- TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG TIỆN BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI VÀ CÁC KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN. - Các phương pháp truyền thống trong phát triển hệ thống điều khiển UAV. - Phương pháp lai và công nghệ hướng đối tượng trong mô hình hóa hệ thống điều khiển. - Hệ thống động lực lai và Automate lai. - Kiến trúc hướng theo mô hình. - MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CẤU TRÚC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA Q-UAV VỚI AUTOMATE LAI. - Mô hình động lực học trong điều khiển Q-UAV. - Mô hình động lực học tổng quát trong điều khiển UAV. - Cấu trúc hệ thống điều khiển của Q-UAV. - Kiến trúc điều khiển Q-UAV tự hành. - Sơ đồ khối chức năng thực thi của hệ thống điều khiển cho Q-UAV. - Mô hình hệ thống điều khiển phi tuyến lai cho Q-UAV. - Mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển cho Q-UAV. - Mô phỏng nhân quả. - Sử dụng ngôn ngữ mô phỏng hệ thống. - Mô phỏng mô hình phân tích hệ thống. - MÔ HÌNH PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ THỰC THI CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO Q-UAV BẰNG CÔNG NGHỆ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG. - Mô hình hóa và quy trình phát triển tái lặp trực quan cho hệ thống điều khiển nhúng trong thời gian thực. - Mô hình hóa trực quan. - Quy trình phát triển tái lặp trực quan cho hệ thống điều khiển nhúng trong thời gian thực. - Qui trình MDA tổng quát trong phát triển hệ thống điều khiển cho Q-UAV. - Qui trình MDA thực thi cho hệ thống điều khiển Q-UAV. - Cụ thể hóa qui trình MDA thực thi trong thời gian thực cho hệ thống điều khiển Q-UAV. - CIM của hệ thống điều khiển Q-UAV. - PIM của hệ thống điều khiển Q-UAV. - PSM của hệ thống điều khiển Q-UAV. - THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Q-UAV. - Các tình huống thử nghiệm và đánh giá kết quả. - Tích hợp thiết bị và quy trình khởi động hệ thống thử nghiệm. - Tích hợp các thiết bị thử nghiệm. - Quy trình khởi động hệ thống thử nghiệm. - Tiến hành thử nghiệm và đánh giá hệ thống điều khiển Q-UAV. - Thử nghiệm và đánh giá các chế độ cất cánh, bay treo và hạ cánh tự động. - Thử nghiệm và đánh giá bay tự động bám theo các quỹ đạo mong muốn. - Các mô hình, hàm chức năng cơ bản trong mô phỏng và thực thi điều khiển cho ứng dụng Q-AUV. - Dữ liệu các thông số quỹ đạo và trạng thái của Q-UAV theo các kịch bản thử nghiệm. - 141 iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Viết đầy đủ (tiếng Anh) Ý nghĩa BS Backstepping Phương thức điều khiển cấp ngược CIM Computation Independent Model Mô hình độc lập với thao tác tính toán CFD Computational Fluid Dynamics Động lực học tính toán dòng DAE Differential Algebraic Equation Phương trình đại số vi phân DoF Degree of Freedom Bậc tự do EKF Extended Kalman Filter Bộ lọc Kalman mở rộng FB Function Block Khối chức năng trong IEC GPS Global Positioning Systems Hệ thống định vị toàn cầu GUI Graphical User Interface Giao diện người dung đồ họa HA Hybrid Automata Automate lai HDS Hybrid Dynamic System Hệ thống động lực lai HIL Hardware-In-the-Loop Mô phỏng phần cứng vật lý IB Integral Backstepping Phương thức điều khiển tích phân cấp ngược IDE Integrated Development Environment Môi trường phát triển tích hợp IEC International Electro-technical Commission Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế IGCB Instantaneous Global Continuous Behavior Ứng xử liên tục toàn cục tức thờiINCOSE International Council on Systems Engineering Hội đồng quốc tế về công nghệ hệ thống IMU Inertial Measurement UnitThiết bị đo quán tính v INS Inertial Navigation Systems Hệ thống dẫn đường quán tính LOS Line-Of-Sight Giải thuật bám đường LOS LQ Linear Quadratic Phương thức điều khiển toàn phương tuyến tính MARTE Modeling and Analysis of Real Time and Embedded systems Mô hình hóa và phân tích các hệ thống nhúng và thời gian thực MDA Model-Driven Architecture Kiến trúc hướng theo mô hình MPC Model Predictive Control Điều khiển dự đoán mô hình MUAV Micro Unmanned Aerial Vehicle Máy bay siêu nhỏ không người lái MVC Model-View-Controller pattern Mẫu mô hình-khung nhìn-điều khiển NED North-East-Down Hệ tọa độ gắn với trái đất ODE Ordinary Differential Equation Phương trình vi phân thường OO Object-Oriented Hướng đối tượng PID Proportional – Integral – Derivative regulator Bộ điều chỉnh khuếch đại tỷ lệ-tích phân-vi phân PIM Platform Independent Model Mô hình độc lập với nền công nghệ PLC Programmable Logic Controller Bộ điều khiển logic lập trình được PSM Platform Specific Model Mô hình gắn với nền công nghệ cụ thể Q-UAV Quadrotor Unmanned Aerial Vehicle Thiết bị bay không người lái dạng 4 cánh quạt RealTime UML Real Time Unified Modeling Language Ngôn ngữ mô hình hóa hợp nhất trong thời gian thực vi RPY Roll-Pitch-Yaw Các góc Nghiêng-Chúc-Hướng ROPES Rapid Object-Oriented Process for Embedded Systems Qui trình hướng đối tượng cho hệ thống nhúng SMC Sliding Mode Control Điều khiển trượt UML Unified Modeling Language Ngôn ngữ mô hình hoá hợp nhất VTOL Vertical Take-Off and Landing Cất cánh và hạ cánh thẳng đứng WP Way-Point Điểm đường (điểm lộ trình) vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. - Liên kết HA với IB và PI cho hệ thống điều khiển Q-UAV 53 Bảng 3.1. - Nguyên tắc tùy biến và tái sử dụng của các gói điều khiển chính 94 Bảng PL1.1. - Trường hợp 1- Bay theo quỹ đạo 4 điểm với góc mở lái lớn nhất tại mỗi điểm là 90 độ với vận tốc là 2,5 m/s 141Bảng PL2.2. - Trường hợp 2 - Bay theo quỹ đạo 4 điểm với góc mở lái lớn nhất tại mỗi điểm là 60 độ với vận tốc là 2,5 m/s 142Bảng PL2.3. - Trường hợp 3 - Bay theo quỹ đạo 4 điểm với góc mở lái lớn nhất tại mỗi điểm là 60 độ với vận tốc là 3,5 m/s 143Bảng PL2.4. - Trường hợp 4 - Bay theo quỹ đạo 4 điểm với góc mở lái lớn nhất tại mỗi điểm là 30 độ với vận tốc là 3,5 m/s 144 viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Trang Hình 1.1. - Hệ thống UAV đầu tiên: Aerial Torpedo (a) và Kettering Bug (b) 20Hình 1.3. - FlyCam UAV “Align M690L” (a) và DJI “Phantom 3 Pro” (b) sử dụng trong quay phim và truyền hình 24Hình 1.9. - Automate lai trong mô hình hóa ứng xử của bộ giới hạn tín hiệu 30Hình 1.11. - Sự phân loại các mô hình chính trong MDA 34Hình 1.12. - Ví dụ về phát triển hướng theo mô hình 34Hình 1.13. - Mô tả phương và hướng di chuyển của Q-UAV 38Hình 1.17. - Mô hình thiết kế tổng quan về hình học của Q-UAV 39Hình 1.18. - Các tham số chuyển động của Q-UAV 44Hình 2.2. - Cấu trúc kết nối giữa điều khiển vị trí, độ cao và RPY 48Hình 2.3. - Sơ đồ khối điều khiển, định vị và dẫn đường của Q-UAV 49Hình 2.4. - Sơ đồ khối chức năng thực thi của hệ thống điều khiển cho Q-UAV 51Hình 2.5. - Sơ đồ khối mô hình HIL cho Q-UAV 60Hình 2.7. - Giao diện theo dõi thông số điều khiển của Q-UAV trên phần mềm Matlab-Simulink 61Hình 2.8. - Đồ thị đáp ứng góc điều khiển nghiêng 61Hình 2.9. - Đồ thị đáp ứng góc điều khiển chúc 61Hình 2.10. - Đánh giá sai số quỹ đạo theo hệ trục toạ độ yz - chỉ có GPS 63Hình 2.12. - Đánh giá sai số quỹ đạo theo hệ trục toạ độ xz - chỉ có GPS 63Hình 2.13. - Đánh giá sai số quỹ đạo theo hệ trục toạ độ xyz - chỉ có GPS 64Hình 2.14. - Tổng quan về quy trình MDA trong thời gian thực cho hệ thống điều khiển Q-UAV 79Hình 3.3. - Sơ đồ lớp UML thể hiện các chức năng chính của Q-UAV 81Hình 3.4. - Mô hình trường hợp sử dụng của Q-UAV 82Hình 3.5. - Kịch bản điều khiển bám theo quỹ đạo mong muốn 83Hình 3.6. - Máy trạng thái cục bộ của trường hợp sử dụng “Bám quỹ đạo” 83Hình 3.7. - Máy trạng thái toàn cục của Q-UAV 84Hình 3.8. - Mẫu kết nối truyền đạt giữa các gói điều khiển chính của Q-UAV 88Hình 3.9. - Sơ đồ tiến trình trong thời gian thực của 5 gói điều khiển chính nhằm thực thi HA cho Q-UAV 91Hình 3.12. - Cấu trúc tĩnh của các gói điều khiển chính 92Hình 3.13. - Tương tác giữa các gói điều khiển chính cho một chu kỳ lấy mẫu 93Hình 3.14. - Chuyển đổi mô hình PIM-PSM trong MDA 96Hình 3.15. - Chuyển đổi mô hình PIM-PSM cho hệ thống điều khiển Q-UAV 97 xi Hình 3.16. - Đáp ứng quá độ điều khiển cất cánh theo phương thẳng đứng 99Hình 3.17. - Đáp ứng quá độ điều khiển di chuyển phương x trên mặt ngang 100Hình 3.18. - Mẫu thiết kế và thực thi hướng đối tượng của HA cho Q-UAV 101Hình 3.19. - Tích hợp và chạy thử nghiệm mô hình triển khai hệ thống điều khiển Q-UAV bám theo quỹ đạo mong muốn 102 Hình 4.1. - Thiết bị GPS và IMU được tích hợp trong thử nghiệm (a) và bảng vi mạch MCU-STM32-Cortex M4 lập trình được (b) 106Hình 4.3. - Thiết bị điều khiển bằng tay Futaba T8FG 107Hình 4.5. - Bộ thu nhận tín hiệu trạng thái của Q-UAV 107Hình 4.6. - Giao diện phần mềm điều khiển và theo dõi trạng thái trên máy tính 109Hình 4.10. - Hình ảnh thử nghiệm và đánh giá các chế độ cất cánh, bay treo và hạ cánh tự động 111Hình 4.12. - Giao diện cài đặt các chế độ an toàn cho Q-UAV 111Hình 4.13. - Màn hình theo dõi và cài đặt các điểm đường (WP): xii trường hợp 1 113Hình 4.15. - Quỹ đạo di chuyển thực tế thu được của Q-UAV: trường hợp 1 114Hình 4.16. - Quỹ đạo di chuyển mô phỏng của Q-UAV: trường hợp 1 114Hình 4.17. - Khoảng cách và thời gian di chuyển giữa các WP của Q-UAV: trường hợp 1 115Hình 4.18. - Đồ thị theo dõi giữa góc chúc điều khiển mong muốn và thực tế: trường hợp 1 115Hình 4.19. - Đồ thị theo dõi giữa góc nghiêng điều khiển mong muốn và thực tế: trường hợp 1 116Hình 4.20. - Màn hình theo dõi và cài đặt các điểm đường (WP): trường hợp 2 116Hình 4.21. - Quỹ đạo di chuyển mô phỏng của Q-UAV: trường hợp 2 117Hình 4.22. - Khoảng cách và thời gian di chuyển giữa các WP của Q-UAV: trường hợp 2 117Hình 4.23. - Đồ thị theo dõi giữa góc chúc điều khiển mong muốn và thực tế: trường hợp 2 118Hình 4.24. - Đồ thị theo dõi giữa góc nghiêng điều khiển mong muốn và thực tế: trường hợp 2 118Hình 4.25. - Màn hình theo dõi và cài đặt các điểm đường (WP): trường hợp 3 119Hình 4.26. - Quỹ đạo di chuyển mô phỏng của Q-UAV: trường hợp 3 119Hình 4.27. - Đồ thị theo dõi giữa góc chúc điều khiển mong muốn và thực tế: trường hợp 3 120Hình 4.28. - Đồ thị theo dõi giữa góc nghiêng điều khiển mong muốn và thực tế: trường hợp 3 120Hình 4.29. - Màn hình theo dõi và cài đặt các điểm đường (WP): trường hợp 4 121
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt