Nghiên Cứu Điều Khiển Hệ Máy Bay Không Người Lái Sử Dụng Học Tăng Cường

• Tác giả: Đoàn Anh Đức
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Hoài Nam
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Điều Khiển Hệ Máy Bay Không Người Lái Sử Dụng Học Tăng Cường
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Tổng quan về hệ máy bay không người lái
• 1.2. Một số phương pháp điều khiển máy bay không người lái
• 1.3. Kết luận chương
• 2. MÔ HÌNH QUADROTOR
• 2.1. Mô hình quadrotor
• 2.2. Học tăng cường
• 2.2.1. Tìm hiểu về học tăng cường
• 2.2.2. Một vài thuật toán học tăng cường với mô hình Markow
• 2.2.3. Học tăng cường trong bài toán tối ưu
• 2.3. Thuật toán học tăng cường Data-Driven
• 2.3.1. Thuật toán điều khiển vị trí
• 2.3.2. Thuật toán điều khiển trạng thái
• 2.3.3. Phân tích tính ổn định
• 2.4. Kết luận chương
• 3. MÔ PHỎNG ĐIỀU KHIỂN QUADROTOR
• 3.1. Đầu vào mô phỏng
• 3.2. Điều khiển quadrotor sử dụng thuật toán học tăng cường Data-Driven
• 3.3. Điều khiển quadrotor sử dụng bộ điều khiển PID
• 3.4. So sánh kết quả thiết kế với hai bộ điều khiển
• 3.5. Kết luận chương
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Điều Khiển Hệ Máy Bay Không Người Lái

Nghiên cứu điều khiển hệ máy bay không người lái (UAV) đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ hiện đại. UAV có khả năng thực hiện nhiều nhiệm vụ khác nhau, từ quân sự đến dân sự. Việc áp dụng học tăng cường trong điều khiển UAV mở ra nhiều cơ hội mới cho việc tối ưu hóa hiệu suất và độ chính xác trong các nhiệm vụ bay.

1.1. Ứng dụng của UAV trong thực tiễn

UAV được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như quân sự, nông nghiệp, và nghiên cứu khoa học. Chúng có khả năng thực hiện các nhiệm vụ như giám sát, tìm kiếm cứu nạn, và thu thập dữ liệu thời tiết.

1.2. Tầm quan trọng của học tăng cường trong điều khiển UAV

Học tăng cường cung cấp một phương pháp mới để tối ưu hóa điều khiển UAV. Nó cho phép UAV tự học từ môi trường và cải thiện hiệu suất bay mà không cần mô hình hóa chi tiết.

II. Thách thức trong Điều Khiển Hệ Máy Bay Không Người Lái

Mặc dù UAV có nhiều ứng dụng, nhưng việc điều khiển chúng vẫn gặp nhiều thách thức. Các vấn đề như độ chính xác, an toàn và khả năng tự động hóa là những yếu tố cần được giải quyết. Hệ thống điều khiển phải đảm bảo UAV hoạt động ổn định trong các điều kiện khác nhau.

2.1. Vấn đề an toàn trong điều khiển UAV

An toàn là yếu tố hàng đầu trong điều khiển UAV. Các hệ thống điều khiển cần phải được thiết kế để giảm thiểu rủi ro và đảm bảo rằng UAV có thể hoạt động an toàn trong môi trường phức tạp.

2.2. Khó khăn trong việc tối ưu hóa điều khiển

Việc tối ưu hóa điều khiển UAV là một thách thức lớn do sự phức tạp của các yếu tố môi trường và động lực học. Học tăng cường có thể giúp giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép UAV tự học từ kinh nghiệm.

III. Phương Pháp Học Tăng Cường Trong Điều Khiển UAV

Học tăng cường là một phương pháp mạnh mẽ trong việc điều khiển UAV. Nó cho phép UAV học từ các hành động của mình và cải thiện hiệu suất qua thời gian. Các thuật toán học tăng cường như Data-Driven đang được áp dụng để tối ưu hóa điều khiển UAV.

3.1. Các thuật toán học tăng cường phổ biến

Một số thuật toán học tăng cường phổ biến bao gồm Q-learning và Deep Q-Networks. Những thuật toán này giúp UAV học cách tối ưu hóa hành động dựa trên phần thưởng nhận được từ môi trường.

3.2. Ứng dụng thuật toán Data Driven trong điều khiển UAV

Thuật toán Data-Driven cho phép UAV điều khiển một cách hiệu quả hơn bằng cách sử dụng dữ liệu từ các lần bay trước đó. Điều này giúp cải thiện độ chính xác và hiệu suất của hệ thống điều khiển.

IV. Kết Quả Nghiên Cứu và Ứng Dụng Thực Tiễn

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng học tăng cường trong điều khiển UAV mang lại nhiều lợi ích. Các mô phỏng cho thấy UAV có thể bám sát tốt các giá trị đặt và thực hiện các nhiệm vụ phức tạp một cách hiệu quả.

4.1. Kết quả mô phỏng điều khiển UAV

Mô phỏng điều khiển UAV sử dụng thuật toán học tăng cường cho thấy khả năng bám sát tốt hơn so với các phương pháp truyền thống như PID. Điều này chứng tỏ tính hiệu quả của học tăng cường trong điều khiển UAV.

4.2. Ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như nông nghiệp, giám sát môi trường và cứu hộ. UAV có thể thực hiện các nhiệm vụ phức tạp một cách tự động và hiệu quả.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu Điều Khiển UAV

Nghiên cứu điều khiển hệ máy bay không người lái sử dụng học tăng cường mở ra nhiều cơ hội mới cho việc phát triển công nghệ UAV. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến trong hiệu suất và độ an toàn của UAV.

5.1. Tương lai của học tăng cường trong điều khiển UAV

Học tăng cường sẽ tiếp tục phát triển và trở thành một phần quan trọng trong điều khiển UAV. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung vào việc cải thiện thuật toán và ứng dụng trong các tình huống thực tế.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo sẽ hướng đến việc tối ưu hóa các thuật toán học tăng cường và áp dụng chúng vào các loại UAV khác nhau. Điều này sẽ giúp mở rộng khả năng ứng dụng của UAV trong nhiều lĩnh vực.