NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ MÁY BAY KHÔNG NGƯỜI LÁI QUADROTOR SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID

Tóm tắt

Quadrotor là một dạng phương tiện bay không người lái (UAV) có cấu trúc nhỏ gọn và khả năng linh hoạt cao. Trong thời gian gần đây, loại UAV này được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ, với nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực quân sự và dân sự. Tuy nhiên, do hệ động lực học của quadrotor có tính phi tuyến, đa biến và liên kết chéo, việc xây dựng mô hình động lực học cũng như thiết kế bộ điều khiển hiệu quả vẫn là một thách thức lớn và là trọng tâm của nhiều nghiên cứu. Trong bài báo này, UAV quadrotor được lựa chọn làm đối tượng nghiên cứu. Trước tiên, dựa trên cấu trúc cơ bản của quadrotor, hai hệ tọa độ gồm hệ tọa độ gắn với thân UAV và hệ tọa độ quán tính gắn với mặt đất được thiết lập cùng với ma trận chuyển đổi giữa hai hệ tọa độ. Trên cơ sở các giả thiết hợp lý, mô hình động lực học phi tuyến của quadrotor được thiết lập và mô phỏng bằng phần mềm Simulink.

Trên cơ sở các phương trình động lực học phi tuyến đã xây dựng, hệ thống điều khiển tư thế và điều khiển vị trí cho UAV được thiết kế dựa trên cấu trúc dạng phân tầng bởi các bộ điều khiển PID. Để kiểm chứng tính đúng đắn và hiệu quả của bộ điều khiển, nội dung đề cập trong bài báo đã tiến hành mô phỏng bằng phần mềm Matlab - Simulink với các kịch bản bay theo quỹ đạo thẳng và bay đến vị trí mong muốn.

Kết quả mô phỏng cho thấy hệ thống điều khiển được đề xuất đảm bảo ổn định chuyển động của quadrotor theo cả phương thẳng đứng và phương ngang, đồng thời cho phép UAV bám quỹ đạo và tiếp cận chính xác vị trí mục tiêu. Nghiên cứu này góp phần đề xuất một phương pháp và cơ sở thiết kế hiệu quả cho hệ thống điều khiển UAV quadrotor dựa trên bộ điều khiển PID.