I. Tổng quan về hệ thiếu cơ cấu chấp hành và xe tự hành
Chương này trình bày tổng quan về hệ thiếu cơ cấu chấp hành và xe tự hành. Hệ thiếu cơ cấu chấp hành là hệ điều khiển có số thiết bị chấp hành ít hơn số bậc tự do hoặc số biến mô hình. Điều này dẫn đến một số biến đầu ra của hệ cùng phụ thuộc chung một biến đầu vào. Các hệ thống này được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như robot, phương tiện hàng không vũ trụ, và máy công nghiệp. Mô hình động lực học của các hệ này thường được thiết lập từ phương trình Euler-Lagrange. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp điều khiển cho xe tự hành là rất cần thiết, đặc biệt trong bối cảnh công nghệ ngày càng phát triển. Các phương pháp điều khiển hiện tại cần được cải tiến để đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác và hiệu suất trong môi trường thực tế.
1.1 Giới thiệu về hệ thiếu cơ cấu chấp hành
Hệ thiếu cơ cấu chấp hành có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau, bao gồm hệ có ràng buộc non-holonomic và hệ không có ràng buộc. Các hệ thống này thường gặp trong các loại robot di động và các phương tiện hàng hải. Việc nghiên cứu các hệ này không chỉ giúp cải thiện hiệu suất điều khiển mà còn mở ra nhiều ứng dụng mới trong thực tiễn. Đặc biệt, xe tự hành ba bánh là một ví dụ điển hình cho hệ thiếu cơ cấu chấp hành, với góc hướng không có cơ cấu chấp hành để can thiệp trực tiếp. Điều này tạo ra nhiều thách thức trong việc thiết kế và phát triển các thuật toán điều khiển hiệu quả.
1.2 Mô hình động học và động lực học của xe tự hành
Mô hình động học và động lực học của xe tự hành ba bánh được xây dựng dựa trên các phương trình vật lý cơ bản. Mô hình này giúp xác định các thông số như vận tốc, góc hướng và các lực tác động lên xe. Việc xây dựng mô hình chính xác là rất quan trọng để phát triển các thuật toán điều khiển. Các yếu tố như ma sát giữa bánh xe và mặt sàn cũng cần được xem xét, vì chúng có thể ảnh hưởng lớn đến hiệu suất điều khiển. Nghiên cứu này không chỉ giúp cải thiện khả năng điều khiển của xe tự hành mà còn mở rộng khả năng ứng dụng của nó trong các lĩnh vực khác nhau.
II. Tổng hợp bộ điều khiển trượt tầng backstepping
Chương này tập trung vào việc tổng hợp bộ điều khiển trượt tầng backstepping cho xe tự hành ba bánh. Kỹ thuật backstepping là một phương pháp điều khiển phi tuyến mạnh mẽ, cho phép thiết kế bộ điều khiển cho các hệ thống không ổn định. Việc áp dụng kỹ thuật này giúp cải thiện tính ổn định và khả năng phản hồi của hệ thống. Bộ điều khiển trượt tầng được thiết kế để xử lý các yếu tố bất định và nhiễu trong quá trình điều khiển. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển này có khả năng duy trì quỹ đạo bám tốt trong các điều kiện khác nhau, từ đó khẳng định tính hiệu quả của phương pháp.
2.1 Cơ sở lý thuyết về điều khiển trượt tầng
Điều khiển trượt tầng là một phương pháp điều khiển phi tuyến, cho phép điều khiển hệ thống bằng cách thiết lập một bề mặt trượt. Khi hệ thống đạt được bề mặt này, nó sẽ duy trì trên đó cho đến khi đạt được trạng thái mong muốn. Kỹ thuật này rất hữu ích trong việc xử lý các hệ thống có nhiễu và bất định. Việc áp dụng điều khiển trượt tầng cho xe tự hành giúp cải thiện khả năng bám quỹ đạo và giảm thiểu sai số trong quá trình điều khiển. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng phương pháp này có thể mang lại hiệu quả cao trong việc điều khiển các hệ thống phi tuyến.
2.2 Mô phỏng và kiểm chứng
Mô phỏng là một phần quan trọng trong việc kiểm chứng hiệu quả của bộ điều khiển trượt tầng backstepping. Các kịch bản mô phỏng được thiết lập để đánh giá khả năng bám quỹ đạo của xe tự hành ba bánh trong các điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy bộ điều khiển có khả năng duy trì quỹ đạo bám tốt, ngay cả khi có sự xuất hiện của nhiễu. Điều này chứng tỏ rằng bộ điều khiển trượt tầng backstepping là một giải pháp khả thi cho việc điều khiển xe tự hành trong thực tế.
III. Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi
Chương này trình bày việc tổng hợp bộ điều khiển thích nghi cho xe tự hành ba bánh. Bộ điều khiển thích nghi được thiết kế để tự động điều chỉnh các tham số điều khiển dựa trên các thay đổi trong môi trường và điều kiện hoạt động. Điều này rất quan trọng trong việc đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống trong các tình huống khác nhau. Việc áp dụng bộ điều khiển thích nghi giúp cải thiện khả năng bám quỹ đạo và giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển thích nghi có khả năng duy trì hiệu suất cao trong các điều kiện thay đổi.
3.1 Cơ sở lý thuyết về điều khiển thích nghi
Điều khiển thích nghi là một phương pháp điều khiển cho phép hệ thống tự động điều chỉnh các tham số điều khiển dựa trên các yếu tố bất định và nhiễu. Phương pháp này rất hữu ích trong việc xử lý các hệ thống có điều kiện hoạt động thay đổi. Việc áp dụng điều khiển thích nghi cho xe tự hành giúp cải thiện khả năng bám quỹ đạo và giảm thiểu sai số trong quá trình điều khiển. Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng phương pháp này có thể mang lại hiệu quả cao trong việc điều khiển các hệ thống phi tuyến.
3.2 Mô phỏng và kiểm chứng
Mô phỏng là một phần quan trọng trong việc kiểm chứng hiệu quả của bộ điều khiển thích nghi. Các kịch bản mô phỏng được thiết lập để đánh giá khả năng bám quỹ đạo của xe tự hành ba bánh trong các điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy bộ điều khiển có khả năng duy trì quỹ đạo bám tốt, ngay cả khi có sự xuất hiện của nhiễu. Điều này chứng tỏ rằng bộ điều khiển thích nghi là một giải pháp khả thi cho việc điều khiển xe tự hành trong thực tế.
