Danh mục sản phẩm

Đang trực tuyến

Trang web hiện có:
91 khách & 0 thành viên trực tuyến

Lượt truy cập

Hôm nay
Hôm qua
Tất cả
570
898
450046

Công Nghệ tại ATDTech.com

Điều khiển tối ưu bền vững H∞ cho xe hai bánh tự cân bằng

Xe hai bánh cân bằng điều khiển bằng Board Arduino mega 2560

 Đặc điểm nổi bật của xe hai bánh tự cân bằng là cơ chế tự cân bằng, giúp cho xe dù chỉ có một trục chuyển động với hai bánh nhưng luôn ở trạng thái cân bằng. Có rất nhiều công trình nghiên cứu điều khiển xe hai bánh tự cân bằng dùng giải thuật PID, giải thuật cuốn chiếu (backstepping control), giải thuật trượt (sliding mode control), fuzzy, noron, LQR. Tuy nhiên các phương pháp nêu trên không tối thiểu bất kỳ hàm chỉ tiêu chất lượng do đó không tối ưu. Ngoài ra, các phương pháp nêu trên bỏ qua nhiễu trong phân tích và thiết kế hệ thống.

Phương pháp điều khiển bền vững H_∞ không chỉ tối thiểu phiếm hàm chỉ tiêu chất lượng, mà còn duy trì hệ kín luôn ổn định bền vững dưới tác động của nhiễu và tham số động học trong các ma trận trạng thái biến đổi theo thời gian.

1. Mô hình động lực học xe hai bánh ( Download  tài liệu xây dựng phương trình trạng thái)

Mô hình động lực học xe hai bánh tự cân bằng

Ta có hệ phương trình mô tả đối tượng:

Xây dựng phương trình tuyến tính xe hai bánh tự cân bằng

 

2.Phương pháp điều khiển tối ưu bền vững ( Download tài liệu tham khảo )

Phương pháp điều khiển tối ưu bền vững

Bộ điều khiển K được thiết kế để ổn định hệ kín dựa vào mô hình đối tượng G. w là nhiễu từ sai số z ( sai số giữa mô hình danh định G và thực tế) được ánh xạ qua Denta

Bộ điều khiển K

3.    Thiết kế luật điều khiển tối ưu bền vững cho xe hai bánh tự cân bằng

Ta có đối tượng tuyến tính được mô tả bởi phương trình trạng thái:

Phương trình trạng thái đối tượng tuyến tính

Ta có tín hiệu điều khiển tối ưu:

Tín hiệu điều khiển tối ưu xe hai bánh tự cân bằng

Định nghĩa chỉ tiêu hàm chất lượng

Lưu ý: hệ số bền vững mong muốn gamma trong phiếm hàm chỉ tiêu chất lượng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điều khiển và độ bền vững của hệ thống, do đó phải lựa chọn gamma sao cho cân đối giữa chất lượng điều khiển và độ bền vững. Nếu chọn gamma để tăng độ bền vững lên thì chất lượng bộ điều khiển sẽ suy giảm và ngược lại. (trong quá trình mô phỏng có thể thay đổi gamma để đánh giá chất lượng bộ điều khiển trong từng trường hợp)

4 .Mô phỏng bộ điều khiển bền vững cho xe hai bánh tự cân bằng trên Matlab ( link download mô phỏng )

Thông số mô phỏng:

Mw = 0.2;      % khoi luong banh xe (kg)

Mb = 3;          % khoi luong than xe + nguoi (kg)

R = 0.05;        % ban kinh banh xe (m)

L = 0.3;          % trong tam xe (m)

D = 0.2;          % khoang cach hai banh xe (m)

g = 9.81;         % gia toc trong truong

Thiết kế bộ điều khiển H cô cùng

Gamma=1;

R = 0.01;

Q = [5 0 0 0;0 0 0 0;0 0 100 0;0 0 0 0];

B2= [0; 1; 0; 1]

B=1/gamma^2*B2*B2'-B1*inv(R)*B1';

P=are(A,B,Q)

K_u=inv(R)*B1'*P

K_w=-1/gamma^2*B2'*P

Mô phỏng xe hai bánh tự cân bằng

Đồ thị mô phỏng xe hai bánh tự cân bằng

Sau khi chạy mô phỏng tìm được:

K_u  =  1.7946   -0.0030    1.8764    0.2079

K_w = -28.6717   -6.7941   -9.8560   -2.2200

5 . Xây dựng phần cứng và chạy thực nghiệm

+ Board mạch chính : Arduino Mega 2560

Board Arduino Mega 2560

Module Điều khiển động cơ: L298N-Motor-Driver-Module

Module điều khiển động cơ Lm298

Cảm biến góc gia tốc GY521

 

Cảm biến gia tốc góc GY521

Khung xe và động cơ 25GA370

Khung xe và động cơ 25GA370

Cách kết nối  các chi tiết xe tự cân bằng đơn giản

Mega 2560

Chức năng

Kết nối

Ghi chú

Chân 2

Input

Encode motor

 

Chân 3

Input

Encode motor

 

Chân 4

Output

Chân input L298N – IN1

Output L298N nối motor

Chân 5

Output

Chân input L298N – IN2

Chân 6

Output

Chân input L298N – IN3

Chân 7

Output

Chân input L298N – IN4

Chân 9

Output

Chân EA - L298N

 

Chân 10

Output

Chân EB - L298N

 

Chân 70

Input

Chân SDA cảm biến Gyro

Giao tiếp chuẩn I2C

Chân 71

Input

Chân SCL cảm biến Gyro

 

Code Arduino Điều khiển tối ưu bền vững H∞ cho xe hai bánh tự cân bằng.

Video Demo xe