thiết kế phương pháp điều khiển robot tự hành dựa trên cơ sở logic mờ, chương 10 pot

Chương 10: Xây dựng và mô phỏng
Mobile robot trên Matlab Simulink
4.3.1.Xây dựng mô hình Mobile robot
Như ở chương II, phương trình mô tả động học của Mobile
robot có dạng:
x
r
y
l
1 1
cos
θ cosθ
2 2
v (t)
v
1 1
v (t) = sin
θ sinθ
v
2 2
θ(t)
1/L -1/L
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
&
(4.1)
Trong đó, các thông số cơ bản của Mobile robot :
+ kho
ảng cách 2 bánh chủ động L= 200mm=7,8”
+ bán kính bánh chủ động r = 30mm = 1,18”
Xây dựng trên Matlab Simulink ta có mô hình mobile robot
như sau:
Hình 4.18. Mô hình Mobile robot trên Simulink
Khối gồm 2 đầu vào ω
r
(bánh phải) và ω
l
(bánh trái). Các khối
R
r
, R
l
là các giá trị bán kính bánh xe robot. Integrator là các khối
tính tích phân. Đầu ra l
à các giá trị về vị trí của robot trong tọa độ
Decade P( X, Y, T), T là giá trị góc định hướng. Toàn bộ khối

robot trên sẽ được tích hợp lại thành một khối trong Subsystem, đặt
tên là robot ( hình 4.19).
4.3.2.Xây dựng sơ đồ khối toàn bộ của Mobile robot
Hình 4.19. mô hình robot
Mô hình hoạt động của robot xây dựng trên Matlab Simulink
có th
ể được xây dựng dựa trên sơ đồ hình 4.6. Nó có dạng như sau
:
Hình 4.20. Sơ đồ khối mô phỏng của Mobile robot sử dụng bộ điều
khiển FLC
Sơ đồ trên gồm hai đầu vào T
d
và X
d
là hai giá trị đặt ban đầu
cho Mobile robot. T
d
là góc định hướng, ban đầu đặt T
d
= 0, tức là
robot ch
ạy song song với tường. X
ev
là khoảng cách từ robot tới
tường , ban đầu đặt X
d
=4 inch . Các thông số của hai giá trị đầu
vào này được xác lập trong cửa sổ h
ình 4.21.
Hình 4.21. Xác lập các thông số đầu vào ban đầu cho Mobile

robot
Bộ điều khiển mờ FLC chính là khối FUZZY CONTROL. Tín
hiệu đầu vào và tín hiệu hồi được cộng lại bằng các bộ sum sẽ
được đưa vào bộ điều khiển FUZZY CONTROL. Các tín hiệu đầu
ra từ đây sẽ đi đến tác động lên khối subsystem robot. Kết quả thu
được sẽ l
à vị trí P(x,y) của robot, góc định hướng θ. Hai tín hiệu
hồi tiếp X và T được lấy ra, đưa về để tính sai lệch vị trí Δe
x
và sai
l
ệch góc định hướng Δe
t
để đưa vào khối điều khiển FLC. Quá
trình điều khiển cứ lặp liên tục như vậy theo một vòng kín.
4.3.4.Kết quả mô phỏng quá trình
Để mô phỏng toàn bộ hoạt động của khối Mobile robot, ban
đầu phải đặt một giá trị X
d
và T
d
cho đầu vào. Các giá trị đặt phải
thỏa mãn sao cho tín hiệu đầu vào của khối điều khiển FLC nằm
trong dải mà ta xây dựng. Sau đây là một số trường hợp mà tôi đã
kh
ảo sát.
 Trường hợp 1 : X
d
= 4 inch, T
d

= 0 (robot phải duy trì được
khoảng cách với tường là 4 inch và hướng là song song với
tường).
Đáp ứng khoảng cách tới tường X và góc hướng
θ có dạng như
trong hình 4.22.
a. Kết quả giá trị góc định hướng θ trong TH1
b. Kết quả giá trị khoảng cách X
Hình 4.22. Kết quả mô phỏng cho TH1
Như biểu đồ ta thấy thời gian để Mobile robot đạt được vị trí
đặt ban đầu mất khoảng 1.5s. Trong trường hợp n
ày ta không xét
t
ới những ảnh hưởng của nhiễu, tức là giá trị các nhiễu trắng
(white noise) mà ta thay thế cho các nhiễu ảnh hưởng bởi cảm
biến.
 Trường hợp 2 : T
d
= 0, X
d
là hàm nấc thang có 2 bước, bước
1 X
d
= 2inch duy trì trong 5s, bước 2 X
d
= 4 inch duy trì trong
vòng 5s. Ta thu
được kết quả mô phỏng:
a. Kết quả mô phỏng góc định hướng θ khi có nhiễu
b. Kết quả mô phỏng khoảng cách đặt khi có nhiễu

Hình 4.23. Kết quả mô phỏng TH2
Trong 2 trường hợp trên, ta coi các điều khiện mô phỏng là lý
tưởng. Bây giờ, ta sẽ xét những ảnh hưởng của nhiễu do sai số của
cảm biến gây ra. Các nhiễu đó trong sơ đồ mô hình mô phỏng sẽ là
các
White Noice .
 Trường hợp 3 : Khi có các nhiễu do sai số cảm biến siêu âm
gây ra. K
ết quả mô phỏng :
a/ Đồ thị đáp ứng góc của robot
b/ Đồ thị đáp ứng khoảng cách của robot
Hình 4.23. Kết quả mô phỏng của TH3
Rõ ràng khi xét tới nhiễu đường đáp ứng của hệ thống không
còn trơn mịn như trước nữa, tuy nhiên hệ thống vẫn bám theo quỹ
đạo đặt với sai lệch l
à chấp nhận được.