I. Giới thiệu tổng quan về đề tài
Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc nghiên cứu và thiết kế hệ thống tự động hóa điều khiển LQG cho máy bay trực thăng OS4. Đề tài này thuộc chuyên ngành tự động hóa và được thực hiện tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP.HCM. Máy bay trực thăng OS4 là một mô hình máy bay không người lái (UAV) với bốn cánh quạt, được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và ứng dụng thực tế. Hệ thống điều khiển được thiết kế dựa trên lý thuyết LQG (Linear Quadratic Gaussian) nhằm đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong quá trình vận hành.
1.1 Sơ lược về đề tài
Máy bay trực thăng OS4 là một trong những mô hình robot bay được nghiên cứu rộng rãi trên thế giới. Với cấu trúc bốn cánh quạt, OS4 có khả năng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp như giữ thăng bằng, di chuyển trong không gian hẹp và thực hiện các nhiệm vụ tự động. Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc thiết kế và triển khai hệ thống điều khiển dựa trên kỹ thuật điều khiển LQG, nhằm tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.
1.2 Tình hình nghiên cứu hiện nay
Hiện nay, nghiên cứu về máy bay trực thăng OS4 đã đạt được nhiều thành tựu đáng kể. Các công trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam đã tập trung vào việc cải thiện hệ thống điều khiển và tối ưu hóa hiệu suất của OS4. Tuy nhiên, việc áp dụng kỹ thuật điều khiển LQG vào hệ thống này vẫn còn là một thách thức lớn, đòi hỏi sự kết hợp giữa lý thuyết và thực tiễn.
II. Mô hình hóa và mô phỏng hệ thống
Trong phần này, luận văn thạc sĩ tập trung vào việc mô hình hóa và mô phỏng hệ thống máy bay trực thăng OS4. Các phương trình động lực học và động học được thiết lập để mô tả chính xác hành vi của hệ thống. Hệ thống điều khiển được thiết kế dựa trên các phương trình này, nhằm đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong quá trình vận hành.
2.1 Các phương trình động lực học
Các phương trình động lực học của máy bay trực thăng OS4 được thiết lập dựa trên định luật Newton và các nguyên lý khí động học. Các biến trạng thái như vị trí, vận tốc và góc nghiêng được xác định để mô tả chính xác hành vi của hệ thống. Hệ thống điều khiển được thiết kế dựa trên các phương trình này, nhằm đảm bảo sự ổn định và hiệu quả trong quá trình vận hành.
2.2 Mô phỏng hệ thống
Sau khi thiết lập các phương trình động lực học, hệ thống điều khiển được mô phỏng trên phần mềm Matlab. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của kỹ thuật điều khiển LQG trong việc giữ thăng bằng và ổn định hệ thống. Các kết quả này là cơ sở quan trọng để triển khai hệ thống trên thực tế.
III. Thiết kế bộ điều khiển LQG
Phần này tập trung vào việc thiết kế bộ điều khiển LQG cho máy bay trực thăng OS4. LQG là một kỹ thuật điều khiển tối ưu, kết hợp giữa bộ điều khiển LQR (Linear Quadratic Regulator) và bộ lọc Kalman. Bộ điều khiển LQG được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất và độ ổn định của hệ thống, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và sai số trong quá trình vận hành.
3.1 Thiết kế bộ điều khiển LQR
Bộ điều khiển LQR được thiết kế để tối ưu hóa hiệu suất của hệ thống bằng cách giảm thiểu hàm chi phí. Các thông số của bộ điều khiển được tính toán dựa trên các phương trình động lực học của máy bay trực thăng OS4. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của bộ điều khiển LQR trong việc giữ thăng bằng và ổn định hệ thống.
3.2 Thiết kế bộ lọc Kalman
Bộ lọc Kalman được thiết kế để ước lượng các biến trạng thái của hệ thống trong điều kiện có nhiễu. Bộ lọc Kalman giúp cải thiện độ chính xác của hệ thống điều khiển, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và sai số trong quá trình vận hành. Kết quả mô phỏng cho thấy hiệu quả của bộ lọc Kalman trong việc ước lượng các biến trạng thái của hệ thống.
IV. Kết quả thực nghiệm và đánh giá
Phần này trình bày các kết quả thực nghiệm và đánh giá hiệu quả của hệ thống điều khiển LQG trên máy bay trực thăng OS4. Các kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả của kỹ thuật điều khiển LQG trong việc giữ thăng bằng và ổn định hệ thống. Đồng thời, các kết quả này cũng chỉ ra những hạn chế và hướng phát triển trong tương lai.
4.1 Kết quả thực nghiệm
Các kết quả thực nghiệm cho thấy hiệu quả của hệ thống điều khiển LQG trong việc giữ thăng bằng và ổn định máy bay trực thăng OS4. Hệ thống có khả năng hoạt động ổn định trong các điều kiện khác nhau, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu và sai số trong quá trình vận hành.
4.2 Đánh giá và hướng phát triển
Dựa trên các kết quả thực nghiệm, luận văn thạc sĩ đưa ra các đánh giá về hiệu quả của hệ thống điều khiển LQG. Đồng thời, các hướng phát triển trong tương lai cũng được đề xuất, nhằm cải thiện hiệu suất và độ ổn định của hệ thống.
