2981-8 phỏng trên máy tính đã chứng minh tính đúng đắn và phù hợp của phương án thiết kế. Kết quả thực nghiệm cho thấy mô hình hoạt động ổn định, điều khiển dễ dàng trong môi trường phòng thí nghiệm. 6. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyen Duc Minh, Nguyen Trong Thang, Yang Sheng Xuan, “The Quadrotor MAV System using PID Control”, IEEE Hình 7. Đặc tính ổn định của Yaw International Conference on Mechatronics and Automation (ICMA), pp. 506-510, 2015. 5. KẾT LUẬN [2] Nguyen Duc Minh, Nguyen Trong Thang. "The Quadrotor MAV system using a Ưu điểm của phương pháp này là có thể double-loop PID control." International điều khiển chính xác tọa độ bay của Journal of Advance and Apllied quadrotor một cách dễ dàng. Kết quả mô Sciences 2.12 (2016): 57-61. (ISI, ESCI). 560

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.