Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái

Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái trang 1

Trang 1

Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái trang 2

Trang 2

Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái trang 3

Trang 3

Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái trang 4

Trang 4

Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái trang 5

Trang 5

Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái trang 6

Trang 6

Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái trang 7

Trang 7

Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái trang 8

Trang 8

Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái trang 9

Trang 9

Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái trang 10

Trang 10

Tải về để xem bản đầy đủ

pdf 28 trang nguyenduy 28/02/2024 230
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.

Tóm tắt nội dung tài liệu: Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái

Tóm tắt Luận án Phương pháp thiết kế hướng đối tượng trong điều khiển phương tiện bay không người lái
 vụ cho công việc mô hình hóa vốn là cốt lõi của 
phân tích, thiết kế phần mềm công nghiệp, ngôn ngữ mô hình hóa 
hợp nhất (UML) đã được OMG chuẩn hóa và được sử dụng rộng rãi 
trong nhiều lĩnh vực khác nhau. 
Do đó, luận án đã lựa chọn RealTime UML là ngôn ngữ trực 
quan để mô hình hóa các pha phân tích và thiết kế cho hệ thống điều 
khiển UAV kết hợp với HA. 
6 
1.3.3. Kiến trúc hướng theo mô hình 
Kiến trúc hướng mô hình (MDA) là một cách tiếp cận mô 
hình hoá trực quan trong suốt quá trình tìm hiểu, phân tích, thiết kế, 
thực thi một hệ thống phần mềm nói chung, đặc biệt là trong điều 
khiển công nghiệp. Hình 1.10 mô tả một cách tổng quan về sự phân 
loại các mô hình chính của MDA theo trật tự từ mức độ trừu tượng 
hóa đến cụ thể hoá. 
 Hình 1.11. Sự phân loại các mô 
hình chính trong MDA 
 Hình 1.12. Ví dụ về phát triển 
hướng theo mô hình 
Mô hình độc lập với thao tác tính toán (CIM): Hình 1.13 sử dụng sơ 
đồ lớp của UML nhằm đưa ra một ví dụ cụ thể của CIM. Trong mô 
hình này không có thông tin nào chỉ ra giải pháp dựa trên thao tác 
tính toán. 
Mô hình độc lập với nền công nghệ (PIM): Hình 1.14 sử dụng sơ đồ 
lớp của UML nhằm giới thiệu ví dụ về PIM xuất phát từ ví dụ về 
CIM được mô tả trên Hình 1.13. 
Hình 1.13. Ví dụ về CIM 
Hình 1.14. Ví dụ về PIM dựa theo 
Hình 1.13 
1.4. Lựa chọn ứng dụng 
Để minh họa cho phương pháp phân tích, thiết kế và thực thi 
hướng đối tượng cho hệ thống điều khiển MUAV, luận án đã lựa 
chọn loại máy bay siêu nhỏ không người lái bốn cánh quạt (Q-
UAV). Nguyên lý hoạt động cơ bản của Q-UAV được mô tả như 
sau như trên Hình 1.16. Hình 1.17 thể hiện mô hình thiết kế tổng 
quan về hình học của Q-UAV này. 
7 
Hình 1.16. Mô tả phương và 
hướng di chuyển của Q-UAV Hình 1.17. Mô hình thiết kế tổng 
quan về hình học của Q-UAV 
Trong ứng dụng này, phần mềm Ansys-Fluent được sử dụng 
để hỗ trợ trong việc thực hiện các quy trình tính toán. Một ví dụ 
minh họa các kết quả mô phỏng CFD về phân bố áp suất và vận tốc 
trên một cánh quạt được biểu diễn như trên Hình 1.18. 
Hình 1.18. Ví dụ về phân bố áp suất và phân bố vận tốc cánh quạt 
Tất cả các kết quả từ mô phỏng CFD cho phép suy ra về mặt lý 
thuyết các giá trị khí động lực học, như: lực nâng, lực cản và mô 
men quay tương ứng với tốc độ khác nhau của cánh quạt cho động 
cơ. Tuy nhiên, việc nghiên cứu chuyên sâu về CFD cho Q-UAV 
không phải là điểm chính của luận án, mà nó chỉ là phần tính toán 
sơ bộ về mặt khí động lực học nhằm phục vụ việc lựa chọn ban đầu 
các cơ cấu chấp hành và cấu trúc hệ thống điều khiển cơ bản cho Q-
UAV. 
Kết luận chương 
Trong chương này, luận án đã trình bày tổng quan về UAV 
và các kỹ thuật điều khiển theo chương trình, bao gồm các nội dung 
chính sau: 
- Cập nhật về quá trình hình thành, phát triển và ứng dụng 
UAV. 
8 
- Nghiên cứu các phương pháp truyền thống trong điều khiển 
UAV. Tuy nhiên, các phương thức điều khiển truyền thống này cần 
phải được kết hợp với các ngôn ngữ mô hình hóa và mô phỏng 
nhằm đưa ra bản phân tích và thiết kế có tính mô đun hóa để có thể 
trực quan các tham số điều khiển trong thời gian thực, tùy biến và 
tái sử dụng các thành phần đã phát triển cho các ứng dụng UAV mới 
khác nhau. 
- Giới thiệu về hệ thống động lực lai (HDS) và đề xuất mô 
hình hóa ứng xử điều khiển của nó bằng Automate lai (HA). Tiếp 
theo, hệ thống điều khiển cho UVA được đề xuất là mang đặc tính 
của HDS; bởi nó bao gồm phần liên tục, phần rời rạc và phần tương 
tác giữa liên tục và rời rạc. 
- Cập nhật công nghệ hướng đối tượng để phát triển hệ thống 
điều khiển công nghiệp, như: mô tả ngôn ngữ mô hình hóa trong 
thời gian thực (RealTime UML) và kiến trúc hướng theo mô hình 
(MDA), nhằm phân tích và thiết kế một cách có hệ thống cho UAV 
có ứng xử được mô hình hóa bởi HA. 
Xuất phát từ các phân tích và đánh giá tổng quan về UAV 
cũng như các phương pháp mô hình hóa, mô phỏng, thực thi hệ 
thống điều khiển trên đây, mục tiêu và giải pháp nghiên cứu cụ thể 
của luận án đã được đề xuất như sau sau: 
- Để minh họa cho phương pháp thiết kế hướng đối tượng 
cho hệ thống điều khiển MUAV, luận án đã lựa chọn loại máy bay 
siêu nhỏ không người lái và tự hành dạng bốn cánh quạt (Q-UAV). 
- Đưa ra cấu trúc cho Q-UAV thông qua cụ thể hóa 
Automate lai (HA) nhằm mô tả ứng xử thực thi của hệ thống điều 
khiển. 
- Đưa ra qui trình công nghệ hướng đối tượng trong thời gian 
thực với RealTime UML và MDA để phân tích, thiết kế, mô phỏng 
và thực thi hệ thống điều khiển cho UAV với sự hỗ trợ của các công 
cụ phần mềm IBM Rational Rose RealTime/IBM Rational 
Rhapsody, OpenModelica và MatLab-Simulink. 
- Thiết kế của hệ thống điều khiển được thực hiện thông qua 
các gói, cổng, giao thức và bộ kết nối tổng quát trong RealTime 
UML và cụ thể hóa mô hình CIM, PIM và PSM của MDA, nhằm có 
thể dễ dàng tùy biến và tái sử dụng chúng cho các ứng dụng điều 
khiển các loại UAV khác nhau. 
9 
CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC VÀ CẤU TRÚC 
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CỦA Q-UAV VỚI AUTOMATE 
LAI 
2.1. Mô hình động lực học trong điều khiển Q-UAV 
2.1.1. Mô hình động lực học tổng quát trong điều khiển UAV 
Mô hình động lực học 6 bậc tự do tổng quát trong điều khiển 
phương tiện bay trước hết sẽ được mô tả như phương trình (2.1). 
 (2.1) 
2.1.2. Mô hình động lực học trong điều khiển Q-UAV 
Hình 2.1 mô tả khái quát các tham số chuyển động của Q-
UAV này. 
Hình 2.1. Các tham số 
chuyển động của Q-UAV 
 2.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển của Q-UAV 
2.2.1. Kiến trúc điều khiển Q-UAV tự hành 
Để cho một Q-UAV có thể hoạt động được một cách tự 
hành, kiến trúc điều khiển của nó phải có ba hệ thống chính: hệ 
thống dẫn đường, hệ thống định vị và hệ thống điều khiển. Hình 2.3 
và Hình 2.4 lần lượt mô tả sơ đồ khối tổng quát và thực thi cho phép 
thể hiện tương tác giữa các hệ thống này. 
Hình 2.3. Sơ đồ khối điều 
khiển, định vị và dẫn đường 
của Q-UAV 
Hình 2.4. Sơ đồ khối chức năng thực 
thi của hệ thống điều khiển cho Q-
UAV 
10 
2.2.2. Sơ đồ khối chức năng thực thi của hệ thống điều khiển cho 
Q-UAV 
Sơ đồ khối chức năng thực thi như trên Hình 2.4, nhằm thực 
hiện triển khai các chế độ tự hành của Q-UAV. 
2.2.3. Mô hình hệ thống điều khiển phi tuyến lai cho Q-UAV 
Luận án đã xem xét hệ thống điều khiển của Q-UAV này 
như là một hệ thống động lực lai (HDS) và ứng xử động của nó 
được mô hình hóa bởi HA. 
2.3. Mô hình mô phỏng hệ thống điều khiển cho Q-UAV 
2.3.1. Mô phỏng nhân quả 
Phương pháp mô phỏng này dựa trên các tiếp cận nhân quả 
trong mô hình hóa hệ thống. 
2.3.2. Mô phỏng phi nhân quả 
Phương pháp mô phỏng phi nhân quả dựa trên việc mô hình 
hóa hệ vật lý theo các hệ thống con và xác định hành vi của hệ 
thống tại những điểm kết nối giữa chúng. 
2.3.3. Sử dụng ngôn ngữ mô phỏng hệ thống 
MatLab-Simulink và Modelica/OpenModelica sẽ là lựa chọn 
dùng để mô phỏng và đánh giá các pha phân tích và thiết kế một 
cách nhanh chóng các kịch bản cho ứng dụng điều khiển Q-UAV. 
2.3.4. Mô phỏng mô hình phân tích hệ thống 
Hình 2.6 và Hình 2.7 mô tả mô hình HIL trong điều khiển 
Q-UAV trên phần mềm MatLab-Simulink; nó dựa trên nguyên tắc 
mô phỏng nhân quả nhằm kiểm nghiệm 
Hình 2.6. Sơ đồ khối mô hình 
HIL cho Q-UAV 
Hình 2.7. Giao diện theo dõi 
thông số điều khiển của Q-UAV 
trên phần mềm Matlab-Simulink 
Dưới đây là một số kết quả mô phỏng cho các kịch bản thử 
nghiệm cất cánh thẳng đứng nhằm kiểm nghiệm và đánh giá độ tin 
11 
cậy và an toàn của mô hình phân tích điều khiển hệ thống đã được 
đề xuất. 
- Kịch bản 1: Quỹ đạo cất cánh thẳng đứng khi chỉ có tín 
hiệu GPS được chiếu lên các hệ trục tọa độ tương ứng xyz được 
biểu diễn trên các Hình 2.13. 
- Kịch bản 2: Quỹ đạo cất cánh thẳng đứng khi chỉ có tín 
hiệu INS được chiếu lên các hệ trục toạ độ tương ứng xyz được thể 
hiện trong các Hình 2.17. 
- Kịch bản 3: Quỹ đạo cất cánh thẳng đứng khi kết hợp INS 
và GPS kèm theo sử dụng bộ lọc Kalman mở rộng (EKF) được 
chiếu lên các hệ trục toạ độ tương ứng xyz được thể hiện trong các 
Hình 2.21. 
 Hình 2.13. Đánh giá sai số quỹ 
đạo theo hệ trục toạ độ xyz - chỉ 
có GPS 
Hình 2.17. Đánh giá sai số quĩ 
đạo theo hệ trục toạ độ xyz - chỉ 
có INS 
Hình 2.21. Đánh giá sai số quĩ đạo theo hệ trục toạ độ xyz - có kết 
hợp GPS/INS và EKF 
Với mô hình điều khiển ở trên và qua các đồ thị đánh giá sai 
số quỹ đạo cho các kịch bản an toàn và hoạt động khi chỉ có GPS 
hoặc INS và kết hợp GPS/INS với EKF chỉ ra rằng mô hình mô 
12 
phỏng của hệ thống điều khiển Q-UAV hoàn toàn đáp ứng được 
chất lượng hiệu năng và an toàn điều chỉnh, nhằm đảm bảo phù hợp 
với việc chế tạo, lập trình phần điều khiển và chạy thử trên Q-UAV 
sau này. 
Kết luận chương 
Chương này đã trình bày mô hình phân tích và mô phỏng 
động lực học trong điều khiển cho Q-UAV, bao gồm các nội dung 
cụ thể như: 
- Nghiên cứu mô hình động lực học tổng quát trong điều 
khiển cho UAV nói chung và cho Q-UAV nói riêng, nhằm đưa ra 
kiến trúc và cấu trúc điều khiển tổng quát cho Q-UAV có thể hoạt 
động một cách tự hành. 
- Đưa ra cấu trúc điều khiển cho Q-UAV thông qua cụ thể 
hóa Automate lai (HA) nhằm mô tả ứng xử thực thi của hệ thống 
điều khiển. 
 - Minh họa một số kết quả mô phỏng về tính năng điều 
khiển và an toàn nhằm đánh giá ban đầu về tính khả thi của cấu trúc 
điều khiển đã được đề xuất; hơn nữa nó cho phép lựa chọn các cơ 
cấu chấp hành cho Q-UAV trong các pha sau. 
Cấu trúc và giải thuật điều khiển này sẽ được sử dụng trong 
chương tiếp theo nhằm đưa ra qui trình phân tích, thiết kế và thực 
thi điều khiển hướng đối tượng cho Q-UAV thông qua cụ thể hóa 
RealTime UML với MDA, nhằm nâng cao hiệu năng thi hành trên 
thực tế cho hệ thống điều khiển của Q-UAV. Các thành phần điều 
khiển có thể dễ dàng tùy biến và tái sử dụng trong các ứng dụng 
điều khiển khác nhau cho các MUAV dạng chong chóng mang và 
cất cánh thẳng đứng (VTOL). 
13 
CHƯƠNG 3. MÔ HÌNH PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ THỰC 
THI CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHO Q-UAV BẰNG 
CÔNG NGHỆ HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG 
3.1. Mô hình hóa và quy trình phát triển tái lặp trực quan cho 
hệ thống điều khiển nhúng trong thời gian thực 
3.1.1. Mô hình hóa trực quan 
Mô hình hoá trực quan là một phương thức tư duy về vấn đề 
sử dụng các mô hình được tổ chức xoay quanh các hiện tượng trên 
thực tế. Mô hình cho phép mô tả vấn đề, giao tiếp với con người 
hoặc các hệ thống có liên quan đến dự án phát triển. 
Bốn mục tiêu cơ bản sau khi xây dựng mô hình trực quan có 
thể đạt được, như: 
- Mô hình hỗ trợ trực quan hóa hệ thống như là nó vốn có 
hoặc theo ý tưởng của người thực hiện. 
- Mô hình cho phép chỉ ra rõ cấu trúc tĩnh và ứng xử động 
của hệ thống. 
- Mô hình tạo ra một khuôn mẫu nhằm hướng dẫn trong quá 
trình xây dựng hệ thống. 
- Mô hình đưa ra các báo cáo bằng tài liệu về các tác tạo đưa 
ra trong quá trình phân tích, thiết kế và thực thi hệ thống. 
Mô hình hoá trực quan tuân theo bốn nguyên tắc cơ bản như 
sau: 
Nguyên tắc 1: Các mô hình được tạo ra chi phối trực tiếp đến cách 
tiếp cận và định hướng giải quyết một vấn đề. 
Nguyên tắc 2: Mỗi mô hình được thể hiện ở mức độ chi tiết khác 
nhau. 
Nguyên tắc 3: Các mô hình chính xác nhất là các mô hình được liên 
hệ trong thực tế. 
Nguyên tắc 4: Không có một mô hình đơn lẻ nào là đầy đủ; một mô 
hình tối ưu phải được tiếp cận thông qua một tập các mô hình độc 
lập tương đối với nhau. 
3.1.2. Quy trình phát triển tái lặp trực quan cho hệ thống điều 
khiển nhúng trong thời gian thực 
Vòng đời phát triển của dự án xây dựng hệ thống điều khiển 
dựa trên đặc điểm của quy trình tái lặp (ROPES) được mô tả trên 
Hình 3.1; nó bao gồm các pha: phân tích, thiết kế, thực thi, kiểm 
định và đánh giá. 
14 
 Hình 3.1. Qui trình phát triển tái 
lặp ROPES 
 Hình 3.2. Tổng quan về quy 
trình MDA trong thời gian thực 
cho hệ thống điều khiển Q-UAV 
3.2. Qui trình MDA tổng quát trong phát triển hệ thống điều 
khiển cho Q-UAV 
3.2.1. Lựa chọn MDA và RealTime UML 
Luận án đã lựa chọn như sau: MDA làm kiến trúc nền tảng 
và RealTime UML là ngôn ngữ trực quan để mô hình hóa các pha 
phân tích và thiết kế dựa theo ROPES đã được mô tả ở trên đây 
trong việc phát triển hệ thống điều khiển Q-UAV có ứng xử được 
mô tả bởi HA. 
3.2.2. Qui trình MDA thực thi cho hệ thống điều khiển Q-UAV 
Quy trình này được mô tả như trên Hình 3.2. 
3.3. Cụ thể hóa qui trình MDA thực thi trong thời gian thực cho 
hệ thống điều khiển Q-UAV 
3.3.1. CIM của hệ thống điều khiển Q-UAV 
3.3.1.1. Mô hình UML về yêu cầu chức năng chính của Q-UAV 
Để nắm bắt các yêu cầu hướng đối tượng chung, luận án 
trình bày ở đây một mô hình bao gồm các lớp trừu tượng thông qua 
việc sử dụng kiểu mở rộng trong mô hình hóa và sơ đồ lớp của 
UML, nhằm mô tả các thành phần chức năng chính cho Q-UAV 
được thể hiện trên Hình 3.3. 
Lớp Hệ thống dẫn đường có trách nhiệm để tạo ra quỹ đạo 
mong muốn cho Q-UAV chuyển động theo. 
Lớp Hệ thống định vị được sử dụng để xác định trạng thái 
hiện thời của Q-UAV, như: cao độ, vị trí, RPY, vận tốc và gia tốc. 
Lớp Hệ thống điều khiển có trách nhiệm cung cấp tín hiệu 
điều khiển cho phép Q-UAV bám theo quỹ đạo mong muốn. 
3.3.1.2. Xây dựng CIM cho hệ thống điều khiển Q-UAV 
Các bước chính để xây dựng CIM cho hệ thống điều khiển 
Q-UAV bao gồm các hoạt động và tác tạo chính như sau: 
15 
Luận án đưa ra mô hình trường hợp sử dụng cho hệ thống 
điều khiển Q-UAV như trên Hình 3.4. 
 Hình 3.3. Sơ đồ lớp UML thể hiện các chức năng chính của Q-UAV 
Hình 3.5 và 3.6 lần lượt thể hiện kịch bản bám theo quỹ đạo 
mong muốn khi có một sự kiện tác động được phát hiện và máy 
trạng thái song song của trường hợp sử dụng “Bám quỹ đạo”. Mô 
hình này sử dụng thuật toán dẫn đường LOS hướng dẫn bởi vì luận 
án quan tâm đến việc kiểm soát bám theo quỹ đạo mong muốn của 
Q-UAV. 
 Hình 3.4. Mô hình trường hợp sử 
dụng của Q-UAV 
 Hình 3.5. Kịch bản điều khiển 
bám theo quỹ đạo mong 
muốn 
Hình 3.6. Máy trạng thái cục 
bộ của trường hợp sử dụng 
“Bám quỹ đạo” 
 Hình 3.7. áy trạng thái toàn cục của 
Q-UAV 
16 
Hình 3.7 mô tả máy trạng thái toàn cục của Q-UAV. Trong 
luận án chỉ quan tâm chi tiết đến phần máy trạng thái cục bộ của 
trường hợp sử dụng hướng theo chế độ điều khiển “Bám quỹ đạo”, 
bởi vì các máy trạng thái cục bộ khác có thể được kế thừa từ các ứng 
dụng điều khiển phổ biến khác đã được phát triển, như: cấu hình và 
an toàn cho hệ thống điều khiển nói chung. 
3.3.2. PIM của hệ thống điều khiển Q-UAV 
Để xây dựng cấu trúc tổng quát của PIM, luận án đưa ra 5 
gói điều khiển chính: phần liên tục (Continous Part), phần rời rạc 
(Discrete Part), ứng xử liên tục toàn cục tức thời (IGCB: 
Instantaneous Global Continuous Behavior), giao diện bên trong 
(Interal Interface) và giao diện bên ngoài (External Interface) để dễ 
dàng tổ chức, quản lý theo vết và tái sử dụng các tác tạo được sinh 
ra trong quá trình thiết kế và thực thi hệ thống điều khiển Q-UAV. 
Mẫu kết nối truyền đạt giữa các gói điều khiển chính bởi các cổng, 
giao thức và bộ kết nối được mô tả trong sơ đồ cấu trúc gói như trên 
Hình 3.8. 
Hình 3.8. Mẫu kết nối truyền đạt giữa các gói điều khiển chính của 
Q-UAV 
3.3.3. PSM của hệ thống điều khiển Q-UAV 
3.3.3.1. Sự chuyển đổi mô hình PIM-PSM 
Hình 3.14 mô tả tổng quan quá trình chuyển đổi một mô 
hình PIM-PSM. 
Hình 3.15 mô tả phác thảo của chuyển đổi mô hình PIM-
PSM cho hệ thống điều khiển Q-UAV. 
17 
 Hình 3.14. Chuyển đổi mô 
hình PIM-PSM trong MDA 
Hình 3.15. Chuyển đổi mô hình 
PIM-PSM cho hệ thống điều khiển 
Q-UAV 
3.3.3.2. Mô hình thực thi mô phỏng hướng đối tượng 
Chương trình mô phỏng ứng dụng với OpenModelica có thể 
tùy biến và tái sử dụng trong pha triển khai hệ thống điều khiển với 
các bộ vi điều khiển thích ứng với công nghệ hướng đối tượng trên 
thực tế. 
3.3.3.3. Mô hình thi hành triển khai 
Hình 3.19 minh họa một vài hình hình ảnh tích hợp và chạy 
thử nghiệm mô hình triển khai hệ thống điều khiển Q-UAV bám theo 
quỹ đạo mong muốn. 
Hình 3.19. Tích hợp và chạy thử nghiệm mô hình triển khai hệ thống 
điều khiển Q-UAV bám theo quỹ đạo mong muốn 
18 
Kết luận chương 
Chương này đã trình bày mô hình phân tích, thiết kế và thực 
thi hướng đối tượng để phát triển hệ thống điều khiển cho Q-UAV. 
Mô hình này dựa trên việc cụ thể hóa kiến trúc hướng theo mô hình 
(MDA) và ngôn ngữ mô hình hóa trong thời gian thực (RealTime 
UML); nó kèm theo mô hình cấu trúc và ứng xử điều khiển phi 
tuyến lai đã được đề xuất và đánh giá chất lượng sơ bộ trong 
Chương 2. 
Từ đó, xây dựng qui trình cụ thể hóa MDA với RealTime 
UML và ROPES để phát triển theo hướng đối tượng cho hệ thống 
điều khiển thông qua các thành phần CIM, PIM và PSM, cụ thể là: 
trong CIM, việc cụ thể hóa mô hình trường hợp sử dụng và đặc 
trưng của HA cho phép phân tích chi tiết cấu trúc và ứng xử của hệ 
thống điều khiển Q-UAV; PIM đưa ra mô hình thiết kế chi tiết với 
RealTime UML của hệ thống điều khiển; mô hình hệ thống con và 
cơ chế hướng đối tượng được sử dụng để xây dựng PSM của hệ 
thống này nhằm thực hiện giai đoạn thực thi mô phỏng và triển khai 
hệ thống; các qui tắc chuyển đổi mô hình đã được đưa ra và áp 
dụng, nó cho phép các CIM được xác định chuyển đổi thành PIM và 
tiếp theo chuyển đổi các PIM tới một PSM cụ thể. 
Các qui tắc tùy biến và tái sử dụng các thành phần thiết kế 
của PIM được đưa ra nhằm ứng dụng trong điều khiển Q-UAV hoặc 
MUAV dạng chong chóng mang và cất cánh/hạ cánh thẳng đứng 
(VTOL) khác nhau. 
Dựa theo mô hình này, ứng dụng của luận án đã được mô 
phỏng và thực thi dựa trên các nền công nghệ mã nguồn mở 
OpenModelica và Arduino cho hệ thống điều khiển Q-UAV bám 
theo quĩ đạo đặt trước. 
Chương tiếp theo sẽ trình bày về chạy thử nghiệm và đánh 
giá mô hình thi hành triển khai cho hệ thống điều khiển này. 
19 
CHƯƠNG 4. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG 
ĐIỀU KHIỂN Q-UAV 
4.1. Các tình huống thử nghiệm và đánh giá kết quả 
+ Kịch bản 1: Thử nghiệm khả năng cất cánh tự động và bay 
treo cân bằng tại một điểm trong điều kiện ngoài trời và đánh giá 
khả năng giữ cân bằng và ổn định tại một điểm bay treo đó. Thử 
nghiệm khả năng hạ cánh tự động nhằm đánh giá khả năng tự quay 
về điểm xuất phát trong các trường hợp khẩn cấp, như: nguồn điện 
cung cấp sắp cạn kiệt và mất tín hiệu điều khiển. 
+ Kịch bản 2: Thử nghiệm khả năng bay tự động bám theo 
các quỹ đạo mong muốn được đặt trước thông qua máy tính điều 
khiển, nhằm đánh giá khả năng bám quỹ đạo cũng như khả năng tự 
cân bằng ổn định của Q-UAV. 
4.2. Tích hợp thiết bị và quy trình khởi động hệ thống thử 
nghiệm 
4.2.1. Tích hợp các thiết bị thử nghiệm 
+ Sử dụng GPS/IMU cho mô hình thử nghiệm Q-UAV 
NCS đã lựa chọn thiết bị IMU có chứa các cảm biến tích hợp 
MPU6000 (Hình 4.2) được sử dụng trong việc xác định vị trí và 
trạng thái của Q-UAV. 
 (a) (b) 
Hình 4.2. Thiết bị GPS và IMU được tích hợp trong thử nghiệm (a) 
và vi mạch MCU-STM32-Cortex M4 lập trình được (b) 
+ Sử dụng thiết bị lập trình được 
20 
Trong luận án này, bộ vi điều khiển STM32F427 Cortex M4 
được sử dụng để nạp chương trình điều khiển Q-UAV. 
+ Tích hợp các thiết bị khác 
Hình 4.3 mô tả tích hợp vi mạch trên Q-UAV, thiết bị điều 
khiển bằng tay Futaba T8FG, bộ thu nhận tín hiệu trạng thái của Q-
UAV, màn hình hiển thị video thu được tại mặt đất và hiển thị thông 
số, pin và mạch sạc điện Cellpro và động cơ T-motor kèm theo các 
thông số kỹ thuật, tham gia vào thử nghiệm và đánh giá hệ thống 
điều khiển Q-UAV. 
Hình 4.3. Tích hợp vi mạch trên Q-UAV 
4.2.2. Quy trình khởi động hệ thống thử nghiệm 
4.3. Tiến hành thử nghiệm và đánh giá hệ thống điều khiển Q-
UAV 
4.3.1. Thử nghiệm và đánh giá các chế độ cất cánh, bay treo và hạ 
cánh tự động 
Hình 4.11 minh họa hình ảnh thử nghiệm khả năng cất cánh 
tự động và bay treo cân bằng tại một điểm trong điều kiện ngoài trời 
Hình 4.12 mô tả giao diện cài đặt các chế bộ an toàn cho Q-UAV. 
Hình 4.11. Hình

File đính kèm:

  • pdftom_tat_luan_an_phuong_phap_thiet_ke_huong_doi_tuong_trong_d.pdf