Thiết kế bộ điều khiển vị trí thiết bị bay không người lái Quadrotor bằng phương pháp tuyến tính hóa phản hồi

Bài viết trình bày phương pháp thiết kế bộ điều khiển thiết bị bay không người lái (UAV) Quadrotor phi tuyến, dựa trên sự phân chia mô hình động lực học của Quadrotor thành các hệ con có cấu trúc phụ thuộc nhau và sử dụng tuyến tính hóa phản hồi.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế bộ điều khiển vị trí thiết bị bay không người lái Quadrotor bằng phương pháp tuyến tính hóa phản hồi KHOA HỌC CÔNG NGHỆ https://jst-haui.vn P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ THIẾT BỊ BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI QUADROTOR BẰNG PHƯƠNG PHÁP TUYẾNTÍNH HÓA PHẢN HỒI DESIGN OF A QUADROTOR POSITION CONTROLLER USING FEEDBACK LINEARIZED METHOD Hoàng Văn Huy1,* DOI: http://doi.org/10.57001/huih5804.2024.262 TÓM TẮT PID Proportional Integral Derivative (Vi tích phân tỷ lệ) Bài báo trình bày phương pháp thiết kế bộ điều khiển thiết bị bay không người lái (UAV) quadrotor phi tuyến, dựa trên sự phân chia mô hình động lực LQR linear quadratic regulator học của quadrotor thành các hệ con có cấu trúc phụ thuộc nhau và sử dụng (Điều khiển tối ưu tuyến tính bậc hai) tuyến tính hóa phản hồi. Trên cơ sở các bộ điều khiển tổng hợp được, tiến hành mô phỏng hệ điều khiển vị trí quadrotor bằng Matlab-Simulink. Các kết quả 1. GIỚI THIỆU mô phỏng chứng minh tính đúng đắn của thuật toán và cách tiếp cận khi tổng Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu các thiết hợp bộ điều khiển phức tạp của quadrotor. bị bay không người lái UAV đặc biệt được quan tâm của Từ khóa: Mô hình quadrotor, điều khiển, mô hình động học, tuyến tính hóa nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước, do thiết bị này phản hồi. có thể thay thế con người trong những công việc nguy hiểm như do thám, khảo sát địa hình địa vật, chụp ảnh, ABSTRACT giám sát hoặc quan trắc, giám sát núi lửa, cháy rừng, kiểm This article presents a method for designing a nonlinear quadrotor tra đường dây điện, tìm kiếm người thất lạc, cứu hộ thiên Unmanned Aerial Vehicle (UAV) controller, based on dividing the quadrotors tai,... Một trong các thiết bị có thể đáp ứng được các dynamic model into structurally dependent subsystems and using routes. nhiệm vụ trên là quadrotor, bởi các ưu điểm nổi bật là cất feedback calculation. Based on the synthesized controllers, simulate the và hạ cánh thẳng đứng dễ dàng, kích thước nhỏ gọn, kết quadrotor position control system using Matlab-Simulink. The simulation cấu cơ khí đơn giản [6, 7]. Tuy nhiên, quadrotor với mô results demonstrate the correctness of the algorithm and approach when hình động lực học có tính phi tuyến mạnh, tải trọng nhỏ synthesizing the complex controller of the quadrotor. và khả năng xử lý của các thiết bị điện tử trên thiết bị này Keywords: Model quadrotor, control, dynamic model, feedback linearization. cũng bị hạn chế. Vì vậy, việc điều khiển ổn định và chính xác vị trí quadrotor vẫn là một trong những lĩnh vực 1 Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội nghiên cứu quan trọng [8]. Cho đến nay, nhiều nhà * Email: huyhv@haui.edu.vn nghiên cứu đã phát triển một số lượng đáng kể các phương pháp điều khiển quadrotor, bao gồm bộ điều Ngày nhận bài: 08/3/2024 khiển vi tích phân tỷ lệ (PID), bộ điều khiển LQR [9], bộ Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 25/4/2024 điều khiển chế độ trượt phi tuyến [10, 11], bộ điều khiển Ngày chấp nhận đăng: 27/8/2024 logic mờ, mạng nơ ron [12, 13],… Tuy nhiên, các bộ điều khiển được đề xuất trong các công trình nghiên cứu đòi CHỮ VIẾT TẮT hỏi mức độ tính toán lớn. UAV Unmanned Aerial Vehicle Vì vậy, bài báo này trình bày phương pháp tổng hợp (Máy bay không người lái) bộ điều khiển vị trí quadrotor bằng phương pháp phân42 Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội Tập 60 - Số 8 (8/2024)P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 https://jst-haui.vn SCIENCE - TECHNOLOGYchia chuyển động. Cụ thể, phân chia cấu trúc hệ điều “trước”. Tốc độ cánh quạt trái và phải giữ không đổi.khiển quadrotor thành 3 vòng. Vòng trong là vòng điều Quá trình này được điều khiển bởi đại lượng U3. Hình 3khiển và ổn định trạng thái các góc Euler, vòng thứ 2 là biểu diễn sự thay đổi góc pitch.vòng điều khiển tốc độ, vòng ngoài cùng là vòng điềukhiển vị trí và sử dụng phương pháp tổng hợp hệ thống  nhiều vòng với các vòng điều khiển lệ thuộc để tổ ...