Luận Văn Thạc Sĩ: Ứng Dụng Thuật Toán Chặt Cân Bằng Cho Bài Toán Điều Khiển Xe Hai Bánh

• Tác giả: Nguyễn Văn Đô
• Người hướng dẫn: TS. Vũ Ngọc Kiên
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Điều khiển và tự động hóa
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng trong điều khiển xe hai bánh
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẢM BẬC MÔ HÌNH
• 1.1. Giới thiệu về giảm bậc mô hình
• 1.2. Bài toán giảm mô hình
• 1.3. Các phương pháp giảm bậc mô hình
• 1.3.1. Các nghiên cứu giảm bậc mô hình trên thế giới
• 1.3.2. Các nghiên cứu trong nước về giảm bậc
• 1.4. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: THUẬT TOÁN GIẢM BẬC MÔ HÌNH
• 2.1. Một số phép tính toán sử dụng trong giảm bậc mô hình
• 2.1.1. Một số phép phân tích ma trận
• 2.1.2. Gramian điều khiển và quan sát của hệ tuyến tính
• 2.2. Thuật toán chặt cân bằng cho hệ ổn định
• 2.3. Thuật toán chặt cân bằng cho hệ không ổn định
• 2.3.1. Gramian điều khiển và Gramian quan sát của hệ không ổn định
• 2.3.2. Thuật toán chặt cân bằng gián tiếp cho hệ không ổn định
• 2.3.3. Thuật toán chặt cân bằng trực tiếp của Zhou
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG GIẢM BẬC MÔ HÌNH CHO BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG XE HAI BÁNH
• 3.1. Mô hình xe hai bánh tự cân bằng
• 3.1.1. Mô hình hóa xe hai bánh tự cân bằng
• 3.1.2. Thiết kế bộ điều khiển bền vững RH∞
• 3.1.2.1. Khái niệm cơ bản về lý thuyết điều khiển RH∞
• 3.1.2.2. Mô tả không gian H∞ và RH∞
• 3.1.2.3. Xác định tập R(s) các bộ điều khiển làm hệ SISO ổn định
• 3.1.2.4. Tìm R(s) trong R(s) để hệ có độ nhạy nhỏ nhất
• 3.1.2.5. Thiết kế tối ưu RH∞ cho bài toán cân bằng xe hai bánh
• 3.2. Ứng dụng giảm bậc mô hình cho bài toán điều khiển cân bằng xe hai bánh
• 3.2.1. Giảm bậc bộ điều khiển cân bằng xe hai bánh
• 3.2.2. Sử dụng bộ điều khiển giảm bậc để điều khiển cân bằng xe hai bánh
• 3.3. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về thuật toán chặt cân bằng

Thuật toán chặt cân bằng là một phương pháp quan trọng trong lĩnh vực công nghệ điều khiển, đặc biệt là khi áp dụng vào hệ thống cân bằng của xe hai bánh tự cân bằng. Thuật toán này giúp giảm bậc của mô hình điều khiển mà vẫn đảm bảo tính ổn định và hiệu suất. Nghiên cứu ứng dụng thuật toán này trong điều khiển xe hai bánh đã mở ra hướng phát triển mới trong công nghệ xe thông minh. Thuật toán này không chỉ giúp tối ưu hóa hệ thống điều khiển mà còn giảm thiểu độ phức tạp tính toán, phù hợp với các hệ thống thời gian thực.

1.1. Cơ sở lý thuyết

Thuật toán chặt cân bằng dựa trên việc phân tích giá trị suy biến (SVD) để giảm bậc mô hình. Phương pháp này giúp bảo toàn các đặc tính quan trọng của hệ thống gốc, đặc biệt là tính ổn định. Trong hệ thống điều khiển tự động, việc giảm bậc mô hình giúp tăng tốc độ xử lý và giảm chi phí tính toán. Điều này đặc biệt quan trọng khi áp dụng vào xe hai bánh tự cân bằng, nơi yêu cầu về độ chính xác và tốc độ phản ứng là rất cao.

1.2. Ứng dụng thực tiễn

Ứng dụng công nghệ thuật toán chặt cân bằng trong điều khiển xe hai bánh đã chứng minh hiệu quả trong việc duy trì hệ thống cân bằng ổn định. Các thử nghiệm thực tế cho thấy, thuật toán này giúp xe hoạt động ổn định trên các địa hình khác nhau, kể cả khi có sự thay đổi tải trọng hoặc tác động ngoại lực. Điều này mở ra tiềm năng lớn cho việc phát triển các hệ thống điều khiển tự động tiên tiến trong tương lai.

II. Phương pháp nghiên cứu và kết quả

Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng trong điều khiển xe hai bánh đã sử dụng các phương pháp phân tích mô hình và thử nghiệm thực tế. Các bước nghiên cứu bao gồm việc thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình toán học, và thực hiện các thử nghiệm trên xe hai bánh tự cân bằng. Kết quả cho thấy, thuật toán này giúp giảm bậc mô hình điều khiển mà vẫn đảm bảo độ chính xác và ổn định của hệ thống.

2.1. Xây dựng mô hình

Mô hình xe hai bánh tự cân bằng được xây dựng dựa trên các phương trình động lực học và thuật toán điều khiển. Việc giảm bậc mô hình được thực hiện bằng cách áp dụng thuật toán chặt cân bằng, giúp loại bỏ các thành phần không cần thiết mà vẫn duy trì các đặc tính quan trọng của hệ thống. Mô hình giảm bậc này sau đó được tích hợp vào hệ thống điều khiển tự động để thử nghiệm.

2.2. Kết quả thử nghiệm

Các thử nghiệm thực tế trên xe hai bánh tự cân bằng cho thấy, thuật toán chặt cân bằng giúp hệ thống hoạt động ổn định và hiệu quả. Đặc biệt, thuật toán này giúp giảm thời gian xử lý và tăng tốc độ phản ứng của hệ thống. Kết quả này khẳng định tiềm năng ứng dụng của công nghệ điều khiển tiên tiến trong các hệ thống xe thông minh.

III. Đánh giá và triển vọng

Nghiên cứu ứng dụng thuật toán chặt cân bằng trong điều khiển xe hai bánh đã mang lại những kết quả tích cực, mở ra hướng phát triển mới trong công nghệ xe thông minh. Thuật toán này không chỉ giúp tối ưu hóa hệ thống điều khiển mà còn giảm thiểu độ phức tạp tính toán, phù hợp với các hệ thống thời gian thực. Trong tương lai, việc tiếp tục nghiên cứu và cải tiến thuật toán điều khiển sẽ giúp nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống điều khiển tự động.

3.1. Giá trị khoa học

Nghiên cứu này đã đóng góp vào việc phát triển các thuật toán điều khiển tiên tiến, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ xe thông minh. Việc áp dụng thuật toán chặt cân bằng đã chứng minh hiệu quả trong việc giảm bậc mô hình mà vẫn đảm bảo tính ổn định và hiệu suất của hệ thống. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc phát triển các hệ thống điều khiển tự động hiện đại.

3.2. Triển vọng ứng dụng

Với những kết quả tích cực từ nghiên cứu, thuật toán chặt cân bằng có tiềm năng lớn trong việc ứng dụng vào các hệ thống điều khiển tự động khác, không chỉ giới hạn trong xe hai bánh tự cân bằng. Việc tiếp tục nghiên cứu và cải tiến thuật toán sẽ giúp mở rộng phạm vi ứng dụng, từ đó thúc đẩy sự phát triển của công nghệ điều khiển và công nghệ xe thông minh trong tương lai.