BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM HOÀNG NGUYÊN PHƯỚC ĐIỀU KHIỂN ROBOT HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MÃ SỐ : 60.52.50 Tp Hồ Chí Minh BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP.HCM HOÀNG NGUYÊN PHƯỚC ĐIỀU KHIỂN ROBOT HAI BÁNH TỰ CÂN BẰNG SỬ DỤNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN MÃ SỐ : 60.52.50 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TSKH HỒ ĐẮC LỘC TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG Tp H Chí Minh LỜI CẢM ƠN May mắn thay, bước chân đến Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ thành phố Hồ Chí Minh, nơi dìu dắt đến bến bờ tri thức người Thầy, Cô, Anh, Chị với lòng hy sinh, tận tụy bao dung Xin cảm ơn trường Đại học Kỹ thuật C ông nghệ thành phố Hồ Chí Minh, quý Thầy, Cô tận tình truyền đạt kiến thức tạo điều kiện tốt cho lớp cá nhân suốt học trình Cao học Với lòng tri ân sâu sắc, muốn nói lời c ảm ơn đến PGS.TSKH Hồ Đắc Lộc TS Nguyễn Thanh Phương_ người Thầy nhiệt tình hướng dẫn bảo cho suốt thời gian thực nghiên cứu Cám ơn tất c ả bạn khóa học, người chung chí hướng đường tri thức để tất có kết ngày hôm Cảm ơn gia đình người thân động viên, hỗ trợ suốt thời gian thực nghiên cứu Xin trân trọng chân thành gửi lại tất nơi lòng tri ân sâu sắc Thực HOÀNG NGUYÊN PHƯỚC TÓM TẮT Vấn đề điều khiển lắc ngược di động nghiên cứu mạnh từ yêu cầu đặt thực nhanh xác Cấu trúc khí chia làm ba phần chính, lắc với bậc tự đặt đế quay quanh trực thẳng đứng chuyển động trượt tuyến tính Để đạt tính xác cao, hệ thống điều khiển lắc ngược di động thiết kế thông qua kỹ thuật điều khiển trượt Kỹ thuật phương pháp điều khiển bền vững, tạo ngõ vào để mang lại quỹ đạo mong muốn cho hệ thống Trình tự thiết kế chọn mặt trượt thỏa đáp ứng vòng kín không gian trạng thái sau thiết kế điều khiển cho quỹ đạo hệ thống trạng thái theo mặt trượt Luận văn trình bày ba vấn đề Thứ nhất, mô hình toán học tuyến tính, làm tiền đề phát triển hệ thống điều khiển Thứ hai, kỹ thuật điều khiển trượt phát triển để ổn định bám theo hệ thống Sau cùng, mô dựa vào kết để kiểm chứng giải thuật điều khiển ABSTRACT Inverted pendulum control problems have been intensively studied due to the challenging demand of fast and precise performance, where the mechanical structure can be divided into three main types: One is a pendulum with one degree of freedom (DOF) mounted on a base rotating around the vertical axis or actuated by a linear slide For achieving high-precision performance the control system for the mobile inverted pendulum is designed via sliding mode control (SMC) in this thesis SMC is a robust control method which generates an input to yield a desired trajectory for a given system Its design procedure is to first select a sliding surface that satisfies the desired closed-loop performance in the state space, and then to design a controller such that the system state trajectories are forced toward the sliding surface and stay on it This thesis considers the control system design for a mobile inverted pendulum via sliding mode technique Firstly, a linear mathematical model was used in order to facilitate the development of an efficient control system Secondly, sliding mode controllers were developed for stabilizing and tracking this system Lastly, the simulations were given to validate of the proposed controllers i MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH v MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Thế xe hai bánh tự cân 1.2 Tại phải thiết kế robot hai bánh tự cân 1.3 Ưu, khuyết điểm 1.3.1 Ưu điểm .6 1.3.2 Khuyết điểm 1.4 Khả ứng dụng 1.5 Tình hình nghiên cứu nước 1.5.1 Một số dạng xe hai bánh tự cân dùng robot 1.5.2 Tình hình nghiên cứu nước 10 1.6 Nhu cầu thực tế 11 1.7 Mục đích đề tài 11 1.8 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 12 1.8.1 Nhiệm vụ đề tài 12 1.8.2 Giới hạn đề tài 12 1.9 Phương pháp nghiên cứu 12 ii Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 13 2.1 Tổng quan phi tuyến 13 2.2 Lý thuyết điều khiển trượt 16 2.2.1 Giới thiệu điều khiển trượt 16 2.2.2 Khái niệm mặt trượt 17 2.2.3 Luật điều khiển chuyển mạch xấp xỉ liên tục 27 Chương 3: MÔ HÌNH TOÁN HỌC 34 3.1 Phương pháp tính động lực học 34 3.2 Mô hình động điện chiều 35 3.3 Mô hình động học lắc ngược di động 37 3.3.1 Động lực học bánh xe 38 3.3.2 Động lực học lắc ngược 40 Chương 4: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 43 4.1 Thiết kế điều khiển tĩnh 43 4.2 Bộ điều khiển động 45 Chương 5: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 49 5.1 Kết mô điều khiển trượt 50 5.2 Kết luận 53 Chương 6: KẾT LUẬN 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DC: Dòng điện chiều (direct current) DOF: Bậc tự (degree of freedom) SMC: Điều khiển kiểu trượt (sliding mode control) LQR: Ổn định tuyến tính bậc hai (linear quadratic regulators) 48 − M ( x, t )sign(S )  − 4C x T T M ( x, t )   4C x (4.20) Từ phương trình (4.19) (4.20), theo ều kiện đạt để thỏa: lim S S  S→  T M ( x, t )   4C x (4.21) Nếu điều khiển nhận hai giá trị biên (+Mo –Mo), sau phương trình (4.18) với M(x, t) = Mo tác đ ộng trượt để hội tụ với mặt trượt S = điều chỉnh (4.16) Hình 4.1 trình bày s đồ khối điều khiển dự kiến -Mo u1 + b x ∫ + A sign( S ) S CT 4.1: Sơ đồ khối điều khiển x 49 Chương KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Chương trình bày k ết mô phần mềm Matlab để kiểm chứng tính đắn luật điều khiển thiết kế Các thông số giá trị ban đầu hệ robot hai bánh tự cân cho bảng 5.1 5.1: Các giá trị dùng cho mô Thông s ố Diễn giải Giá tr ị Đơn v ị r Bán kính bánh xe 0.051 m Mp Khối lượng lắc 1.13 kg Ip Moment quán tính c lắc quanh trụcz 0.0041 kg.m km Hằng số moment động 0.006123 N.m/A R Điện trở phần ứng 3.0 Ω Mw Khối lượng bánh xe 0.03 kg Iw Moment quán tính c bánh xe 0.000039 L Khoảng cách tâm bánh xe tr ọng tâm lắc 0.07 ke Hằng số sức điện động 0.006087 G Gia t ốc trọng trường 9.81 kg.m 2 m v.s/rad m/s Phương trình (3.36) trở thành:   x   xr0  r  0− 0.0097 11.1594      0− 0.0293 172.1160     0 0 0  xr   0  x0.0815   0  (5.1) r            V   0.2456 0 1        0 Ma trận điều khiển  Ab  phương trình (5.1) sau: − 0.0532    0.0815− 0.0008 2.7408  A b−   0.0024 42.2717 0.2456  b   0.0815− 0.0008 2.7408 − 0.4913 0.2456− 0.0024 42.2717     A b  3  50 5.2 Kết mô điều khiển trượt Mục tiêu điều khiển làm cho trạng thái hệ thống hội tụ không với thời gian ngắn Kết mô sử dụng kỹ thuật điều khiển trượt tảng công thức Ackermann trình bày hình 5.1 Ở thời điểm ban đầu, khoảng cách tâm bánh xe trọng tâm lắc lớn, góc nghiêng tốc độ nghiêng lắc lớn, hệ thống xe điều chỉnh tốc độ bám theo góc nghiêng tốc độ nghiêng lắc để đưa hệ thống trạng thái cân với thời gian ngắn 0.8 Khoang Toc Trang thai cua he thong 0.6 Toc 0.4 0.2 -0.2 0.4 Thoi gian (giay) 10 5.1: Trạng thái hệ thống xr ,ϕ   Hình 5.2 trình bày trạng thái hệ thống với tốc độ xe góc nghiêng lắc, tốc độ xe thay đổi bám theo góc nghiêng lắc sau khoảng thời gian giây hệ thống cân Hình 5.3 5.4 trình bày chi ti ết biên độ dao động góc nghiêng tốc độ góc nghiêng hệ thống, biên độ hệ thống giảm dần ổn định sau khoảng thời gian giây Hình 5.5 5.6 trình bày d ạng tín hiệu điều khiển tr ạng thái dao động mặt trượt 51 0.4 Toc 0.3 Trang thai cua he thong 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 0.4 Thoi gian (giay) 10 nh 5.2: Trạng thái tốc độ tốc độ nghiêng hệ thống 0.04 Goc nghie (rad) Trang thai goc nghieng cua he thong 0.03 ng 0.02 0.01 -0.01 -0.02 -0.03 0.04 Thoi gian (giay) 5.3: Trạng thái góc nghiêng hệ thống 10 52 Toc goc nghieng cua he thong 0.15 Toc goc (rad/s) 0.1 0.05 0.05 Thoi gian (giay) 10 10 5.4: Trạng thái tốc độ góc nghiêng hệ thống 50 40 30 Tin hieu dieu khien 20 10 -10 -20 -30 -40 50 Thoi gian (giay) 5.5: Tín hiệu ngõ vào 53 0.15 0.1 Mat truot 0.05 -0.05 -0.1 Thoi gian (giay) 10 5.6: Bề mặt trượt S 5.3 Kết luận Điều khiển hệ thống lắc ngược di động thông qua kỹ thuật điều khiển trượt sử dụng luận văn thể qua kết mô So sánh v ới kỹ thuật điều khiển khác, kỹ thuật điều khiển trượt điều khiển bền vững, không nhạy với nhiễu loạn bên Đối với xe hai bánh t ự cân sử dụng kỹ thuật điều khiển trượt, ổn định nhanh di chuyển địa hình phức tạp lên dốc, xuống dốc Tương lai c ần phải nghiên cứu nhằm tìm hiểu ảnh hưởng hệ thống Các phương pháp phi tuyến đề nghị dùng cho nghiên cứu sau để có cải tiến tính ổn định bền vững 54 Chương KẾT LUẬN Luận văn giới thiệu phần mô điều khiển độ ổn định lắc ngược di động thông qua kỹ thuật điều khiển trượt Các kết thực luận văn là: - Thiết lập mô hình toán hàm tr ạng thái cho động vàcon lắc ngược - Thiết kế điều khiển thông qua kỹ thuật điều khiển trượt để ổn định lắc ngược - Xây dựng chương trình mô hệ thống Matlab - Phân tích nh ận xét kết mô để chứng minh hiệu kỹ thuật điều khiển trượt TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] F Grasser, A D Arrigo, S Colombi and A C Rufer, “JOE: A Mobile, Inverted Pendulum”, IEEE Trans Indus Elec., Vol 49, No 1, 107-114, Feb 2002 [2] V Williams and K Matsuoka, “Learning to Balance the Inverted Pendulum Using Neural Networks”, IEEE Conference on Neural Networks, Vol 1, pp 214-219, 2002 [3] R J Lee, K C Chou, S H Liu and J Y Yen, “Solid Modeling Based Servo System Design for a High Speed Micro Grinding Machine”, Machine Tools & Manufacture, Vol 46, pp.208-217, 2006 [4] F Esfandiari and H K Khalil, “Output Feedback Stabilization of Fully Control System”, International Journal of Control, Vol 56, pp 1007-1037, 1992 [5] R J Wai and L J Chang, “Adaptive Stabilizing and Tracking Control for a Nonlinear Inverted-Pendulum System via Sliding-Mode Technique”, IEEE Trans Indus Elec., Vol 53, No 2, Apr 2006 [6] R N Gasimov, A Karamancioglu and A Yazici, “A Nonlinear Programming Approach for the Sliding Mode Control Design”, Applied Mathematical Modeling, Vol 29, pp 1135-1148, 2005 [7] C Edwards, “A Practical Method for the Design of Sliding Mode Controllers Using Linear Matrix Inequalities”, Automatica, Vol 40, pp 1761-1769, 2004 [8] J H Wu, D L Pu and H Ding, “Adaptive Robust Motion Control of SISO Nonlinear Systems with Implementation on Linear Motors”, Mechatronics, 2007 [9] R J Lee, K C Chou, S H Liu and J Y Yen, “Solid Modeling Based Servo System Design for a High Speed Micro Grinding Machine”, Machine Tools & Manufacture, Vol 46, pp 208-217, 2006 [10] C Bonivento, L Marconi and R Zanasi, “Output Regulation of Nonlinear System by Sliding Mode”, Automatica, Vol 37, pp 535-542, 2001 [11] J J E Slotine, J K Hedrick and E A Misawa, “On Sliding Observer for Nonlinear System”, Journal of Dynamics System, Measurement and Control, Vol 109, pp 245-252, 1987 [12] R Sreedhar, B Fernandez and J Y Masawa, “Robust Fault Detection in Nonlinear System Using Sliding Mode Observer”, Proceedings of IEEE Conference on Control and Applications, Vol 2, pp 715-721, Sept 1993 [13] Y Yao and M Tomizuka, “Adaptive and Robust Control of Robot Manipulators: Theory and Comparative Experiment”, Proceedings IEEE Conference on Decision and Control, pp 1290-1295, 1994 [14] Y Huang and J Han, “Analysis and Design for Nonlinear Continuous Extended State Observer”, Chinese Science Bulletin, pp 1373-1379, 2000 [15] Z Gao, S Hu and F Jiang, “A Novel Motion Control Design Approach Based on Active Disturbance Projection”, Proceedings the 40th IEEE Conference on Decision and Control, Vol 5, pp 4877-4882, Dec 2001 [16] Z Gao, Y Huang and J Han, “An Alternative Paradigm for Control System Design”, Proceedings the 40th IEEE Conference on Decision and Control, Orlando, Florida USA, Vol 5, pp 4578-4585, Dec 2001 [17] J Han, “Auto-Disturbance-Rejection Control and Its Application”, Control and Decision, Vol 13, No 1, pp 19-23, 1998 [18] J Ackermann and V Utkin, “Sliding Mode Control Design Based on Ackermann’s Formula”, IEEE Trans Auto Con., Vol.43, No.2, 234-237, Feb 1998 [19] P J McKerrow, Introduction to Robotics, Addivision Wesley Longman China Ltd., VVP, 1998 [20] G F Franklin, J D Powell and A Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems, London: Prentice Hall, Inc., New Jersey, 2002 [21] J J E Slotine and W Li, Applied Nonlinear Control, New Jersey: PrenticeHall International, Inc., Englewood Cliffs, 1991 [22] D Necsulescu, Mechatronics, Prentice Hall, 2002 [23] V I Utkin, Sliding-modes in Control Optimization, Springer-Verlag, 1992 [24] C Edwards and S K Spurgeon, Sliding Mode Control: Theory and Applications, Taylor & Francis, Mar 1998 [25] T L Chung, A Nonlinear Feedback Control of Wall-Following Robot di động, Master Thesis, The Graduate School of Pukyong National University, Feb 2004 [26] Dương Hoài Ngh ĩa, Điều khiển hệ thống đa biến, NXB ĐHQG TP.HCM, 2007 [27] Nguyễn Thị Phương Hà : Lý Thuyết điều khiển Hiện Đại , NXB ĐHQG TP.HCM, 2009 [28] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung, Lý thuyết điều khiển phi tuyến, NXB Khoa học kỹ thuật, 2006 PHỤ LỤC  a11 a12 a a A− bk T   21 22 a31 a32  a a41 42  a11− b1k1 a12− b1k2 a33 a43 a23− b2k3 a33− b3k3 a43− b4k3 0 1 −1  0    c1 c2 c3  A11−  A14 c c1   A21− A24 c1   c4  A31− A34  c  c4  M 1−  M4c  c1  a23 a14  b1k1 b1k2  b k b k a24−   21 22 a34  b3k1 b3k2   a44  b4 k1 b 4k a13− b1k3 a− b k a− b k  21 22 2 a31− b3k1 a32− b3k2    b k4 a41 − b 1k a− 42 T A  ( A− bk )T a13 b1k4 b2k3 b2k b3k3 b3k4   b4k4  b4k3 a14− b1k4  A11  A a24− b2k4   21 a34− b3k4   A31   k  A41 a44 − 4b 4 0  A11 A12 A13 A22 0  0  A31 A32 A21 A42   c4  A41 A23 A12− A14 b1k3 A33 A43 A12 A13 A14  A22 A23 A24  A32 A33 A42 A43 A34   A44  A14   A24  A34  0c1 A44−   c4 A13− A14 0 c −2 c4 c −3 c4 c3 A14 c4   c4 A22 − A24 c c4 A23 − A24 c c4 A32 − A34 c A33 − A34  A24  A34 c4   c4 M 2− M c c4 M 3− M c c4  M 4  c4 c4 c4  c2 đây, M 1  c1 A11 c2 A21 c3 A31 c4 A41 M 2 c1 A12 c2 A22 c3 A32 c4 A42 M 3 c1 A13 c2 A23 c3 A33 c4 A43 M 4  c1 A14 c2 A24 c3 A34 c4 A44 c4 c  0  0  0  1  c4  CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG (m file) File điều khiển cân bằng: Balancing_controller.m clear all; close all; global C M0 F ts=0.02; T=30; TimeSet=[0:ts:T]; para=[]; options=odeset('RelTol',1e-3,'AbsTol',[1e-3 1e-3 1e-3 1e-3]); %options=[]; x0=[0.5,0.3,0,0]; [t,xout]=ode45('dynamical_equation',TimeSet,x0,options,para); x1=xout(:,1); x2=xout(:,2); x3=xout(:,3); x4=xout(:,4); s=C(1)*x1+C(2)*x2+C(3)*x3+C(4)*x4; if F==1 M0=40; u=-M0*sign(s); elseif F==2 beta=30; delta=0; for k=1:1:T/ts+1 u(k)=beta*(abs(x1(k))+abs(x2(k))+abs(x3(k))+abs(x4(k))+delta)*sign(s(k); end end figure(1); plot(t,[x1 x2 x3 x4]); xlabel('Thoi gian (giay)'); ylabel('Trang thai cua he thong'); legend('Khoang cach','Toc do','Goc','Toc nghieng'); axis([0 10 -0.4 0.8]); figure(2); plot(t,s,'r'); xlabel('Thoi gian (giay)'); ylabel('Mat truot'); axis([0 10 -0.15 0.15]); figure(3); plot(t,u,'r'); xlabel('Thoi gian (giay)'); ylabel('Tin hieu dieu khien'); axis([0 10 -50 50]); figure(4); plot(t,[x2,x4]); xlabel('Thoi gian (giay)'); ylabel('Trang thai cua he thong') legend('Toc do','Toc nghieng'); axis([0 10 -0.4 0.4]); figure(5); plot(t,x3); xlabel('Thoi gian (giay)'); ylabel('Trang thai goc nghieng cua he thong'); legend('Goc nghieng (rad)'); axis([0 10 -0.04 0.04]); figure(6); plot(t,x4); xlabel('Thoi gian (giay)'); ylabel('Toc goc nghieng cua he thong'); legend('Toc goc nghieng (rad/s)'); axis([0 10 -0.05 0.15]); File phương trình động học: Dynamical_equation.m function dx=DynamicModel(t,x,flag,para) global C M0 F %Variable initialization g=9.81; %Gravity(m/s^2) r=0.051; %Radius of wheel(m) Mw=0.03; %Mass of wheel(kg) Mp=1.13; %Mass of body(kg) Iw=0.000039; %Inertia of the wheel(kg*m^2) Ip=0.0041; %Inertia of the body(kg*m^2) L=0.07; %Length to the body's center of mass(m) %Motor's variables Km=0.006123; %Motor torque constant(Nm/A) Ke=0.006087; %Back EMF constant(Vs/rad) R=3; %Nominal terminal resistance(Ohm) %Va=voltage applied to motors for controlling the pendulum %State Space Equation %Pre-calculated to simplify the matrix %Denominator for the A and B matrices beta=(2*Mw+(2*Iw/r^2)+Mp); alpha=(Ip*beta+2*Mp*L^2*(Mw+Iw/r^2)); a22=(2*Km*Ke*(Mp*L*r-Ip-Mp*L^2))/(R*r^2*alpha); a23=(Mp^2*g*L^2)/alpha; a42=(2*Km*Ke*(r*beta-Mp*L))/(R*r^2*alpha); a43=(Mp*g*L*beta)/alpha; b2=(2*Km*(Ip+Mp*L^2-Mp*L*r))/(R*r*alpha); b4=(2*Km*(Mp*L-r*beta)/(R*r*alpha)); A=[0,1,0,0; 0,a22,a23,0; 0,0,0,1; 0,a42,a43,0]; b=[0;b2;0;b4]; Cont=[A A*b A^2*b A^3*b]; Rho=rank(Cont); %Ackermann's formula eig(A) n1=-1;n2=-2;n3=-3; C=[0,0,0,1]*inv([b,A*b,A^2*b,A^3*b])*(A-n1*eye(4))*(An2*eye(4))*(A-n3*eye(4)); s=C*x; F=1; if F==1 M0=40; u=-M0*sign(s); elseif F==2 beta=30; delta=0; u=-beta*(abs(x(1))+abs(x(2))+abs(x(3))+abs(x(4))+delta)*sign(s); end %State equation dx=zeros(4,1); f0=0.5; ft=f0*sin(3*t); dx=A*x+b*(u+ft); [...]... về robot hai bánh tự cân bằng, xây dựng mô hình toán học cho robot hai bánh tự cân bằng, thiết kế bộ điều khiển sử dụng kỹ thuật điều khiển trượt cho robot hai bánh t ự cân bằng và mô phỏng trên phần mềm Matlab để kiểm chứng giải thuật đã thiết kế 12 1.9 Nhiệm vụ và giới hạn của đề tài 1.9.1 Nhiệm vụ của đề tài - Nghiên c ứu phương pháp đi ều khiển trượt - Xác định mô hình toán học của hệ thống robot. .. thống robot hai bánh tự cân bằng - Tìm hiểu các đề tài đã thực hiện về hệ thống robot hai bánh tự cân bằng, nhận dạng các vấn đề cần giải quyết phục vụ cho việc thiết kế bộ điều khiển - Xác định mô hình toán học của hệ thống robot hai bánh tự cân bằng - Tìm hiểu về phần mềm Matlab, xây dựng mô hình con lắc ngược trên xe hai bánh b ằng phần mềm mô phỏng Matlab - Thiết kế bộ điều khiển trượt điều khiển. .. xe hai bánh tự cân bằng Đối với xe có ba hoặc bốn bánh điều khiển, việc thăng bằng và ổn định của chúng là nhờ trọng tâm của mặt phẳng được tạo ra nhờ các bánh xe làm chân đế Đối với các loại robot chỉ có hai bánh điều khiển chính thì việc tự giữ thăng bằng khi di chuyển là hoàn toàn không thể, hầu như chúng phải có thêm từ một hoặc hai bánh phụ để đỡ Hiện nay có hai ki ểu giữ cân bằng đối với robot. .. nghiên cứu phần lớn sử dụng phương pháp điều khiển tuyến tính [3-17] Phương pháp điều khiển trượt là phương pháp điều khiển bền vững, nó tạo ra một ngõ vào bám theo quỹ đạo mong muốn với hệ thống đã định Trong thập kỷ qua, kỹ thuật điều khiển trượt được sử dụng nhiều trong các ứng dụng thực t iễn khác nhau Trong luận văn này, mục tiêu điều khiển là thực hiện kỹ thuật điều khiển trượt để ổn định con... cảm nhận và phản ứng thăng bằng của mỗi người là khác nhau, nên xe scooter hai bánh ựt cân bằng chỉ được thiết kế cho một người sử dụng 4 Hình 1.4: Mô tả cách bắt đầu di chuyển đến lúc thăng bằng 1.3 Tại sao phải thiết kế robot hai bánh tự cân bằng Những robot di động xây dựng hầu hết là những robot di chuyển bằng ba bánh xe, với hai bánh lái được lắp ráp đồng trục và một bánh xe phụ nhỏ Có nhiều loại... hiện) là một robot hai bánh tự cân bằng hoạt động bằng cách kiểm soát thông tin phản hồi Hình 1.8: Balance Bot I 8  Balancing robot (bBot) Vào năm 2003, Jack Wu và Jim Bai đã thực hiện đề tài robot hai bánh tự cân bằng Robot này có th ể xác định vị trí hướng của nó đối với môi trường và lái động cơ theo hư ớng này Hình 1.9: Balancing robot  Robot JOE JOE được điều khiển bởi một bộ điều khiển từ xa... của hệ thống robot hai bánh tự cân bằng - Mô phỏng bộ điều khiển sử dụng Matlab đối với hệ thống robot hai bánh tự cân bằng - Nhận xét kết quả đạt được và so sánh với các kết quả đã được nghiên cứu trước đây 1.9.2 Giới hạn của đề tài Đề tài chỉ mang tính chất nghiên cứu, kiểm tra luật điều khiển và mô phỏng trên phần mềm Matlab 1.10 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu điều khiển trượt thông qua các... trong luận văn này Luật điều khiển gồm hai phần: bộ điều khiển tĩnh và bộ điều khiển động Bộ điều khiển tĩnh góp phần đạt được mặt trượt với hình thức rõ ràng bằng cách sử dụng công thức Ackermann[18] Bộ điều khiển động làm cho mặt trượt bám theo trạng thái hệ thống Toàn b ộ hệ thống điều khiển được phát triển để ổn định con lắc ngược di động 11 1.7 Nhu cầu thực tế Hiện tại, trong điều kiện đường xá giao... phú những lựa chọn giải pháp để chuyển động trong không gian cho các robot Về yếu tố tâm lý con người, mô hình xe hai bánh tự cân bằng thực sự là một dấu chấm hỏi lớn đó là tại sao có thể di chuyển và thăng bằng được đối với những ai đã từng thấy hay đã sử dụng nó Điều này cuốn hút nhu cầu được sử dụng một chiếc xe hai bánh tự cân bằng và đó cũng chính là lý do của sự thành công lớn trên thế giới của... hai ki ểu giữ cân bằng đối với robot chỉ có hai bánh xe Một là, loại có hai bánh xe có trục bánh xe song song với nhau, điển hình là robot xe đạp (hình 1.1) Việc giữ thăng bằng của robot dựa trên tính chất con quay hồi chuyển ở hai bánh xe khi xe đang chạy Hình 1.1: Murata Robot Hai là, loại có hai bánh xe đồng trục (hình 1.2) Để giữ thăng bằng, trọng tâm của robot phải luôn giữ sao cho nằm cùng mặt phẳng ... hay sử dụng Điều hút nhu cầu sử dụng xe hai bánh tự cân lý thành công lớn giới mô hình xe Segway năm 2003 1.8 Mục đích đề tài Tìm hiểu robot hai bánh tự cân bằng, xây dựng mô hình toán học cho robot. .. cân bằng, xây dựng mô hình toán học cho robot hai bánh tự cân bằng, thiết kế điều khiển sử dụng kỹ thuật điều khiển trượt cho robot hai bánh t ự cân mô phần mềm Matlab để kiểm chứng giải thuật... tài - Nghiên c ứu phương pháp ều khiển trượt - Xác định mô hình toán học hệ thống robot hai bánh tự cân - Mô điều khiển sử dụng Matlab hệ thống robot hai bánh tự cân - Nhận xét kết đạt so sánh