Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, tập trung giải quyết bài toán điều khiển robot tự hành trong hệ thống điều khiển qua mạng (Networked Control System - NCS) dưới tác động của thời gian trễ và các thông số vật lý không xác định chính xác. Nghiên cứu được thực hiện tại Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Nguyễn Thanh Phương và TS. Trần Viết Thắng.
Trong bối cảnh cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (Industry 4.0), hệ thống vật lý ảo (Cyber Physical System - CPS) được triển khai vào hệ thống kho vận nội bộ (logistics) nhằm tối ưu hóa chuỗi sản xuất và luân chuyển hàng hóa. Việc liên kết các phương tiện tự hành (Automated Guided Vehicle - AGV) với máy tính xử lý trung tâm qua mạng Internet giúp giảm tải năng lực tính toán trên thiết bị đầu cuối và cho phép điều phối linh hoạt. Tuy nhiên, việc tập trung nhiều thiết bị trao đổi dữ liệu làm phát sinh hiện tượng mất gói dữ liệu và thời gian trễ trên đường truyền. Mặc dù giao thức TCP/IP có thể giải quyết vấn đề mất gói bằng cơ chế kiểm soát chất lượng dịch vụ (QoS) và truyền lại gói tin, cơ chế này lại làm gia tăng độ trễ truyền thông. Thời gian trễ cùng với sự biến thiên của các thông số động lực học (như khối lượng tải, mô-men quán tính, hệ số ma sát) gây suy giảm chất lượng điều khiển hoặc làm mất ổn định hệ thống.
- Mục tiêu nghiên cứu: Tìm ra giải pháp dựa trên cơ sở điều khiển, ước lượng với các thông tin được chia sẻ trong hệ thống điều khiển robot tự hành qua mạng nhằm giảm ảnh hưởng của yếu tố thời gian trễ đến chất lượng điều khiển của hệ thống, đảm bảo tính ổn định cho hệ thống hoạt động trong môi trường công nghiệp với độ tin cậy trong phạm vi cho phép.
- Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống điều khiển robot tự hành với phương thức giao tiếp qua mạng không dây (Internet).
- Phạm vi nghiên cứu: Luận án đề xuất các bộ điều khiển phát triển dựa trên mô hình hóa động học và động lực học của robot tự hành đồng thời kết hợp các thuật toán bám theo quỹ đạo, thích nghi theo hệ thống tham chiếu, kỹ thuật thiết kế hệ thống đệ quy, nhằm làm giảm ảnh hưởng của thời gian trễ được đánh giá bằng hiệu suất hoạt động của robot tự hành trên mô phỏng và tạo tiền đề cho thực nghiệm.
- Giới hạn nghiên cứu:
- Giới hạn ở việc xây dựng bộ điều khiển bám theo quỹ đạo trong sự hiện diện của thời gian trễ và các thông số hệ thống không thể xác định chính xác.
- Không tập trung phát triển thuật toán xác định vị trí cho robot tự hành mà sử dụng thuật toán truyền thống dead-reckoning (odometry dựa trên encoder).
- Không tập trung phát triển giải thuật hoạch định và tối ưu hóa quỹ đạo cho robot tự hành.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án hệ thống hóa các nền tảng lý thuyết và công trình nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến hệ thống vật lý ảo, hệ thống điều khiển qua mạng và điều khiển robot tự hành có trễ:
- Hệ thống vật lý ảo (CPS) và phân cấp kho vận: Luận án dẫn chiếu mô hình 5 cấp độ của phòng thí nghiệm Machine Tools and Production Engineering thuộc Đại học RWTH Aachen:
- Cấp độ 1: Phần mềm điện toán đám mây theo dõi năng lực sản xuất, tiến độ đơn hàng và hiệu suất kho vận.
- Cấp độ 2: Phần mềm hoạch định quỹ đạo toàn cục, tối ưu hóa đường đi, phân phối tác vụ, tránh va chạm và tránh khóa chết (deadlock).
- Cấp độ 3: Phần mềm thu thập vị trí và cung cấp quỹ đạo tham chiếu cục bộ hiện hành.
- Cấp độ 4: Hạ tầng truyền thông mạng (IEEE 802.3, LoRa; TCP/IP, UDP; WebSocket, HTTP, MQTT; bảo mật SSL, TLS, Blockchain, HTTPS).
- Cấp độ 5: Tầng vật lý gồm robot tự hành, cảm biến, cơ cấu chấp hành, trạm lưu kho, trạm sạc và máy sản xuất.
| Phương pháp định vị |
Cảm biến / Thiết bị |
Ưu điểm theo văn bản |
Nhược điểm theo văn bản |
| Odometry |
2 Encoder gắn tại bánh xe |
Dễ thực hiện, chi phí thấp |
Sai số tích lũy do hiện tượng trôi (drift) từ tích phân vận tốc theo thời gian |
| Landmark |
Cảm biến ảnh nhận dạng mốc màu |
Xác định vị trí từ các điểm đánh dấu cố định |
Nhạy cảm với ánh sáng môi trường thay đổi, sai lệch khi cường độ màu (hue) biến đổi |
| Beacon |
IEEE 802.11, Bluetooth, UWB, Laser |
Nội suy vị trí từ cường độ tín hiệu của ít nhất 3 điểm phát |
Yêu cầu thiết lập hạ tầng phát sóng trước, chi phí đầu tư cao |
| Fusion sensor |
Kết hợp nhiều cảm biến qua Kalman Filter |
Bù trừ nhược điểm giữa các cảm biến, độ chính xác cao |
Đòi hỏi xử lý các hệ phương trình toán học phức tạp |
-
Lịch sử và ứng dụng của hệ thống NCS: Nghiên cứu điểm lại dấu mốc từ phân tích động lực học máy ly tâm của J. Maxwell (1868), ứng dụng của anh em nhà Wrights (1930s), sự ra đời của hệ thống điều khiển phân tán DCS năm 1975 với hệ thống TDC2000 (Honeywell) và CENTUM (Nhật Bản). Các ứng dụng công nghiệp gồm mạng CC-Link IE của Mitsubishi [12], FieldBus của Yokogawa Electric [12], mạng RTS/cáp quang trong điều khiển giao thông, mạng điều khiển trạm bơm nước sạch và mạng CAN trong ô tô.
-
Các hướng nghiên cứu về điều khiển có thời gian trễ:
- Điều khiển cổ điển và mở rộng: Bộ điều khiển PID [19][38], bộ điều khiển tối ưu [43], bộ điều khiển bền vững [40][58][70][79], và bộ điều khiển thông minh [61].
- Bộ quan sát mờ: Nghiên cứu của [13][51] phát triển bộ quan sát mờ ước lượng biến trạng thái cho hệ phi tuyến có thông số không xác định chịu ảnh hưởng của trễ.
- Bộ dự đoán Smith: Ứng dụng trên hệ thống treo ô tô; điều khiển động cơ AC servo 400W ở cự ly 15 km [15]; nghiên cứu của Mahmoud Gamal và cộng sự (2016, Đại học Alexandria, Ai Cập) [25] kết hợp Smith với công cụ mô phỏng TrueTime trên Matlab, thuật toán Recursive Least Squares để nhận dạng tham số và Particle Swarm Optimization để tối ưu trễ khi điều khiển động cơ DC; các công trình kết hợp Smith với điều khiển thích nghi [6] và điều khiển bền vững [79].
- Phân tích thành phần trễ: Nghiên cứu [50] chỉ ra độ trễ chủ yếu do thời gian truyền dữ liệu cảm biến - bộ điều khiển và bộ điều khiển - cơ cấu chấp hành; nghiên cứu [21] xây dựng điều khiển bền vững kích hoạt theo sự kiện chống tấn công từ chối dịch vụ (DoS); nghiên cứu [27] khảo sát hệ NCS với ràng buộc bậc cao; các nghiên cứu [42][76] dùng bộ dự đoán trạng thái dựa trên mô hình; nghiên cứu [59] sử dụng điều khiển dự báo mô hình (MPC) tích hợp khâu trễ.
- Nghiên cứu tại Việt Nam: Luận văn của Phạm Duy Hưng [33] điều khiển thiết bị điện qua Internet (chưa xét yếu tố trễ); nghiên cứu của TS. Lê Xuân Hải [29] phát triển robot tự hành chạy hệ điều hành ROS kết hợp Lidar và IoT.
-
Khoảng trống nghiên cứu luận án lựa chọn giải quyết: Phần lớn các công bố trước đây chỉ phát triển bộ điều khiển trong điều kiện hệ thống bất biến theo thời gian, không đưa thành phần trễ trực tiếp vào quá trình thiết kế luật điều khiển, chỉ đánh giá trên mô phỏng lý thuyết, chưa xét giới hạn bão hòa của tín hiệu điều khiển cũng như chất lượng quá độ khi có nhiễu. Luận án lựa chọn giải quyết đồng thời hai vấn đề: triệt tiêu ảnh hưởng của thời gian trễ đường truyền và khắc phục sai lệch do các thông số mô hình không thể xác định chính xác.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận án kết hợp giữa lý thuyết điều khiển tự động phi tuyến, điều khiển thích nghi và mô phỏng số học kết hợp thực nghiệm:
-
Khung phân tích và phương pháp lý thuyết:
- Kỹ thuật thiết kế hệ thống đệ quy (recursive design): Phân tầng cấu trúc điều khiển của robot tự hành. Tín hiệu điều khiển sinh ra từ mô hình động học đóng vai trò là tín hiệu đầu vào mong muốn cho mô hình động lực học.
- Lý thuyết điều khiển thích nghi theo mô hình tham chiếu (Model Reference Adaptive Control - MRAC): Xây dựng cấu trúc hệ thống tham chiếu mới có khả năng bám theo tín hiệu đầu vào mong muốn biến thiên theo thời gian trong điều kiện có trễ.
- Tiêu chuẩn ổn định Lyapunov: Sử dụng hàm Lyapunov ($V_m$) để phân tích và chứng minh tính ổn định tiệm cận của hệ thống tham chiếu và toàn bộ hệ thống điều khiển vòng kín.
- Cơ chế thích nghi thông số độ lợi: Thiết lập các luật cập nhật độ lợi trực tuyến ($\Theta, \xi, \Phi, \varphi, \alpha, \Gamma, \gamma$), sử dụng thông tin hồi tiếp trạng thái trễ và giá trị tích lũy đạo hàm của tín hiệu đầu vào trễ nhằm bù trừ sai lệch điều khiển.
-
Mô hình toán học của đối tượng nghiên cứu:
- Mô hình động học robot bánh vi sai: Robot chuyển động trong mặt phẳng gồm hệ trục tọa độ gốc $(X, Y)$ và hệ trục tọa độ gắn trên robot $(x, y)$. Vị trí tức thời của điểm $C$ là $(x_c, y_c)$ và điểm $P$ là $(x_p, y_p)$, góc lệch hướng là $\theta$. Quan hệ giữa vận tốc dài $v$, vận tốc góc $\omega$ với vận tốc góc của hai bánh xe bên trái $\omega_l$ và bên phải $\omega_r$ thông qua bán kính bánh xe $r_w$ và khoảng cách hai bánh $W$.
- Mô hình động lực học và cơ cấu chấp hành: Mô hình hóa mạch điện phần ứng của hai động cơ điện một chiều (DC) với điện áp $V_{al}, V_{ar}$, dòng điện $i_{al}, i_{ar}$, điện trở $R_a$, cảm kháng $L_{al}, L_{ar}$, suất điện động phản hồi $E_{bl}, E_{br}$ (hằng số $k_e$), mô-men động cơ $T_m$ (hằng số mô-men $k_m$), mô-men quán tính động cơ $J_m$, hệ số ma sát nhớt trục động cơ $b_m$, hộp số giảm tốc có tỉ số truyền $n$, mô-men bánh răng sơ cấp $T_{gp}$ và thứ cấp $T_{gs}$, mô-men quán tính bánh xe $J_w$, hệ số ma sát nhớt bánh xe $b_w$, lực ma sát tiếp xúc mặt đường $f_l, f_r$, khối lượng toàn phần $M$ và mô-men quán tính của robot $I$.
- Mô hình hóa thời gian trễ: Tổng thời gian trễ của tín hiệu đầu vào $\tau$ được phân tích thành:
$$\tau = \tau_{pc} + \tau_{sc} + \tau_{res}$$
Trong đó: $\tau_{pc}$ là thời gian trễ do tính toán tại bộ điều khiển trung tâm; $\tau_{sc}$ là thời gian trễ truyền thông từ hiện trường về trung tâm; $\tau_{res}$ là thời gian trễ do đáp ứng của cơ cấu chấp hành.
-
Nguồn dữ liệu và công cụ thực nghiệm: Dữ liệu mô phỏng được xây dựng trên môi trường phần mềm Matlab với mô hình robot Pioneer 3DX; dữ liệu thực nghiệm độ trễ được thu thập qua các chương trình đo trễ tầng mạng và tầng ứng dụng kết nối qua mạng Internet công cộng; phần mềm giao diện điều khiển trung tâm và phần mềm mô phỏng động học/động lực học của robot tự hành ảo.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan về hệ thống điều khiển robot tự hành qua mạng
Chương 1 phân tích bức tranh tổng thể về việc ứng dụng hệ thống vật lý ảo trong công nghiệp và vai trò của hệ thống điều khiển qua mạng đối với robot tự hành. Tác giả trình bày cấu trúc phân tầng 5 cấp độ của hệ thống CPS trong kho vận nội bộ từ cấp phần mềm đám mây đến cấp thiết bị cơ sở. Tiếp đó, chương phân loại hai phương thức thiết kế cấu trúc mạng NCS: cấu trúc điều khiển phân tầng (bộ điều khiển trung tâm truyền giá trị đặt xuống các bộ điều khiển hiện trường) và cấu trúc điều khiển trực tiếp (bộ điều khiển trung tâm trao đổi thông tin trực tiếp với cảm biến và cơ cấu chấp hành qua mạng).
Chương 1 đi sâu phân tích ba vấn đề kỹ thuật trọng tâm:
- Hiện tượng mất gói dữ liệu: Phân tích cơ chế hoạt động của bộ giao thức TCP/IP, thuật toán cửa sổ trượt và cơ chế truyền lại làm giảm thông lượng đường truyền.
- Thời gian trễ đường truyền: Bản chất hình thành trễ từ các nút mạng, hàng đợi và thời gian xử lý của thiết bị đầu cuối.
- Thông số hệ thống không xác định: Khó khăn trong việc xác định chính xác các tham số vật lý phi tuyến như khối lượng tải thay đổi, ma sát và quán tính.
Chương này cũng tổng hợp tình hình nghiên cứu của các học giả quốc tế và trong nước, chỉ ra các giới hạn của các phương pháp hiện hữu, làm cơ sở xác định nhiệm vụ nghiên cứu cho các chương tiếp theo.
Chương 2: Xây dựng mô hình hóa robot tự hành trong sự ảnh hưởng của thời gian trễ
Chương 2 tập trung thiết lập hệ thống phương trình toán học mô tả toàn diện động học và động lực học của robot tự hành hai bánh vi sai, kết hợp thành phần thời gian trễ:
- Mô tả hệ thống và mô hình động học: Thiết lập hệ phương trình vi phân chuyển động của robot trong hệ tọa độ gốc $(X, Y)$, xác định vận tốc dài $v$, vận tốc góc $\omega$ và vị trí các điểm đặc trưng $C(x_c, y_c)$ và $P(x_p, y_p)$ theo góc hướng $\theta$.
- Mô hình động lực học: Phân tích sơ đồ vật thể tự do của từng thành phần: bánh xe, trục động cơ, hộp số giảm tốc và toàn bộ thân robot. Thiết lập phương trình vi phân mô tả mạch điện phần ứng động cơ DC, quan hệ giữa điện áp ngõ vào ($V_{al}, V_{ar}$) với dòng điện ($i_{al}, i_{ar}$), mô-men phát động và lực kéo ma sát ($f_l, f_r$). Hệ thống phương trình được biểu diễn dưới dạng ma trận trạng thái phi tuyến với các ma trận thông số $A$ (chứa các thành phần $a_{11}, a_{22}$) và ma trận điều khiển $B$ (chứa các thành phần $b_1, b_2$).
- Mô hình hóa thời gian trễ: Phân tích chu trình điều khiển vòng kín qua mạng, mô hình hóa sự phân rã của độ trễ $\tau$ thành các thành phần $\tau_{pc}, \tau_{sc}, \tau_{res}$. Thiết lập vectơ trạng thái $z$ và tín hiệu điều khiển có trễ $u(t - \tau)$ tác động lên đối tượng.
Chương 3: Thiết kế bộ điều khiển bám theo quỹ đạo mong muốn cho robot tự hành với tín hiệu trễ đầu vào
Chương 3 trình bày các bước thiết kế bộ điều khiển thích nghi tích hợp:
- Thuật toán bám theo quỹ đạo mong muốn: Xác định quỹ đạo mong muốn $q_r = [x_{ri}, y_{ri}]^T$ gồm tập hợp $m$ điểm, tính toán các thành phần sai số bám vị trí và góc hướng $(e_x, e_y, e_\theta)$.
- Thiết kế hệ thống tham chiếu mô hình ổn định mới: Đề xuất cấu trúc hệ thống tham chiếu với biến trạng thái $x_m$ và $z_m$ có khả năng đáp ứng chính xác tín hiệu đầu vào hàm nấc và hàm sin ngay cả khi có trễ đầu vào. Sử dụng hàm Lyapunov $V_m$ để chứng minh tính ổn định toán học.
- Thiết kế bộ điều khiển thích nghi cho hệ thống một ngõ vào - một ngõ ra (SISO): Xây dựng quy trình điều khiển thích nghi theo hệ thống tham chiếu, xác định sai số đáp ứng $e_m, e_s, e_a$ và thiết lập các luật cập nhật thông số độ lợi.
- Bộ điều khiển thích nghi cho robot tự hành: Mở rộng thuật toán cho hệ thống đa biến (MIMO) của robot tự hành kết hợp mô hình động học và động lực học theo cấu trúc đệ quy. Bộ điều khiển tự động điều chỉnh các thông số độ lợi $(\Theta, \xi)$ theo thời gian, kết hợp hồi tiếp trạng thái trễ và tích lũy đạo hàm của tín hiệu điều khiển trễ, giúp triệt tiêu sai số bám quỹ đạo và duy trì sự ổn định bền vững.
Chương 4: Kết quả
Chương 4 trình bày cấu hình thực nghiệm, các thiết lập mô phỏng và phân tích kết quả đạt được:
- Cấu hình hệ thống: Thiết lập hệ thống điều khiển giữa bộ điều khiển trung tâm và robot tự hành Pioneer 3DX qua mạng Internet; xây dựng cấu trúc trao đổi dữ liệu qua mạng.
- Kết quả mô phỏng trên Matlab: Khảo sát và so sánh hiệu năng giữa bộ điều khiển thích nghi đề xuất và bộ điều khiển MRAC truyền thống qua 4 trường hợp cụ thể:
| Trường hợp khảo sát |
Độ trễ tín hiệu ($\tau$) |
Đáp ứng vị trí và quỹ đạo |
Đánh giá độ lợi và tín hiệu điều khiển |
| Trường hợp 1 |
$\tau = 0\text{ ms}$ (Không trễ) |
Bám chính xác quỹ đạo mong muốn, sai số xác lập tiến về 0 |
Các thông số độ lợi $\Theta, \xi$ hội tụ nhanh, tín hiệu điều khiển mượt mà |
| Trường hợp 2 |
$\tau = 10\text{ ms}$ ($0.01\text{ s}$) |
Triệt tiêu dao động ban đầu, bám sát quỹ đạo mong muốn |
Độ lợi tự động thích nghi bù trừ trễ, không xảy ra hiện tượng vọt lố lớn |
| Trường hợp 3 |
$\tau = 50\text{ ms}$ ($0.05\text{ s}$) |
Duy trì bám quỹ đạo ổn định, vượt trội so với MRAC truyền thống |
Bộ điều khiển bù trễ hiệu quả, đáp ứng vận tốc tịnh tiến và góc ổn định |
| Trường hợp 4 |
$\tau = 100\text{ ms}$ ($0.1\text{ s}$) |
Hệ thống vẫn giữ vững tính ổn định, sai số bám nằm trong giới hạn cho phép |
Thuật toán thích nghi cải tiến duy trì tín hiệu điều khiển trong vùng an toàn |
- Trường hợp cải tiến: Phân tích sâu các thông số độ lợi $\Theta, \xi$ và dạng sóng tín hiệu điều khiển cải tiến nhằm hạn chế hiện tượng bão hòa cơ cấu chấp hành.
- Thực nghiệm đo thời gian trễ: Tiến hành 2 phép đo ở tầng mạng và 2 phép đo ở tầng ứng dụng (thành phần nguồn và thành phần đích), lập bảng so sánh dữ liệu trễ thực tế trên đường truyền Internet.
- Thực nghiệm điều khiển robot tự hành ảo qua mạng: Kiểm chứng thuật toán bằng phần mềm mô phỏng động học/động lực học và giao diện điều khiển trung tâm; kết quả cho thấy đáp ứng động học và động lực học của robot ảo bám sát quỹ đạo đặt ra với tín hiệu điều khiển ổn định.
Kết quả và những đóng góp mới
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Giá trị tham khảo
Luận án là tài liệu chuyên khảo có giá trị chuyên môn cao cho nhiều đối tượng:
- Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Robot học, Cơ điện tử: Cung cấp tài liệu tham khảo chi tiết về phương pháp thiết kế bộ điều khiển thích nghi đệ quy cho hệ phi tuyến có trễ và kỹ thuật chứng minh ổn định Lyapunov (đặc biệt là nội dung Chương 3).
- Kỹ sư phát triển hệ thống nhúng và phần mềm điều khiển công nghiệp: Tham khảo cấu trúc phân tầng hệ thống vật lý ảo (CPS), phương pháp đo kiểm độ trễ mạng/ứng dụng và các đoạn mã chương trình mô phỏng Matlab, phần mềm giao diện điều khiển trung tâm được cung cấp trong danh mục phụ lục (Chương 4 và phần Phụ lục).
- Các nhà quản lý kỹ thuật và doanh nghiệp logistics: Tham khảo giải pháp xây dựng hệ thống quản lý, điều phối AGV qua mạng Internet nhằm hiện đại hóa hệ thống kho vận trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0.
Câu hỏi thường gặp
1. Luận án phân tích thời gian trễ tổng cộng trong hệ thống điều khiển robot tự hành qua mạng gồm những thành phần cụ thể nào?
Trả lời: Theo mô hình toán học tại Chương 2, tổng thời gian trễ $\tau$ của tín hiệu đầu vào được cấu thành từ ba thành phần chính: thời gian trễ do tính toán tại bộ điều khiển trung tâm ($\tau_{pc}$), thời gian trễ truyền dữ liệu trên đường truyền mạng từ hiện trường đến trung tâm ($\tau_{sc}$), và thời gian trễ do đáp ứng của cơ cấu chấp hành ($\tau_{res}$).
2. Điểm cải tiến kỹ thuật chính của hệ thống tham chiếu được đề xuất trong luận án so với hệ thống tham chiếu truyền thống là gì?
Trả lời: Khác với hệ thống tham chiếu truyền thống chỉ hoạt động tốt với tín hiệu đầu vào dạng hằng số hoặc không có trễ, hệ thống tham chiếu mới trong luận án được thiết kế để đáp ứng của mô hình có khả năng bám chính xác theo tín hiệu đầu vào mong muốn biến thiên theo thời gian ngay cả khi xuất hiện thời gian trễ đầu vào, đồng thời đảm bảo tính ổn định vững chắc thông qua hàm Lyapunov ($V_m$).
3. Những kịch bản thời gian trễ nào đã được thiết lập để kiểm chứng hiệu quả của bộ điều khiển trong môi trường mô phỏng Matlab?
Trả lời: Trong Chương 4, tác giả đã thiết lập và khảo sát 4 trường hợp mô phỏng: Trường hợp 1 với thời gian trễ bằng 0; Trường hợp 2 với thời gian trễ $10\text{ ms}$ ($0.01\text{ s}$); Trường hợp 3 với thời gian trễ $50\text{ ms}$ ($0.05\text{ s}$); và Trường hợp 4 với thời gian trễ $100\text{ ms}$ ($0.1\text{ s}$).
4. Vì sao tác giả giới hạn không phát triển thuật toán định vị mới mà sử dụng phương pháp dead-reckoning truyền thống?
Trả lời: Trong phần Mở đầu, tác giả nêu rõ robot tự hành là hệ thống phức hợp nhiều bài toán (định vị, hoạch định quỹ đạo, quản lý năng lượng, điều khiển bám). Nhằm tập trung giải quyết trọn vẹn mục tiêu cốt lõi là thiết kế bộ điều khiển thích nghi kháng trễ và bù trừ thông số bất định, luận án giới hạn phạm vi nghiên cứu bằng việc sử dụng phương pháp odometry sẵn có để thu thập tọa độ phản hồi.
5. Đối tượng phần cứng robot tự hành nào được lựa chọn làm cơ sở tham chiếu thông số động lực học trong luận án?
Trả lời: Tác giả sử dụng các thông số hình học, cấu trúc truyền động hai bánh vi sai và đặc tính động lực học của dòng robot tự hành Pioneer 3DX để thiết lập các mô hình toán học, thông số mô phỏng và thực nghiệm trên phần mềm điều khiển.
Kết luận
Luận án đã giải quyết bài toán điều khiển bám theo quỹ đạo mong muốn cho robot tự hành qua mạng Internet dưới tác động đồng thời của thời gian trễ đường truyền và các thông số mô hình không xác định chính xác. Bằng cách kết hợp kỹ thuật thiết kế điều khiển đệ quy và cấu trúc điều khiển thích nghi theo hệ thống tham chiếu mô hình ổn định mới, công trình đã khắc phục hiện tượng suy giảm chất lượng điều khiển và đảm bảo tính ổn định cho hệ thống. Toàn bộ các thuật toán và mô hình đã được kiểm chứng thông qua mô phỏng trên Matlab ở các mức trễ từ $0\text{ ms}$ đến $100\text{ ms}$, kết hợp thực nghiệm đo trễ và điều khiển robot ảo qua Internet. Nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp ứng dụng cho việc triển khai hệ thống điều khiển robot tự hành trong các dây chuyền sản xuất và kho vận tự động của nền công nghiệp 4.0.
