TRÍCH YẾU LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
Nghiên cứu sinh: Hoàng Văn Huy
Tên luận án: “Nghiên cứu hệ điều khiển truyền động điện phi tuyến chứa nhiều động cơ có liên hệ ràng buộc ứng dụng trong điều khiển quadrotor”.
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa
Mã số: 9 52 02 16
Cơ sở đào tạo: Học viện Kỹ thuật Quân sự
1. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu của luận án:
a) Mục tiêu nghiên cứu:
– Mục tiêu chung: Bằng lý thuyết, mô phỏng và thực nghiệm, nghiên cứu, phân tích các hệ truyền động cánh quạt quadorotor, từ đó xây dựng thuật toán điều khiển các hệ truyền động điện cánh quạt nhằm nâng cao chất lượng điều khiển quadrotor.
– Yêu cầu đạt được
Về lý thuyết:
• Nghiên cứu động lực học của quadrotor khi kể đến động lực học của hệ truyền động cánh quạt, từ đó chỉ ra những yếu tố có liên hệ ràng buộc của mô hình thông qua hệ phương trình động lực học.
• Nghiên cứu cơ sở lý thuyết hệ điều khiển trượt, thích nghi ứng dụng điều khiển động cơ chấp hành trong hệ truyền động cánh quạt quadrotor.
• Tổng hợp bộ điều khiển với cách tiếp cận phương pháp tuyến tính hóa phản hồi và tối ưu đối xứng cho mô hình động lực học của quadrotor.
– Về mô phỏng và thực nghiệm: Sử dụng phương pháp mô phỏng để đánh giá khả năng hoạt động của hệ truyền động điện động cơ cánh quạt quadrotor khi có sự thay đổi của các thông số điều khiển, nhiễu loạn, … và xây dựng mô hình thực nghiệm với bộ điều khiển tốc độ được tổng hợp trên cơ sở thuật toán trượt, thích nghi để điều khiển động cơ chấp hành là động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM).
– Về thực tiễn: Nội dung và các kết quả nghiên cứu bảo đảm tính thực tiễn nhờ việc tiếp cận đến các mô hình bán tự nhiên và mô hình với các thông số vật lý cụ thể
b) Đối tượng nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu là lớp robot bay quadrotor với các hệ truyền động cánh quạt sử dụng động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
2. Phương pháp nghiên cứu:
– Thu thập, phân tích, tổng hợp các tài liệu, các kết quả nghiên cứu của các tác giả khác đã công bố trong và ngoài nước liên quan đến luận án.
– Nghiên cứu lý thuyết: Vận dụng các định luật cơ bản, xây dựng mô hình động lực học đầy đủ của quadrotor có tính đến hệ truyền động điện động cơ cánh quạt khi sử dụng động cơ có mô hình phi tuyến tính là động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
Sử dụng nhóm phương pháp điều khiển trượt, thích nghi để tổng hợp thuật toán điều khiển động cơ chấp hành; Sử dụng thuật toán điều khiển tuyến tính hóa phản hồi và tối ưu đối xứng để tổng hợp hệ điều khiển quadrotor.
Nghiên cứu lý thuyết kết hợp với nghiên cứu mô phỏng nhằm đánh giá, chứng minh tính đúng đắn, xác thực của nghiên cứu lý thuyết. Trong luận án tác giả sử dụng phần mềm Matlab-Simulink làm công cụ cho nghiên cứu mô phỏng.
Nghiên cứu thực nghiệm: Nhằm chứng minh tính khả thi của nhóm phương pháp trượt, thích nghi điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, trong luận án xây dựng mô hình thực nghiệm điều khiển động cơ chấp hành là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
– So sánh phân tích kết quả nghiên cứu với những công trình đã công bố.
3. Các kết quả chính và kết luận:
* Ý nghĩa thực tiễn:
– Một phần nội dung của luận án đã được áp dụng trong mô hình thử nghiệm để giới thiệu một trong các hệ thống truyền động cánh quạt tứ giác, bao gồm động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) và bộ điều khiển dựa trên thuật toán điều khiển chế độ trượt thích nghi
– Luận án là tài liệu tham khảo cho các đồng nghiệp để sử dụng trong giảng dạy, đào tạo đại học và sau đại học chuyên ngành kỹ thuật điều khiển và tự đông hóa, cơ điện tử.
* Ý nghĩa khoa học:
Luận án là một công trình khoa khoa học đã thực hiện xây dựng mô hình động lực học cho lớp đối tượng quadrotor có tính đến động lực học của hệ truyền động cánh quạt với động cơ là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Luận án đã vận dụng phương pháp phân chia chuyển động để phân chia mô hình động lực học của quadrotor thành những vòng điều khiển lệ thuộc, từ đó áp dụng các phương pháp tổng hợp bộ điều khiển khác nhau để tổng hợp các bộ điều khiển cho các vòng. Kết quả nghiên cứu của luận án góp phần làm giàu kho tàng lý thuyết về động lực học và điều khiển robot bay nói chung và quadrotor nói riêng, cụ thể là:
– Đã xây dựng hệ phương trình động lực học quadrotor tính đến động lực học của hệ truyền động cánh quạt với động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu
– Tổng hợp bộ điều khiển trượt thích nghi điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong hệ truyền động cánh quạt
– Phân chia hệ phương trình động lực học thành các hệ con dựa trên phương pháp phân chia chuyển động và vận dụng các lý thuyết điều khiển hiện đại như tuyến tính hóa phản hồi, tối ưu hóa mô đun đối xứng, … để tổng hợp các bộ điều khiển cho các vòng.
– Nghiên cứu mô phỏng toàn bộ hệ thống cho các chế độ bay khác nhau của quadrotor và thực nghiệm một hệ điều khiển truyền động cánh quạt.
* Kết quả của luận án (những điểm mới)
Luận án đã tập trung giải quyết thành công bài toán nghiên cứu tổng hợp bộ điều khiển cho quadrotor với mô hình động lực học quadrotor có tính đến động lực học của toàn bộ hệ truyền động cánh quạt quadrotor với động cơ PMSM. Kết quả thực hiện được tóm lược như sau:
– Nghiên cứu và xây dựng mô hình đầy đủ hệ thống điều khiển quadrotor khi kể đến động cơ chấp hành có liên hệ giữa các kênh thông qua các tín hiệu điều khiển, để từ đó xây dựng được cấu trúc của hệ điều khiển và quy luật điều khiển khi kể đến hệ truyền động động cơ quay cánh quạt.
– Dựa trên nguyên lý phân chia chuyển động, luận án đã tổng hợp được bộ điều khiển quadrotor với nhiều vòng lệ thuộc và cho phép tổng hợp các bộ điều khiển từ vòng với các phương pháp khác nhau.
– Tổng hợp được bộ điều khiển trượt, thích nghi cho hệ truyền động cánh quạt sử dụng động cơ PMSM, có khả năng làm việc bền vững và ổn định cao khi có sự thay đổi thông số của quadrotor và phụ tải. Tính đúng đắn của thuật toán nêu ra đã được kiểm chứng bằng mô phỏng và thực nghiệm.
– Tổng hợp được bộ điều khiển quadrotor theo phương pháp tuyến tính hóa phản hồi, trượt thích nghi và tối ưu đối xứng khi kể đến động học động cơ chấp hành quay cánh quạt có mô hình phi tuyến (động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu)
