Thiết kế và điều khiển thuyền không người lái (Usvunmanned surface vehicle)

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

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này mô tả thiết kế USV với cấu trúc linh hoạt, phát triển thuật tóa n điều khiển đã được áp dụng trong mô phỏng và thực nghiệm. Mô hình hóa USV được phát triển để nhanh chóng trong việc triển khai thiết kế, phát triển và xây dựng bộ điều khiển.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Thiết kế và điều khiển thuyền không người lái (Usvunmanned surface vehicle)

Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN THUYỀN KHÔNG NGƯỜI LÁI (USV- UNMANNED SURFACE VEHICLE) Nguyễn Đăng Khoa*, Đặng Cao Cường, Bùi Quốc Chiến Trường Đại học Bách khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh *Tác giả liên lạc: 1411828@hcmut.edu.vn TÓM TẮT Thuyền không người lái (Unmanned Surface Vehicle -USV) đã trở thành phương tiện phổ biến trên thế giới, đã được sử dụng trong một loạt các ứng dụng. Với yêu cầu đó, việc thiết kế và xây dựng các hệ thống USV đang diễn ra sôi nổi, đồng thời đã đạt được một số kết quả như mong đợi. Bài viết này mô tả thiết kế USV với cấu trúc linh hoạt, phát triển thuật tóa n điều khiển đã được áp dụng trong mô phỏng và thực nghiệm. Mô hình hóa USV được phát triển để nhanh chóng trong việc triển khai thiết kế, phát triển và xây dựng bộ điều khiển. Với kết quả mô phỏng và thực nghiệm đã chứng minh rằng hệ thống điều khiển, thuật tóa n dẫn đường LOS và bộ điều khiển PID cho thấy hiệu suất tốt, tính khả thi và độ tin cậy của hệ thống điều khiển được thiết kế. Từ khóa: Hướng dẫn, đường dẫn, đường ngắm. DESIGN AND CONTROL UNMANNED SURFACE VEHICLE USV Nguyen Dang Khoa*, Dang Cao Cuong, Bui Quoc Chien University of Technology – VNU Ho Chi Minh City *Corresponding Author: 1411828@hcmut.edu.vn ABSTRACT Unmanned Surface Vehicle (USV) has become a popular vehicle in the world, has been used in a variety of applications.For that purpose,It is necessary to design and develop USV systems, and the results have been as expected. This article describes the design of USV with flexible structure, control algorithms that have been applied in simulation and experiment. USV modeling was developed to rapidly deploy design and develope controllers. With simulation and experimental results it has been demonstrated that control systems, LOS routing algorithms and PID controllers show good performance feasibility and reliability Keyword: Guidance, path-following, line of sight. TỔNG QUAN bên cạnh đó chúng không bị hạn chế Ngày nay nhiều ứng dụng thực tế về bởi môi trường nguy hiểm đối với con việc khảo sát sông, hồ, biển,… được người, chẳng hạn như môi trường hạt thúc đẩy do môi trường sống của con nhân hoặc chất thải bị ô nhiễm. Ở một người bị thu hẹp dần và cần tìm nguồn số quốc gia, USV bắt đầu thực hiện các tài nguyên, môi trường mới cũng như nhiệm vụ nguy hiểm trong các ứng đảm bảo an toàn cho khu vực sinh sống dụng quân sự và dân sự. Với hệ thống của chính mình. Đối mặt với vấn đề định vị toàn cầu (GPS) trở nên nhỏ này nhiều ứng dụng đã được phát triển gọn, hiệu quả và giá vừa phải, cùng các và một trong số đó là tàu tự hành trên hệ thống dữ liệu không dây băng thông mặt nước để thu thập số liệu. Chúng cao hơn đã tạo thuận lợi đối với sự phát được thiết kế dựa trên nhiệm vụ cụ thể, triển của USV đối với nhiều ứng dụng. 506
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học Muốn phát triển tàu tự hành cần có các khiển,giải thuật điều khiển,… Các hệ thống dẫn đường và điều khiển tự tham số này sẽ được gửi đến bộ xử lý động để tàu có thể tự đi theo một quỹ trung tâm để thực hiện các nhiệm vụ đạo đã định trước. Trong hệ thống điều như điều khiển từ xa, điều khiển góc khiển, các nhà nghiên cứu tập trung heading. vào các khía cạnh của điều hướng, dẫn Vai trò của trạm mặt đất là thiết bị đầu đường, tránh vật cản vật cản để tăng cuối cho người dùng cuối giám sát và cường khả năng của USV. điều khiển cho USV thông qua các Trong đề tài này, hệ thống điều khiển kênh truyền thông RF. Sau khi bắt đầu bao gồm các cấu trúc phần cứng và chương trình GUI, người dùng sẽ được phần mềm, các bộ điều hướng và điều yêu cầu chọn chế độ điều khiển của khiển được phát triển để đáp ứng các điều khiển từ xa hoặc tự động. Với nhu cầu khác nhau của thực nghiệm vòng lặp 100ms (10Hz), hệ thống giám như điều khiển góc heading, bám điểm sát mặt đất có thể cập nhật chính xác và vv . Xây dựng một bộ Guidance để và hiển thị trạng thái của USV thông tạo đường dẫn bằng phương pháp LOS qua biểu đồ đường thời gian và xem và thiết kế một bộ điều khiển để bám trên bản đồ. theo góc heading mong muốn Ngoài ra, kết quả mô phỏng và thử nghiệm sẽ KẾT QUẢ được thực hiện và trình bày. Kết quả điều khiển góc heading được áp dụng trong thực nghiệm với kết quả NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG vọt lố nằm trong phạm vi 5 độ. Nói PHÁP NGHIÊN CỨU chung, cả kết quả thực nghiệm cho Để tăng tính ổn định cho USV, một tàu thấy sự hội tụ tốt với các góc heading kiểu catamaran được chọn để thiết kế. mong muốn. Nó bao gồm hai thân tàu, hệ thống đẩy, Trong thực nghiệm bám qua các điểm hệ thống điều khiển và cảm biến. waypoint cho trước, USV được điều Kiến trúc phần cứng khiển để bám bốn điểm định sẵn được Board định vị được kết nối với các cảm xác định trước như P1 P2 P3 P4. USV biến bao gồm đơn vị đo quán tính bắt đầu tại điểm S. Để kiểm tra thuật (IMU) và hệ thống định vị toàn cầu tóa n LOS và điều khiển góc heading (GPS). Hệ thống USV có thể truy cập được mô tả trong phần trước. Kết quả không dây RF để truyền/nhận lệnh từ thực nghiệm được thể hiện trong hình trạm mặt đất và gửi chúng đến board 5 với bốn điểm waypoint mong muốn chính để đưa ra quyết định điều khiển. Dựa vào sơ đồ trên, STM32F4 đóng KẾT LUẬN vai trò xử lý trung tâm. Nó có nhiệm Trong bài viết này ta đã trình bày vụ đọc các tín hiệu được trả về từ GPS, phương hướng giải quyết và thiết kế bộ IMU và tín hiệu điều khiển được gửi từ Guidance và Controller. Các kết quả máy tính thông qua sóng RF. Sau đó, thu được qua mô phỏng là phù hợp và STM32F4 sẽ điều khiển các động cơ để khả quan với thực tế. Tàu có khả năng đáp ứng yêu cầu đặt ra. hội tụ về đường đi mong muốn và điều Cấu trúc phần mềm đó cho thấy tính chính xác của Nhiệm vụ của USV được gửi từ trạm Guidance và chất lượng của giám sát mặt đất và sau đó USV sẽ lựa Controller. Tuy nhiên, tất cả được thử chọn và thực hiện các nhiệm vụ khác nghiệm với điều kiện tương đối yên nhau như lựa chọn chế độ điều tĩnh, tốc độ và hướng không đổi. Việc 507
Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 20 năm 2018 Kỷ yếu khoa học điều chỉnh bộ điều khiển để PID tốt thay đổi nhanh theo hướng. hơn có thể xử lý điều kiện thời tiết khắc Điều này hy vọng sẽ giảm bớt lắc lư và nghiệt có thể gây ra sự thay đổi lớn hơn làm cho bộ điều khiển đáng tin cậy và về tốc độ của hành trình và hơn thế nữa ổn định hơn. TÀI LIỆU THAM KHẢO J. BROWN, C. TUGGLE, J. MACMAHAN, AND A. RENIERS. The use of autonomous vehicles for spatially measuring mean velocity profiles in rivers and estuaries. Intelligent Service Robotics, vol. 4, pp. 233–244, Oct. 2011. R. MURPHY, E. STEIMLE, M. HALL, M. LINDEMUTH, D. TREJO, S. HURLEBAUS, Z. MEDINA-CETINA, AND D. SLOCUM. Robot- Assisted Bridge Inspection. Journal of Intelligent & Robotic Systems, vol. 64, pp. 77–95, Oct. 2011. S. CAMPBELL, W. NAEEM, AND G. IRWIN. A review on improving the autonomy of unmanned surface vehicles through intelligent collision avoidance manoeuvres. Annual Reviews in Control, vol. 36, pp. 267– 283, Dec. 2012. 508