Điều khiển PID ứng dụng cho điều khiển thiết bị bay loại bốn động cơ

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

VŨ VĂN TIẾN

ĐIỀU KHIỂN PID ỨNG DỤNG CHO ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ BAY

LOẠI BỐN ĐỘNG CƠ

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 852 02 16

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. PGS.TS Lê Bá Dũng

Thái Nguyên - 2020

ii

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Vũ Văn Tiến

Sinh ngày:11 tháng 07năm 1987

Học viên lớp CĐK17A – KTĐK&TĐH,Trường Đại học Công nghệ thông tin

và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên.

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu

nêu trong luận văn là trung thực. Những kết luận trong luận văn chưa từng được

công bố trong bất kỳ công trình nào. Mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều

chỉ rõ nguồn gốc.

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2020

Tác giả luận văn

Vũ Văn Tiến

iii

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Lê

Bá Dũng- người đã hướng dẫn , giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này.

Tôi xin trân thành cảm ơn ác thầy cô giáo ở Khoa công nghệ tự động hóa

trường đại học công nghệ thông tin và truyền thông thái nguyên đã đóng góp

nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành luận văm.

Tôi xin chân thành cảm ơn Phòng Đào Tạo, các phòng ban, Khoa sau đại

học, Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường đại học công nghệ thông

tin và truyền thông thái nguyên đã tạo những điều kiện thuận lợi nhất về mọi

mặt để tôi hoàn thành khóa học.

Thái Nguyên, tháng 11 năm 2020

Tác giả luận văn

Vũ Văn Tiến

iv

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

- PID: bộ điều chỉnh tỷ lệ vi tích phân

- PIC: Máy tính khả trình thông minh

- DOF: Bậc tự do

- LQR: Điều khiển toàn phương

- UAV: Phương tiện bay không người lái

v

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1. 1. Breguet - Richet Gyroplane 0.1 ....................................................... 4

Hình 1. 2. Dạng Quadrotor đầu tiên.................................................................. 6

Hình 1. 3. Chiếc Quattrocopter......................................................................... 6

Hình 1. 4. Chiếc X4 flyer Mark II 0.1............................................................... 8

Hình 1. 5. Hệ tọa độ với Quadrotor ................................................................ 12

Hình 2. 1. Mô hình động lực học Quadrotor………………………………...23

Hình 2. 2. Mô hình điều khiển độ cao............................................................. 23

Hình 2. 3. Mô hình điều khiển độ cao và tư thế.............................................. 24

Hình 2. 4. Mô Hình điều khiển vị trí............................................................... 26

Hình 2. 5. Sơ đồ điều khiển PID ..................................................................... 27

Hình 2. 6. Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kp (Ki và Kd là hằng số)........ 28

Hình 2. 7. Đồ thị PV theo thời gian, tương ứng với 3 giá trị Ki ..................... 30

Hình 2. 8. Đồ thị PV theo thời gian, với 3 giá trị Kd (Kp and Ki không đổi).. 31

Hình 3. 1. Sơ đồ khối của một hệ kín có bộ điều khiển PID…………….…43

Hình 3. 2. Mô hình và sự ổn định của hệ 4 động cơ....................................... 44

Hình 3. 3. Thiết bị bay nghiêng với trục x thẳng và trục y ngang như sau .... 47

Hình 3. 4. Sơ đồ mô phỏng Matlab-Simulink cho thiết bị bay theo z thẳng đứng

và trục y ngang ................................................................................................ 48

Hình 3. 5. Đáp ứng ra của góc cuộn................................................................ 49

Hình 3. 6. Đáp ứng ra của trục y..................................................................... 49

Hình 3. 7. áp ứng ra của trục Z ....................................................................... 50

Hình 3. 8.Thiết bị bay thay đổi theo truc y thẳng và trục x ngang ................. 51

Hình 3. 9. Sơ đồ mô phỏng Matlap – Simulink cho thiết bị bay theo Z thẳng

đứng và trục X ngang...................................................................................... 52

Hình 3. 10. Đáp ứng ra của góc ��.................................................................. 53

Hình 3.11. Đáp ứng ra của trục x.................................................................... 53

vi

Hình 3. 12. Đáp ứng ra của trục Z................................................................... 54

Hình 3. 13. Sơ đồ mô phỏng Matlab- simulink cho thiết bị bay theo z thẳng

đứng................................................................................................................. 55

Hình 3.14 .Đáp ứng ra của trục Z.................................................................... 56