Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh

Mục tiêu nghiên cứu: Nghiên cứu và đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp giảm bậc mô hình. Nghiên cứu xây dựng mô hình xe hai bánh tự cân bằng và thiết kế hệ thống điều khiển cân bằng mô hình xe hai bánh. Mời các bạn tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh N C C N N P ................  ................... N ỄN VĂN N N CỨ ỨN DỤN O N C Ặ CÂN BẰN C O BÀ O N Ề ỂN CÂN BẰN XE A B NN ÀN : Ề ỂN VÀ Ự ỘN ÓA L N VĂN C SĨ OA C Ề ỂN VÀ Ự ỘN ÓA ƯỜ ƯỚ DẪ K OA : TS. Vũ Ngọc iên Thái Nguyên – năm 2020 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các kết quả, số liệunêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trìnhnào khác. Thái nguyên, ngày 20/7/2020 Tác giả luận văn Nguyễn Văn Đô ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, lời cảm ơn sâu sắc tớithầy giáo TS. Vũ Ngọc Kiên, người đã trực tiếp chỉ bảo và hướng dẫn em trongsuốt thời gian qua. Em xin bày tỏ lòng cảm ơn đối với các thầy cô giáo trong Khoa, bộ môncùng đông đảo bạn bè, đồng nghiệp đã cổ vũ rất nhiều cho việc thực hiện luận vănnày. Mặc dù được sự chỉ bảo sát sao của thầy hướng dẫn, sự nỗ lực cố gắng củabản thân. Song vì kiến thức còn hạn chế, nên chắc chắn luận văn này không tránhkhỏi những thiếu sót nhất định. Em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô giáovà sự góp ý chân thành của các bạn. Em xin chân thành cảm ơn! iii MỞ ĐẦU Tăng tốc độ xử lý và tính toán hiện nay là một hướng ưu tiên nghiên cứutrong lĩnh vực kỹ thuật. Để tăng tính toán, có một số hướng tiếp cận sau: 1. Sử dụng tối ưu thông lượng bộ nhớ cho các vi xử lý song song. 2. Phân rã các bài toán và lập trình song song theo nghĩa tính toán hiệu năngcao. 3. Quay về dùng các chip tương tự như mạng nơ ron tế bào (CNN) 4. Tìm cách giảm độ phức tạp của thuật toán mà vẫn đảm bảo sai số theo yêucầu.Giảm độ phức tạp của thuật toán chính là giảm bậc mô hình mà luận văn sẽ tậptrung nghiên cứu. Trong những năm gần đây, nghiên cứu về giảm bậc mô hình xe hai bánh tựcân bằng đã được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Một trong những khókhăn nhất của vấn đề nghiên cứu xe hai bánh là khả năng duy trì cân bằng ổn địnhtrong những địa hình khác nhau. Trong đó, một vấn đề khó khăn là nghiên cứu điềukhiển cân bằng xe hai bánh. Để giải quyết vấn đề cân bằng xe hai bánh, có baphương pháp cơ bản như sau: (i) điều khiển cân bằng bằng bánh đà, (ii) điều khiển cân bằng sử dụng lực ly tâm (iii) điều khiển cân bằng cách thay đổi tâm của trọng lựcTrong số ba phương pháp đó, cân bằng nhờ sử dụng bánh đà có ưu điểm là đáp ứngnhanh và có thể cân bằng ngay cả khi xe không di chuyển. Do xe hai bánh thường phải làm việc trong các điều kiện khác nhau, tải trọngmang theo có thể thay đổi, ngoại lực tác động vào xe có thể thay đổi nên việc môhình hóa xe hai bánh tự cân bằng gặp nhiều khó khăn và có thể coi xe hai bánh làđối tượng bất định. Do tính chất bất định của mô hình xe hai bánh nên thuật toánđiều khiển bền vững như trong nghiên cứu là thích hợp nhất. Lý thuyết điều khiển H∞ là một lý thuyết điều khiển hiện đại cho việc thiết kếcác bộ điều khiển tối ưu và bền vững cho các đối tượng điều khiển có thông số thay ivđổi hoặc chịu tác động của nhiễu bên ngoài. Tuy nhiên, thiết kế bộ điều khiển theolý thuyết điều khiển H∞, bộ điều khiển thu được thường có bậc cao (bậc của bộ điềukhiển được xác định là bậc của đa thức mẫu). Bậc của bộ điều khiển cao có nhiềubất lợi khi chúng ta đem thực hiện điều khiển trên xe hai bánh, vì mã chương trìnhphức tạp. Vì vậy, việc giảm bậc bộ điều khiển mà vẫn đảm bảo chất lượng có một ýnghĩa thực tiễn.Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu và đánh giá ưu nhược điểm của các phương pháp giảm bậc mô hình. - Nghiên cứu xây dựng mô hình xe hai bánh tự cân bằng và thiết kế hệ thống điều khiển cân bằng mô hình xe hai bánh. - Ứng dụng thuật toán chặt cân bằng trong hệ thống điều khiển cân bằng xe hai bánh.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng: Các thuật toán giảm bậc mô hình, xe hai bánh tự cân bằng. - Phạm vi nghiên cứu: Thuật toán chặt cân bằng cho hệ tuyến tính ổn định vàkhông ổn định; bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh.Phương pháp nghiên cứu - ...