I. Tổng quan về luận án tiến sĩ
Luận án tiến sĩ 'Ổn định và điều khiển đa nhiệm hệ thống robot bầy đàn' tập trung vào việc nghiên cứu sự ổn định và điều khiển của hệ thống robot bầy đàn. Luận án đề xuất các giải pháp dựa trên logic mờ để tính toán lực tương tác giữa các cá thể robot, nhằm duy trì sự ổn định của bầy đàn. Các nội dung chính bao gồm: tổng quan về robot bầy đàn, phân tích ổn định, điều khiển đa nhiệm, và kiểm nghiệm thực tế. Luận án đóng góp quan trọng trong lĩnh vực điều khiển tự động và hệ thống thông minh.
1.1. Mục tiêu và ý nghĩa
Mục tiêu chính của luận án là nghiên cứu sự ổn định hệ thống và điều khiển đa nhiệm của robot bầy đàn sử dụng logic mờ. Luận án đề xuất các giải pháp để duy trì khoảng cách an toàn giữa các robot, tránh va chạm và phân tách bầy. Ý nghĩa khoa học của luận án nằm ở việc áp dụng logic mờ và lý thuyết Lyapunov để chứng minh tính ổn định của hệ thống. Ý nghĩa thực tiễn là ứng dụng trong các lĩnh vực như tìm kiếm, thu thập thông tin, và rà soát bom mìn.
1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là hệ thống robot bầy đàn, bao gồm các cá thể robot liên kết với nhau. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc phát triển thuật toán tính toán lực hút/đẩy giữa các robot dựa trên logic mờ, và ứng dụng thuật toán này vào các bài toán như tụ bầy, tránh vật cản, và tìm kiếm mục tiêu.
II. Phân tích ổn định hệ thống robot bầy đàn
Chương này tập trung vào việc phân tích sự ổn định hệ thống của robot bầy đàn sử dụng hàm hút/đẩy mờ. Luận án đề xuất mô hình toán học để tính toán lực tương tác giữa các robot, và chứng minh tính ổn định của hệ thống dựa trên lý thuyết Lyapunov. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng logic mờ giúp duy trì sự ổn định của bầy đàn trong cả mô hình cơ bản và mô hình có hệ số tương tác.
2.1. Cơ sở logic mờ
Luận án sử dụng logic mờ để xây dựng hàm hút/đẩy giữa các cá thể robot. Các tín hiệu đầu vào và đầu ra được mờ hóa để tính toán lực tương tác, đảm bảo rằng các robot hút lại gần nhau khi ở khoảng cách xa và đẩy nhau ra xa khi ở khoảng cách gần. Phương pháp này giúp duy trì khoảng cách an toàn giữa các robot, tránh va chạm và phân tách bầy.
2.2. Ổn định hệ thống với mô hình toán học
Luận án chứng minh tính ổn định của hệ thống robot bầy đàn trong hai trường hợp: mô hình cơ bản và mô hình có hệ số tương tác. Sử dụng lý thuyết Lyapunov, luận án đã chứng minh rằng hệ thống luôn hội tụ về trạng thái ổn định khi áp dụng hàm hút/đẩy mờ. Kết quả này được kiểm chứng thông qua mô phỏng trên phần mềm Matlab.
III. Điều khiển đa nhiệm hệ thống robot bầy đàn
Chương này đề xuất giải pháp điều khiển đa nhiệm cho hệ thống robot bầy đàn dựa trên nguyên lý điều khiển hành vi không gian Null kết hợp với logic mờ. Luận án tập trung vào việc điều khiển robot thực hiện nhiều nhiệm vụ đồng thời, như tránh vật cản và tìm kiếm mục tiêu. Các kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc kết hợp logic mờ và nguyên lý không gian Null giúp nâng cao hiệu quả điều khiển và duy trì sự ổn định của hệ thống.
3.1. Nguyên lý điều khiển hành vi không gian Null
Luận án sử dụng nguyên lý điều khiển hành vi không gian Null để điều khiển robot bầy đàn thực hiện nhiều nhiệm vụ đồng thời. Nguyên lý này cho phép robot phân bổ tài nguyên và thời gian để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau, như tránh vật cản và tìm kiếm mục tiêu, mà không làm ảnh hưởng đến sự ổn định của hệ thống.
3.2. Kết hợp logic mờ và nguyên lý không gian Null
Luận án kết hợp logic mờ với nguyên lý không gian Null để nâng cao hiệu quả điều khiển. Các thuật toán được đề xuất giúp robot tự động điều chỉnh hành vi dựa trên tín hiệu từ môi trường và các robot khác trong bầy. Kết quả mô phỏng cho thấy rằng phương pháp này giúp duy trì sự ổn định của hệ thống trong các tình huống phức tạp.
IV. Kiểm nghiệm và ứng dụng thực tế
Chương này trình bày các kết quả kiểm nghiệm thuật toán được đề xuất thông qua mô phỏng và thực nghiệm trên hệ thống robot thực. Luận án sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng quá trình hội tụ của robot bầy đàn và kiểm chứng tính ổn định của hệ thống. Các kết quả thực nghiệm trên robot e-puck cho thấy rằng các thuật toán đề xuất có hiệu quả cao trong việc duy trì sự ổn định và điều khiển đa nhiệm của hệ thống robot bầy đàn.
4.1. Mô phỏng trên phần mềm Matlab
Luận án thực hiện mô phỏng quá trình hội tụ của robot bầy đàn trên phần mềm Matlab để kiểm chứng tính ổn định của hệ thống. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng việc sử dụng hàm hút/đẩy mờ giúp duy trì sự ổn định của bầy đàn trong cả mô hình cơ bản và mô hình có hệ số tương tác. Các thuật toán đề xuất cũng được kiểm chứng trong các tình huống phức tạp như tránh vật cản và tìm kiếm mục tiêu.
4.2. Thực nghiệm trên robot e puck
Luận án thực hiện thực nghiệm trên robot e-puck để kiểm chứng hiệu quả của các thuật toán đề xuất. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng các thuật toán giúp duy trì sự ổn định của hệ thống robot bầy đàn trong các tình huống thực tế. Robot e-puck có thể thực hiện các nhiệm vụ như tụ bầy, tránh vật cản, và tìm kiếm mục tiêu một cách hiệu quả.
