Tài liệu 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.

    BỘ GIÁO  DỤC VÀ ĐÀO TẠO   BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT  QUÂN SỰ NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN PHI TUYẾN CHỨA NHIỀU ĐỘNG CƠ CÓ LIÊN HỆ RÀNG BUỘC ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN QUADROR LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2018       BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO   BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ NGHIÊN CỨU HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN PHI TUYẾN CHỨA NHIỀU ĐỘNG CƠ CÓ LIÊN HỆ RÀNG BUỘC ỨNG DỤNG TRONG ĐIỀU KHIỂN QUADROR Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9.52.02.16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS ĐÀO HOA VIỆT 2. TS HOÀNG QUANG CHÍNH HÀ NỘI - 2018       LỜI CAM ĐOAN Tôi Hoàng Văn Huy cam đoan luận án là công trình nghiên cứu của bản  thân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS Đào Hoa Việt và TS Hoàng Quang  Chính. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được  công bố trong bất kỳ công trình nào khác.     Nghiên cứu sinh         Hoàng Văn Huy     LỜI CẢM ƠN Trước  hết  tôi  xin  bày  tỏ  lòng  kính  trọng  và  biết  ơn  sâu  sắc  nhất  tới:  PGS. TS Đào Hoa Việt và TS Hoàng Quang Chính là hai người thầy đã trực  tiếp hướng dẫn và chỉ bảo tận tình, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập,  nghiên cứu và thực hiện luận án.  Tôi gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy giáo, cô giáo của Bộ môn  Cơ điện tử và Robot đặc biệt, Khoa Hàng không Vũ trụ, Học viện Kỹ thuật  Quân sự đã chia sẻ, giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có  thể hoàn thành luận án này.  Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban giám hiệu, các anh chị em đồng nghiệp  của  phòng  Đào  tạo  Trường  Cao  đẳng  Công  nghiệp  Thực  phẩm  đã  cử  tôi  đi  học và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập và thực hiện  luận án.   Cuối cùng, tôi vô cùng cảm ơn bố mẹ, vợ con, người thân và bạn bè,  những người đã luôn bên tôi chia sẻ, động viên và giúp đỡ tôi trong cuộc sống  và học tập để hoàn thành luận án này.    Hà Nội, ngày   tháng năm 2018 Nghiên cứu sinh         Hoàng Văn Huy                 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 3 Chương 1: TỔNG QUAN CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUADROTOR VÀ  HỆ  TRUYỀN  ĐỘNG  ĐIỆN  CHỨA  NHIỀU  ĐỘNG  CƠ CÓ  LIÊN  HỆ  RÀNG BUỘC VỚI NHAU ................................................................................ 8 1.1.  Tổng  quan  về  hệ  truyền  động  điện  chứa  nhiều  động  cơ  có  liên  hệ  ràng  buộc với nhau ..................................................................................................... 8 1.1.1. Sơ đồ chức năng của các hệ thống truyền động điện có liên hệ ràng  buộc song song theo tác động nhiễu ................................................................ 10 1.1.2.  Sơ  đồ  chức  năng  của  các  hệ  thống    truyền  động  điện  có  liên  hệ  ràng buộc theo nhiễu cơ bản ............................................................................ 11 1.1.3.  Sơ  đồ  chức  năng  của  các  hệ  thống    truyền  động  điện  có  liên  hệ  ràng buộc với nhau theo vị trí của đối tượng điều khiển ................................. 11 1.2. Sơ đồ khối chức năng hệ thống điều khiển quadrotor .............................. 12 1.2.1. Một vài vấn đề về đặc điểm điều khiển chuyển động quadrotor ... 12 1.2.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển quadrotor ..................................... 15 1.2.3. Sơ đồ khối mô tả đối tượng điều khiển quadrotor ......................... 17 1.3. Đánh giá chung về các phương pháp điều khiển quadrotor ...................... 19 1.3.1. Phương pháp điều khiển PID ......................................................... 20 1.3.2. Điều khiển tối ưu toàn phương/Gausian - LQR/G ......................... 21 1.3.3. Điều khiển chế độ trượt (SMC) ...................................................... 22 1.3.4. Điều khiển Backstepping ............................................................... 22 1.3.5. Thuật toán điều khiển thích nghi .................................................... 23 1.3.6. Thuật toán điều khiển bền vững ..................................................... 24 1.3.7. Thuật toán điều khiển tối ưu .......................................................... 24 1.3.8. Tuyến tính hóa phản hồi ................................................................. 25 1.3.9. Điều khiển thông minh (logic mờ và mạng nơron nhân tạo) ......... 26 1.4. Tổng quan các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước ...................... 27     1.4.1. Các công trình nghiên cứu trong nước ........................................... 27 1.4.2. Các công trình nghiên cứu của nước ngoài .................................... 28 1.5. Đặt bài toán nghiên cứu ............................................................................ 34 1.6. Kết luận chương 1 ..................................................................................... 35 Chương 2. XÂY DỰNG MÔ HÌNH ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN VÀ CẤU  TRÚC TỔNG QUÁT CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN QUADROTOR KHI KỂ ĐẾN  ĐỘNG LỰC HỌC ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH ................................................ 37 2.1. Mô hình động lực học quadrotor ............................................................... 37 2.1.1. Các giả thiết khi xây dựng mô hình động lực học quadrotor ......... 37 2.1.2. Xây dựng mô hình động lực học quadrotor ................................... 38 2.2. Mô hình hệ truyền động chấp hành quay cánh quạt ................................. 44 2.2.1. Mô hình phần cơ ............................................................................. 44 2.2.2. Mô hình toán hệ truyền động điện động cơ đồng bộ nam châm vĩnh  cửu (PMSM) ..................................................................................................... 47 2.3. Mô hình đối tượng điều khiển của hệ điều khiển quadrotor ..................... 49 2.4. Xây dựng sơ đồ khối hệ điều khiển quadrotor khi kể đến động học động  cơ chấp hành ..................................................................................................... 53 2.5. Đánh giá và nhận xét: ................................................................................ 56 2.6. Kết luận chương 2 ..................................................................................... 57 Chương 3: TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM  CHÂM VĨNH CỬU QUAY CÁNH QUẠT BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRƯỢT  THÍCH  NGHI  ỨNG  DỤNG  TRONG  HỆ  THỐNG ĐIỀU  KHIỂN  QUADROTOR ................................................................................................. 59 3.1.  Xây  dựng thuật toán tổng hợp điều khiển backstepping trượt  thích  nghi  cho vòng điều chỉnh tốc độ động cơ PMSM. ................................................... 59 3.2. Mô phỏng hệ điều khiển tốc độ động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu  theo phương pháp trượt thích nghi ................................................................... 70 3.3. Kết luận chương 3 ..................................................................................... 76 Chương 4: TỔNG HỢP  CÁC  BỘ  ĐIỀU  KHIỂN  GÓC,  ĐIỀU  KHIỂN  TỐC      ĐỘ DÀI  VÀ VỊ TRÍ CỦA QUADROTOR KHI KỂ ĐẾN ĐỘNG HỌC CỦA  ĐỘNG CƠ CHẤP HÀNH ............................................................................... 77 4.1. Tổng hợp bộ điều khiển và ổn định trạng thái các góc Euler bằng phương  pháp tuyến tính hóa phản hồi ........................................................................... 77 4.2. Tổng hợp bộ điều khiển tốc độ dài C2 của quadrotor ............................... 90 4.3. Tổng hợp bộ điều khiển vị trí C3 ............................................................... 94 4.4. Tính toán tham số các bộ điều khiển khiển quadrotor khi kể đến động lực  học động cơ chấp hành ..................................... Error! Bookmark not defined. 4.4.1. Bảng thông số của quadrotor sử dụng trong tính toán các tham số  bộ điều khiển và nghiên cứu mô phỏng ........... Error! Bookmark not defined. 4.4.2. Tính toán các thông số bộ điều khiển ổn định các góc Euler C1Error! Bookm 4.4.3. Tính toán các thông số bộ điều khiển tốc độ dài C2 ...................... 99 4.4.4. Tính toán các thông số bộ điều khiển vị trí .................................... 99 4.5. Mô phỏng hệ thống điều khiển quadrotor khi sử dụng động cơ điện đồng  bộ nam châm vĩnh cửu ................................................................................... 104 4.6. Khảo sát đánh giá trên mô hình thực nghiệm với động cơ điện đồng bộ  nam châm vĩnh cửu ........................................................................................ 131 4.6.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm ................................................... 131 4.6.2. Các kết quả thực nghiệm .............................................................. 144 4.7. Kết luận chương 4 ................................................................................... 147 KẾT LUẬN CHUNG ..................................................................................... 149 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .............................................. 152 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 153 Phụ lục 1: Các sơ đồ chức năng và mô phỏng hệ điều khiển quadrotor ........ 163 Phụ lục 2: Tham số của động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu ............. 168 Phụ lục 3: Chương trình lập trình code trên S_funtion .................................. 170 Phụ lục 4: Chương trình lập trình 3D S_funtion ............................................ 172       DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU 1. Chữ viết tắt Ý nghĩa ADC  Analog to Digital Converter: Bộ biến đổi tương tự số  BĐK  Bộ điều khiển  ĐTĐK  Đối tượng điều khiển  DOF  Degree Of Freedom: Bậc tự do  DC  Direct Current: Dòng điện một chiều  DSP  Digital Signal Processor: Bộ xử lý tín hiệu số  CLF  Hàm điều khiển Lyapunov (Control Lyapunov Function)  FBL  Feedback Linearization: Tuyến tính hóa phản hồi  FLC  Fuzzy Logic Controller: Bộ điều khiển Logic mờ  GPS  Global Positioning System: Hệ thống định vị toàn cầu  IR  InfraRed: Hồng ngoại  IMU  Inertial Measurement Unit: Đơn vị đo lường quán tính  LQR/G Linear  Quadratic  Regulator/Gausian:  Điều  khiển  tối  ưu  toàn  phương/Gausian LQE  Linear Quadratic Estimator: Ước lượng tuyến tính toàn phương   MCU  Micro Controller Unit: Bộ vi điều khiển  MIMO  Multi - Input Multi - Out put: Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra  PD  Bộ điều khiển tỷ lệ, vi phân  PID  Bộ điều khiển tỷ lệ,tích phân và vi phân  PMSM  Permanent  Magnet  Synchronous  Motor:  Động  cơ  đồng  bộ  nam  châm vĩnh cửu  ROM  Read Only Memory: Bộ nhớ đọc  RC  Remote Controller: Điều khiển từ xa  RF  Radio Frequency: Tần số vô tuyến  SONAR  SOund Navigation And Ranging  SMC Sliding Mode Control: Điều khiển chế độ trượt    SDRE    State  –  Dependent  Riccati  Equation:  Phương  trình  trạng  thái  phụ  thuộc Riccati   VSC  Variable Structure Control: Bộ điều khiển có cấu trúc biến đổi  HTTĐĐ  Hệ thống truyền động điện  2. Ký hiệu Ý nghĩa i   Tốc độ của các cánh quạt  [rad . s 1 ]   Fi   Các lực được tạo ra từ các cánh quạt của quadrotor  [N ]   F1 Lực đẩy của cánh quạt trước của quadrotor  [N ]   F2 Lực đẩy của cánh quạt phải của quadrotor  [N ]   F3 Lực đẩy của cánh quạt sau của quadrotor  [N ]   F4 Lực đẩy của cánh quạt trái của quadrotor  [N ]   Fn Tổng lực cản của các loại nhiễu  [N ]   Mi   Mô men tạo ra từ các cánh quạt  [ N m]   M Tổng mô men của các góc roll, pitch, yaw [N m]  M   Mô men của góc roll  [ N m]   M   Mô men của góc pitch  [ N m]   M   Mô men của góc yaw  [ N m]   R   Ma trận quay (roll-pitch-yaw)  Me   Mô men động cơ  [ N m]   Mc   Mô men cản của phụ tải  [ N m]   Mo   Mô men ma sát  [ N m]   M PM   Mô men của cánh quạt trên trục động cơ  [ N m]   MP   Mô men của cánh quạt  [ N m]   M MP   Mô men của động cơ trên trục cánh quạt  [ N m]   Mn Mô men cản của nhiễu  [ N m]   r Bán kính của cánh quạt [m]      b Hệ số lực đẩy [N.s2/rad2]  d Hệ số lực cản [N.s2/rad2]  B Hệ số ma sát nhớt  g Gia tốc trọng trường [m s-2]  l Khoảng cách từ tâm quadrotor đến tâm của động cơ [m]   U1   Lực đẩy thẳng tác động vào hệ tọa độ B gắn với quadrotor  [N ]   U2   Mô men góc roll tác động vào hệ tọa độ B gắn với quadrotor   U3   Mô men góc pitch tác động vào hệ tọa độ B gắn với quadrotor   U4   Mô men góc yaw tác động vào hệ tọa độ B gắn với quadrotor   X  Vị trí chuyển động của khối tâm quadrotor dọc theo trục  xE  trong  hệ tọa độ E gắn với trái đất  [m]   X   Tốc  độ  chuyển  động  của  khối  tâm  quadrotor  dọc  theo  trục  xE   trong hệ tọa độ E gắn với trái đất  [m s 1 ]   X   Gia  tốc  chuyển  động  của  khối  tâm  quadrotor  dọc  theo  trục  xE   trong hệ tọa độ E gắn với trái đất  [m s 2 ]   Y  Vị trí chuyển động của khối tâm quadrotor dọc theo trục  y E  trong  hệ tọa độ E gắn với trái đất  [m]   Y   Tốc  độ  chuyển  động  của  khối  tâm  quadrotor  dọc  theo  trục  y E   trong hệ tọa độ E gắn với trái đất  [m s 1 ]   Y   Gia  tốc  chuyển  động  của  khối  tâm  quadrotor  dọc  theo  trục  y E   trong hệ tọa độ E gắn với trái đất  [m s 2 ]   Z  Vị trí chuyển động của khối tâm quadrotor dọc theo trục  z E  trong  hệ tọa độ E gắn với trái đất  [m]   Z   Tốc  độ  chuyển  động  của  khối  tâm  quadrotor  dọc  theo  trục  z E   trong hệ tọa độ E gắn với trái đất  [m s 1 ]     Z     Gia  tốc  chuyển  động  của  khối  tâm  quadrotor  dọc  theo  trục  z E   trong hệ tọa độ B gắn với trái đất  [m s 2 ]     Vị  trí  góc  (pitch)  của  quadrotor  quanh  trục  y B   của  hệ  tọa  B  gắn  với quadrotor  [rad ]      Tốc độ góc (pitch) của quadrotor quanh trục  y B  của hệ tọa B gắn  với quadrotor  [rad s 1 ]      Gia tốc góc (pitch) của quadrotor quanh trục  y B  của hệ tọa B gắn  với quadrotor  [rad s 2 ]     Vị trí góc (roll) của quadrotor quanh trục  xB  của hệ tọa B gắn với  quadrotor  [rad ]      Tốc  độ  góc  (roll)  của  quadrotor  quanh  trục  xB   của  hệ  tọa  B  gắn  với quadrotor  [rad s 1 ]      Gia  tốc  góc  (roll)  của  quadrotor  quanh  trục  xB   của  hệ  tọa  B  gắn  với quadrotor  [rad s 2 ]     Vị trí góc (yaw) của quadrotor quanh trục  z B  của hệ tọa B gắn với  quadrotor  [rad ]      Tốc độ góc (yaw) của  quadrotor quanh trục  z B  của hệ tọa  B gắn  với quadrotor  [rad s 1 ]      Gia tốc góc (yaw) của quadrotor quanh trục  z B  của hệ tọa B gắn  với quadrotor  [rad s 2 ]   r   Tốc độ động cơ  [rad s 1 ]    r   Gia tốc của động cơ  [rad s 2 ]   ΓE   Vector vị trí chuyển động của khối tâm quadrotor trong hệ tọa độ  E gắn với trái đất  [m]   Γ E   Vector tốc độ chuyển động của khối tâm quadrotor trong hệ tọa độ      E gắn với trái đất  [m s 1 ]    E   Γ Vector  gia  tốc  độ  chuyển  động  của  khối  tâm  quadrotor  trong  hệ  tọa độ E gắn với trái đất  [m s 2 ]   ΘE   Vector vị trí góc của quadrotor trong hệ tọa độ E gắn với trái đất  [rad ]    E  Θ Vector tốc độ góc của quadrotor trong hệ tọa độ E gắn với trái đất  [rad s 1 ]    E   Θ Vector gia tốc độ góc của quadrotor trong hệ tọa độ E gắn với trái  đất  [rad s 2 ]      Tổng tốc độ của các cánh quạt  [rad s 1 ]   1   Tốc độ cánh quạt trước  [rad s 1 ]   2   Tốc độ cánh quạt phải  [rad s 1 ]   3   Tốc độ cánh quạt sau  [rad s 1 ]   4   Tốc độ cánh quạt trái  [rad s 1 ]   Ω Vector tốc độ của các cánh quạt  [rad s 1 ]    Ω Vector gia tốc độ của các cánh quạt  [rad s 2 ]   R  Điện trở của động cơ  []   L  Điện cảm của động cơ  []   p Số đôi cực từ của động cơ  UDC Điện áp một chiều [V]  J TP   Tổng mô men quán tính quy đổi về trục động cơ  [kg m 2 ]    sd ,  sq   Thành phần từ thông dọc trục và ngang trục   ud , uq   Điện áp dọc trục và ngang trục  r   Từ thông rotor   sd   Từ thông dọc trục        sq   Từ thông ngang trục   Ld , Lq   Thành phần điện cảm dọc trục và ngang trục  id , iq   Dòng điện dọc trục và ngang trục    Góc quay trên trục động cơ  sgn; sign Hàm dấu    1 ,  2 , 3 Các hằng số thích nghi  X  Vector trạng thái của hệ thống  Y  Vector đầu ra hệ thống   A  Ma trận hệ thống  B  Ma trận đầu vào  V  Hàm Lyapunov  I XX   Mô men quán tính của quadrotor quanh trục X  IYY   Mô men quán tính của quadrotor quanh trục Y  I ZZ   Mô men quán tính của quadrotor quanh trục Z  3. Chỉ số trên * Ý nghĩa   Biến mới    Đánh giá  4. Chỉ số dưới Ý nghĩa dc   Động cơ  d  Đại lượng đặt  dm   Đại lượng định mức  d, q   Thành phần dọc trục và ngang trục  td   Tương đương  m, i   Thứ m, thứ i  max   Giá trị lớn nhất  min   Giá trị nhỏ nhất      DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU STT 1  Tên các bảng, biểu Bảng 1. Các tham số mô phỏng của động cơ điện đồng bộ  nam châm vĩnh cửu  Trang 71  2  Bảng 2: Các tham số mô phỏng của quadrotor  97  3  Bảng 3: Bảng giá trị hàm ngược để xác định tham số mô hình  103      DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ, HÌNH VẼ STT 1  Tên hình vẽ, đồ thị Hình 1.1. Sơ đồ HTTĐĐ điện liên kết song song theo tác  động nhiễu  Trang 10  Hình 1.2. Sơ đồ chức năng của liên kết các HTTĐĐ điện  2  thông qua phụ tải         a). Quan hệ theo tốc độ   11        b). Quan hệ theo độ dịch chuyển của cơ cấu chấp hành   3  Hình  1.3.  Sơ  đồ  chức  năng  của  các  HTTĐĐ  điện  được  liên  kết với nhau theo vị trí của đối tượng điều khiển.  12  4  Hình 1.4. Thay đổi độ cao của quadrotor 13  5  Hình 1.5. Thay đổi góc roll  13  6  Hình 1.6. Thay đổi góc pitch 14  7  Hình 1.7. Thay đổi góc yaw  15  8  Hình 1.8. Cấu trúc hệ điều khiển quadrotor  15  9  Hình 1.9. Sơ đồ khối cấu trúc điều khiển quadrotor  17  10  Hình 1.10. Sơ đồ khối của đối tượng điều khiển  18  11  12  13  14  15  Hình 1.11. Sơ đồ mô tả mối liên hệ ràng buộc theo tín hiệu  điều khiển cho hệ truyền động cánh quạt  Hình 1.12. Sơ đồ khối của bộ điều khiển PID ứng dụng cho  quadrotor  Hình 1.13. Sơ đồ khối của bộ điều khiển LQR ứng dụng cho  quadrotor  Hình 1.14. Sơ đồ khối của bộ điều khiển SMC ứng dụng cho  quadrotor  Hình 1.15. Sơ đồ khối của một dạng hệ thống điều khiển thích  nghi ứng dụng cho quadrotor  19  20  21  22  24      16  Hình 1.16. Sơ đồ khối của bộ điều khiển FLC ứng dụng cho  quadrotor  27  17  Hình 2.1. Mô hình cấu trúc của quadrotor  38  18  Hình 2.2. Hệ thống động cơ đơn giản.  44  19  Hình 2.3. Hệ thống động cơ  45  20  Hình 2.4. Sơ đồ khối của bộ điều khiển tựa từ thông rotor  động cơ PMSM  47  Hình 2.5. Sơ đồ mô tả mối liên hệ ràng buộc của mô hình  21  động học quadrotor khi không kể đến hệ truyền động động cơ  52  chấp hành cánh quạt.  Hình 2.6. Sơ đồ mô tả mối liên hệ ràng buộc của mô hình  22  động học quadrotor khi kể đến hệ truyền động động cơ chấp  52  hành cánh quạt.  23  Hình 2.7. Sơ đồ khối hệ điều khiển quadrotor  54  24  Hình 2.8. Sơ đồ khối hệ truyền động cánh quạt  55  25  Hình 3.1. Hệ thống tính toán bộ điều khiển trượt thích nghi  69  26  Hình 3.2. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động cơ đồng bộ  bằng phương pháp điều khiển trượt thích nghi   69  27  Hình 3.3. Mô hình mô phỏng bộ điều khiển trượt thích nghi   71  28  Hình 3.4. Sơ đồ khai triển bộ điều khiển trượt thích nghi  72  29  Hình 3.5 Tốc độ động cơ điện PMSM trong trường hợp 1  73  30  Hình 3.6. Tốc độ động cơ điện PMSM trong trường hợp 2  73  31  Hình 3.7. Tốc độ động cơ điện PMSM trong trường hợp 3  74  32  Hình 3.8. Tốc độ động cơ điện PMSM trong trường hợp 4  75  33  Hình 3.9. Tốc độ động cơ điện PMSM trong trường hợp 5  75  34  Hình 4.1. Sơ đồ khối các vòng điều khiển quadrotor  77  35  Hình 4.2. Sơ đồ khối hệ điều khiển và ổn định các góc Euler  78      36  37  38  39  Hình 4.3. Sơ đồ khối hệ điều khiển bằng phương pháp tuyến  tính hóa phản hồi  Hình 4.4. Sơ đồ khối bộ điều khiển tốc độ dài C2 của  quadrotor  Hình 4.5. Sơ đồ khối bộ điều khiển vị trí C3 của quadrotor  Hình 4.6. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển vị trí của  quadrotorkhi sử dụng động cơ điện PMSM  80  91  95  96  40  Hình 4.7. Bộ điều khiển ổn định trạng thái các góc Euler C1  98  41  Hình 4.8. Bộ điều khiển tốc độ dài của quadrotor C2  99  42  Hình 4.9. Sơ đồ mô phỏng nhận dạng đặc tính của tốc độ  100  43  Hình 4.10. Đáp ứng đầu ra của tốc độ  100  44  Hình 4.11. Hàm quá độ của khâu dao động bậc 2  101  Hình 4.12. Sơ đồ cấu trúc tổng thể hệ điều khiển quadrotor  45  khi sử dụng động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong  105  Simulink  Hình 4.13. Mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển quadrotor  46  bằng phương pháp tuyến tính hóa phản hồi khi sử dụng động  106  cơ PMSM  47  Hình 4.14. Bộ chuyển đổi 1 từ U1d ,U 2d ,U3d ,U 4d 1,2 ,3 ,4   106  48  Hình 4.15. Bộ chuyển đổi 2 từ  1 , 2 , 3 , 4 U1 ,U 2 ,U 3 ,U 4   107  49  Hình 4.16. Vị trí chuyển động dài của quadrotor   (trường hợp 1)  109  50  Hình 4.17. Các góc Euler (trường hợp 1)  109  51  Hình 4.18. Tốc độ của các động cơ (trường hợp 1)  110  52  Hình 4.19. Sự thay đổi tốc độ của các động cơ (trường hợp 1)  110  53  Hình 4.20. Tốc độ chuyển động thẳng của quadrotor  theo các trục tọa độ X, Y, Z (trường hợp 1)   111      54  55  Hình 4.21. Sai số vị trí theo các trục X, Y và Z (trường hợp 1)  Hình 4.22. Vị trí chuyển động dài của quadrotor   (trường hợp 2)  111  113  56  Hình 4.23. Các góc Euler (trường hợp 2)  113  57  Hình 4.24. Tốc độ của các động cơ (trường hợp 2)  114  58  Hình 4.25. Sự thay đổi tốc độ của các động cơ (trường hợp 2)  114  59  60  61  Hình 4.26. Tốc độ chuyển động thẳng của quadrotor  theo các trục tọa độ X, Y, Z (trường hợp 2)   Hình 4.27. Sai số vị trí theo các trục X, Y và Z (trường hợp 2)  Hình 4.28. Vị trí chuyển động dài của quadrotor   (trường hợp 3)  115  116  118  62  Hình 4.29. Các góc Euler (trường hợp 3)  118  63  Hình 4.30. Tốc độ của các động cơ (trường hợp 3)  119  64  Hình 4.31. Sự thay đổi tốc độ của các động cơ (trường hợp 3)  119  65  66  67  Hình 4.32. Tốc độ chuyển động thẳng của quadrotor  theo các trục tọa độ X, Y, Z (trường hợp 3)   Hình 4.33. Sai số vị trí theo các trục X, Y và Z (trường hợp 3)  Hình 4.34. Vị trí chuyển động dài của quadrotor   (trường hợp 4, tình huống 1)  120  120  122  68  Hình 4.35. Các góc Euler (trường hợp 4, tình huống 1)  122  69  Hình 4.36. Tốc độ của các động cơ (trường hợp 4)  123  70  Hình 4.37. Sự thay đổi tốc độ của các động cơ (trường hợp 4)  123  71  72  73  Hình 4.38. Tốc độ chuyển động thẳng của quadrotor  theo các trục tọa độ X, Y, Z (trường hợp 4)   Hình 4.39. Sai số vị trí theo các trục X, Y và Z (trường hợp 4)  Hình 4.40. Vị trí chuyển động dài của quadrotor   (trường hợp 4, tình huống 2)  124  124  125      74  75  76  77  78  79  80  81  82  83  84  85  Hình 4.41. Các góc Euler (trường hợp 4, tình huống 2)  Hình 4.42. Tốc độ của các động cơ (trường hợp 4,   tình huống 2)  Hình 4.43. Sự thay đổi tốc độ của các động cơ (trường hợp,  tình huống 2)  Hình 4.44. Tốc độ chuyển động thẳng của quadrotor  theo các trục tọa độ X, Y, Z (trường hợp 4, tình huống 2)   Hình 4.45. Sai số vị trí theo các trục X, Y và Z (trường hợp 4,  tình huống 2)  Hình 4.46. Vị trí chuyển động dài của quadrotor   (trường hợp 4, tình huống 3)  Hình 4.47. Các góc Euler (trường hợp 4, tình huống 3)  Hình 4.48. Tốc độ của các động cơ (trường hợp 4,   tình huống 3)  Hình 4.49. Sự thay đổi tốc độ của các động cơ (trường hợp,  tình huống 3)  Hình 4.50. Tốc độ chuyển động thẳng của quadrotor  theo các trục tọa độ X, Y, Z (trường hợp 4, tình huống 3)   Hình 4.51. Sai số vị trí theo các trục X, Y và Z (trường hợp 4,  tình huống 3)  Hình 4.52. Mô hình minh hoạ điều khiển một kênh truyền  động  cho một cánh quạt của quadrotor  125  126  126  127  127  128  128  129  129  130  131  132  86  Hình 4.53. DRV8301-HC-EVM với card điều khiển  133  87  Hình 4.54. Các thành phần chính của kit Drv8301  134  88  Hình 4.55. Sơ đồ đo dòng và áp của mạch cầu kit Drv8301  135  89  Hình 4.56. Sơ đồ khối của mô đun DRV8301-HC-EVM  136  90  Hình 4.57. Card điều khiển TMDSCNCD28035MIS  137  91  Hình 4.58. Sơ đồ khối của MCU CPU C28x  137      92  93  94  95  Hình 4.59. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển độc cơ PMSM   sử dụng kit DRV8301-HC-EVM  Hình 4.60. Màn hình minh hoạ quá trình nhận dạng thông số  động cơ (khi chưa hoàn thành)  Hình 4.61. Màn hình minh hoạ quá trình nhận dạng thông số  động cơ (khi hoàn thành)  Hình 4.62. Hình ảnh mô hình thực nghiệm điều khiển một  kênh truyền động cho một cánh của quadrotor  138  139  139  140  Hình 4.63. Thư viện C2806x trên matlab của gói hỗ trợ tạo  96  mã nhúng cho dòng vi xử lý C2000 của hãng Texas  141  Instruments  97  98  99  100  101  102  103  104  Hình 4.64. Chương trình Simulink điều khiển động cơ PMSM  với kit DRV8301-69M  Hình 4.65. Đoạn chương trình Simulink cho tạo PWM trong  DSP C2806x  Hình 4.66. Màn hình thể hiện quá trình phát mã, biên dịch và  nạp vào kit  Hình 4.67. Mã nguồn C/C++ sau khi phát ra từ chương trình  Simulink điều khiển động cơ PMSM  Hình 4.68. a) Tốc độ đặt   và tốc độ thực của động cơ                      b) dòng điện isd và dòng điện isq  Hình 4.69. a) Tốc độ đặt   và tốc độ thực của động cơ                      b) dòng điện isd và dòng điện isq  Hình 4.70. a) Tốc độ đặt   và tốc độ thực của động cơ                     b) dòng điện isd  và dòng điện isq  Hình PL1.1. Mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển  quadrotor  khi sử dụng động cơ PMSM  105  Hình PL1.2. Bộ điều khiển ổn định trạng thái các góc Euler C1  142  143  143  144  145  146  147  163  163