SO SÁNH GIÁ TRỊ TỐC ĐỘ GÓC THU ĐƯỢC TỪ CẢM BIẾN MPU6050 VÀ GIÁ TRỊ ƯỚC LƯỢNG BẰNG BỘ QUAN SÁT TRONG ĐIỀU KHIỂN UAV
DOI:
https://doi.org/10.59266/houjs.2025.1098Từ khóa:
UAV, Quadcopter, MPU6050, cảm biến quán tính IMU, tốc độ góc, nhiễu và trôi cảm biến, bộ quan sát Luenberger, ước lượng trạng tháiTóm tắt
Trong các hệ thống điều khiển UAV (Unmanned Aerial Vehicle), việc xác định chính xác trạng thái trong không gian như góc chúc ngóc, góc nghiêng, góc hướng và các tốc độ góc tương ứng là yêu cầu thiết yếu để đảm bảo độ ổn định và đáp ứng nhanh. Tuy nhiên, cảm biến quán tính MPU6050 — gồm con quay hồi chuyển (gyroscope) và cảm biến gia tốc (accelerometer) — thường bị ảnh hưởng bởi nhiễu và trôi cảm biến (bias drift). Bài báo này trình bày kết quả so sánh giữa tốc độ góc đo trực tiếp từ cảm biến MPU6050 và tốc độ góc ước lượng thông qua bộ quan sát Luenberger. Phương pháp đề xuất cho phép giảm nhiễu và cải thiện tính ổn định của tín hiệu góc, giúp tăng chất lượng điều khiển trong hệ LQR cho UAV bốn cánh (Quadrotor). Kết quả mô phỏng và thử nghiệm cho thấy tín hiệu ước lượng từ bộ quan sát có dạng mượt hơn, phản ánh đúng xu hướng động học thực, đồng thời giảm đáng kể sai số tức thời.
Tài liệu tham khảo
[1]. Mahony, R., Hamel, T., & Pflimlin, J. M. (2008). Nonlinear complementary filters on the special orthogonal group. IEEE Transactions on Automatic Control, 53(5), 1203-1218.
[2]. Bouabdallah, S., Noth, A., & Siegwart, R. (2004). PID vs LQ control techniques applied to an indoor micro quadrotor. In Proceedings of the 2004 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) (Vol. 3, pp. 2451-2456).
[3]. Hoffmann, G., Huang, H., Waslander, S., & Tomlin, C. (2007). Quadrotor helicopter flight dynamics and control: Theory and experiment. In AIAA Guidance, Navigation, and Control Conference (pp. 1-14).
[4]. Madani, T., & Benallegue, A. (2006). Backstepping control for a quadrotor helicopter. In Proceedings of the IEEE/ RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS) (pp. 2247-2252).
[5]. Mellinger, D., & Kumar, V. (2011). Minimum snap trajectory generation and control for quadrotors. In IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) (pp. 2520- 2525).
[6]. Yun, X., & Bachmann, E. (2006). Design, implementation, and experimental results of a quaternion-based Kalman filter. IEEE Transactions on Robotics, 22(3), 1216-1227.
[7]. Chnib, E., Bsiri, M. A., & Ksouri, M. (2023). LMI-based H∞ observer design for a quadcopter model. IFAC- PapersOnLine, 56(2), 451-456.
[8]. Allende-Peña, J. M., Guerrero-Ibáñez, J. A., & García-Rodríguez, A. (2021). Control and signal filtering system for a quadcopter using MPU6050 IMU. Ingeniería Investigación y Tecnología, 22(2), 195-202.
[9]. Van Goor, P., Hamel, T., & Mahony, R. (2023). Synchronous observer design for inertial navigation systems with almost global convergence. Retrieved from https://arxiv.org/abs/2311.02234
[10]. Hashim, H. A. (2022). Exponentially stable observer-based controller for VTOL-UAVs without velocity measurements. Retrieved from https:// arxiv.org/abs/2205.07159
