Luận án Hệ thống điều khiển robot tự hành qua mạng trong môi trường công nghiệp

�
−1|𝑩|�̃�𝑇(𝑡)) − 2𝑇𝑟 (�̃�𝑇(𝑡)𝚪𝟐
−1𝝇(𝑡)) 
(3.95) 
91 
 Sử dụng thuộc tính của hàm Trace, 𝑇𝑟(𝑏𝑎𝑇) = 𝑎𝑇𝑏 ∀𝑎, 𝑏 ∈ ℝ𝑛, phương 
trình (3.95) có thể viết lại như sau: 
�̇�(𝑡) = −�̅�𝑇(𝑡)𝑸�̅�(𝑡) − �̅�𝑇(𝑡 − 𝜏)�̅��̅�(𝑡 − 𝜏)
− 𝑇𝑟 ((𝝈(𝑡) + 𝛔(𝑡 − 𝜏))𝚪𝟏
−1|𝑩|(𝝈(𝑡) + 𝛔(𝑡 − 𝜏))
𝑇
)
− 𝑇𝑟 ((𝝇(𝑡) + 𝝇(𝑡 − 𝜏))
𝑇
𝚪𝟐
−1(𝝇(𝑡) + 𝝇(𝑡 − 𝜏)))
+ 2𝑇𝑟 (𝒁(𝑡)�̅�𝑇(𝑡)𝑷𝑩�̃�𝑇(𝑡)) + 2𝑇𝑟 (𝚫𝒖(𝑡)�̅�𝑇(𝑡)𝑷𝑩𝒎�̃�(𝑡))
− 2𝑇𝑟 (𝝈(𝑡)𝚪𝟏
−1|𝑩|�̃�𝑇(𝑡)) − 2𝑇𝑟 (�̃�𝑇(𝑡)𝚪𝟐
−1𝝇(𝑡)) 
(3.96) 
 Thay phương trình cập nhật của ma trận thông số độ lợi (3.83) vào phương 
trình (3.96), ta được: 
�̇�(𝑡) = −�̅�𝑇(𝑡)𝑸�̅�(𝑡) − �̅�𝑇(𝑡 − 𝜏)�̅��̅�(𝑡 − 𝜏)
− 𝑇𝑟 ((𝝈(𝑡) + 𝛔(𝑡 − 𝜏))𝚪𝟏
−1|𝑩|(𝝈(𝑡) + 𝛔(𝑡 − 𝜏))
𝑇
)
− 𝑇𝑟 ((𝝇(𝑡) + 𝝇(𝑡 − 𝜏))
𝑇
𝚪𝟐
−1(𝝇(𝑡) + 𝝇(𝑡 − 𝜏)))
+ 2𝑇𝑟 (𝒁(𝑡)�̅�𝑇(𝑡)𝑷𝑩�̃�𝑇(𝑡)) + 2𝑇𝑟 (𝚫𝒖(𝑡)�̅�𝑇(𝑡)𝑷𝑩𝒎�̃�(𝑡))
− 2𝑇𝑟 (𝒁(𝑡)�̅�𝑇(𝑡)𝑷𝑠𝑖𝑔𝑛(𝑩)𝚪𝟏𝚪𝟏
−1|𝑩|�̃�𝑇(𝑡))
− 2𝑇𝑟 (�̃�𝑇(𝑡)𝚪𝟐
−1𝚪𝟐𝑩𝒎
𝑇 𝑷�̅�(𝑡)𝚫𝒖𝑇(𝑡)) 
(3.97) 
�̇�(𝑡) = −�̅�𝑇(𝑡)𝑸�̅�(𝑡) − �̅�𝑇(𝑡 − 𝜏)�̅��̅�(𝑡 − 𝜏)
− 𝑇𝑟 ((𝝈(𝑡) + 𝛔(𝑡 − 𝜏))𝚪𝟏
−1|𝑩|(𝝈(𝑡) + 𝛔(𝑡 − 𝜏))
𝑇
)
− 𝑇𝑟 ((𝝇(𝑡) + 𝝇(𝑡 − 𝜏))
𝑇
𝚪𝟐
−1(𝝇(𝑡) + 𝝇(𝑡 − 𝜏))) 
(3.98) 
 Có thể thấy rằng từ phương trình (3.98), �̇�(𝑡) ≤ 0, từ đó kết luận sai số đáp 
ứng �̅� ∈ ℒ∞, các ma trận thông số độ lợi �̃�, 𝝈, �̃�, 𝝇 ∈ ℒ∞. Vì 𝝈, 𝝇 ∈ ℒ∞ nên từ 
phương trình (3.83) có thể suy ra rằng 𝒁(𝑡), 𝚫𝒖(𝑡) ∈ ℒ∞. Sai số đáp ứng đã 
chứng minh bị chặn �̅� ∈ ℒ∞ nên từ phương trình (3.78) có thể suy ra 𝒆, 𝒛𝒂 ∈ ℒ∞. 
Xét phương trình (3.87), có các thông số độ lợi �̃�, 𝝈, �̃�, 𝝇 ∈ ℒ∞ nên có thể suy ra 
92 
�̃�, �̃� ∈ ℒ∞. Phương trình sai số đáp ứng (3.85) có các đại lượng �̅�, �̃�, 𝒁, �̃�, 𝚫𝒖 đã 
được chứng minh bị chặn, do đó suy ra �̇̅� ∈ ℒ∞. Từ quan hệ giữa �̅� và 𝒆 ở 
phương trình (3.78), có thể suy ra �̇� ∈ ℒ∞. Vì 𝒆, �̇� ∈ ℒ∞ nên theo hệ quả của bổ 
đề Barbalat có thể kết luận rằng 𝒆 → 0 khi 𝑡 → ∞ hay nói cách khác 𝒛 → 𝒛𝒎 khi 
hệ thống ở giai đoạn xác lập, vì 𝒛𝒎 được thiết kế để bám theo 𝒛𝒅 với sai số xác 
lập nhỏ. Do đó, 𝒛 → 𝒛𝒅 khi hệ thống ở giai đoạn xác lập. 
3.5. Kết luận chương 3 
Trong chương này tác giả đã trình bày việc thiết kế bộ điều khiển động học 
bám theo quỹ đạo mong muốn bằng phương pháp ổn định Lyapunov cho robot 
tự hành (tiểu mục 3.1). Bộ điều khiển động học tính toán vận tốc tịnh tiến và vận 
tốc góc yêu cầu cho robot tự hành để đảm bảo nó di chuyển qua quỹ đạo mong 
muốn. Khác với nhiều công bố trước đây, vận tốc tịnh tiến và vận tốc góc của 
robot tự hành không dùng để tính vận tốc quay của hai bánh xe của robot tự 
hành, trong nội dung luận án này, tác giả xem xét mô hình động lực học trong 
quá trình thiết kế bộ điều khiển. Theo đó, vận tốc tịnh tiến và vận tốc góc yêu 
cầu cho robot tự hành được định nghĩa thành tín hiệu đầu vào mong muốn của 
bộ điều khiển động lực học để tìm tín hiệu điều khiển là điện áp đặt vào mạch 
điện phần ứng của hai động cơ. Thuật toán áp dụng cho bộ điều khiển động lực 
học là thích nghi theo hệ thống tham chiếu của mô hình ổn định. Ý tưởng của 
thuật toán này là điều khiển đặc tính động lực học của robot tự hành bám theo 
đặc tính động lực học của hệ thống tham chiếu nhờ vào các thông số độ lợi có 
khả năng cập nhật theo thời gian và tín hiệu điều khiển hồi tiếp trạng thái. Trên 
cơ sở đó, tác giả đã đề xuất một hệ thống tham chiếu có khả năng bám theo tín 
hiệu đầu vào mong muốn thay đổi theo thời gian và có thời gian trễ, được trình 
bày trong tiểu mục 3.2. Hệ thống tham chiếu đề xuất đã cho thấy khả năng bám 
theo tín hiệu đầu vào mong muốn là hàm nấc và hàm sin, với sai số xác lập nhỏ 
hơn so với trường hợp của hệ thống tham chiếu truyền thống. Dựa trên hệ thống 
tham chiếu đề xuất, tác giả đã thiết kế bộ điều khiển thích nghi cho hệ thống đơn 
giản với một ngõ vào – một ngõ ra (tiểu mục 3.3), có 3 đặc điểm mới so với bộ 
93 
điều khiển thích nghi truyền thống. Một là, thông số độ lợi 𝑘𝛼 để xử lí đại lượng 
liên quan đến đạo hàm của tín hiệu đầu vào mong muốn giúp đáp ứng của hệ 
thống phản ứng nhạy với tốc độ biến thiên của tín hiệu đầu vào mong muốn. Hai 
là, biến trạng thái hồi tiếp 𝑟(𝑡 − 𝜏) + ∫ �̇�(𝑡 + 𝜂)𝑑𝜂
0
−𝜏
 giúp đáp ứng của hệ thống 
phản ứng với thời gian trễ của tín hiệu đầu vào. Ba là, thông số độ lợi 𝛼 xử lí 
khoảng chênh lệch giá trị giữa tín hiệu điều khiển hiện tại 𝑢(𝑡) và tín hiệu điều 
khiển trễ 𝑢(𝑡 − 𝜏) nhằm đưa tín hiệu điều khiển về dạng chính tắc sử dụng hồi 
tiếp trạng thái. Kết quả mô phỏng cho thấy, đáp ứng của hệ thống một ngõ vào – 
một ngõ ra dưới sự kiểm soát của bộ điều khiển truyền thống không thể bám 
theo tín hiệu đầu vào mong muốn. Trong khi đó, dưới sự kiểm soát của bộ điều 
khiển đề xuất, đáp ứng của hệ thống có khả năng bám theo tín hiệu đầu vào 
mong muốn hàm sin, với thời gian trễ 𝜏 = 0.05 giây. Giá trị thời gian trễ này 
được chọn tiêu biểu, thực tế tác giả cũng đã khảo sát hiệu quả của bộ điều khiển 
đề xuất với thời gian trễ lớn hơn 0.05 giây, kết quả cho thấy đáp ứng của hệ 
thống vẫn bám theo tín hiệu đầu vào mong muốn với sai số xác lập nhỏ. Tuy 
nhiên, nhằm đơn giản, ngắn gọn nội dung trình bày của bước thiết kế trên hệ 
thống đơn giản, tác giả đã không nêu những kết quả mô phỏng này trong nội 
dung. Ảnh hưởng của các giá trị thời gian trễ khác nhau đến hiệu quả của bộ 
điều khiển đề xuất cho robot tự hành (đã trình bày ở tiểu mục 3.4) sẽ được thảo 
luận chi tiết ở chương tiếp theo. 
94 
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ 
Trong chương này, tác giả trình bày những nội dung như sau: 
- Mô tả cấu hình điều khiển robot tự hành, cấu trúc của robot tự hành và 
cấu trúc trao đổi dữ liệu qua mạng. 
- Mô phỏng bộ điều khiển bám theo quỹ đạo đã đề xuất cho robot tự 
hành để đánh giá tính hiệu quả của bộ điều khiển trước tác động xấu 
của thời gian trễ. 
- Thực nghiệm điều khiển robot tự hành ảo với bộ điều khiển đề xuất 
qua mạng internet với giao thức MQTT. 
4.1. Cấu trúc hệ thống 
4.1.1. Cấu hình điều khiển qua mạng 
Với hệ thống sử dụng nhiều robot tự hành phục vụ cho việc vận chuyển trong 
nhà xưởng/kho, có hai dạng cấu hình điều khiển robot tự hành qua mạng: 
• Một là, cấu hình điều khiển phân tầng nhiệm vụ, với bộ điều khiển 
trung tâm thực hiện nhiệm vụ điều khiển cấp cao nhằm hoạch định quỹ 
đạo và tối ưu hóa đường đi cho từng robot tự hành; mỗi robot tự hành 
được trang bị một bộ điều khiển hiện trường để phục vụ cho việc bám 
theo quỹ đạo và xử lí thông tin yêu cầu từ bộ điều khiển trung tâm. Ưu 
điểm của cấu hình điều khiển này là giảm bớt khối lượng tính toán cho 
bộ điều khiển trung tâm, tuy nhiên nó gây khó khăn trong việc nâng 
cấp phần mềm điều khiển, vì phải nâng cấp cho từng robot tự hành. 
• Hai là, cấu hình điều khiển trực tiếp, với bộ điều khiển trung tâm thực 
hiện cả nhiệm vụ hoạch định quỹ đạo và điều khiển bám theo quỹ đạo 
cho robot tự hành. Tín hiệu điều khiển từ bộ điều khiển trung tâm gửi 
qua mạng đến robot tự hành thông qua bộ điều khiển cấp thấp. Bộ điều 
khiển cấp thấp thực thi giá trị điều khiển với cơ cấu chấp hành, đồng 
thời đọc tín hiệu từ cảm biến và gửi đến bộ điều khiển trung tâm. Ưu 
điểm của cấu hình điều khiển này là đơn giản hóa bộ điều khiển hiện 
95 
trường giúp giảm chi phí đầu tư cho robot tự hành, cho phép nâng cấp 
phần mềm điều khiển dễ dàng vì nó tập trung ở tầng điều khiển cấp 
cao. 
Cả hai dạng cấu hình điều khiển này đều tồn tại vấn đề thời gian trễ trên 
đường truyền mạng do cơ chế đảm bảo tính tin cậy của dữ liệu và tắc nghẽn 
mạng (được trình bày ở tiểu mục 4.1.3). Trong nội dung nghiên cứu của luận án 
này, tác giả chọn cấu hình điều khiển trực tiếp như mô tả ở Hình 4.1. 
Hình 4.1 Sơ đồ cấu hình điều khiển giữa bộ điều khiển trung tâm và robot tự hành qua 
mạng internet 
Bộ điều khiển trung tâm nhận giá trị đo được từ cảm biến được gửi từ bộ điều 
khiển cấp thấp của robot tự hành thông qua mạng. Bộ điều khiển động học tính 
toán vận tốc tịnh tiến và vận tốc góc yêu cầu cho bộ điều khiển động lực học. 
Dựa trên thuật toán thích nghi nhằm giảm tác động xấu của thời gian trễ và các 
thông số mô hình không thể đo chính xác, bộ điều khiển động lực học tạo ra tín 
hiệu điều khiển là điện áp cần thiết đặt vào phần điện phần ứng của động cơ. 
Các tín hiệu điều khiển đến cơ cấu chấp hành và giá trị đo từ cảm biến đều được 
gửi qua mạng internet đến bộ điều khiển tương ứng. 
4.1.2. Cấu trúc robot tự hành 
Robot tự hành được sử dụng trong nội dung nghiên cứu của luận án này được 
phát triển dựa trên phần kết cấu cơ khí của robot tự hành thương mại cho lĩnh 
vực giáo dục Pioneer 3DX (Hình 4.2). Kết cấu cơ khí của robot tự hành Pioneer 
96 
3DX bao gồm: thân robot dạng hình tròn với mạch điều khiển và nguồn pin 
được bố trí bên trong. Bên ngoài thân robot được bố trí các cảm biến siêu âm ở 
mặt trước giúp robot phát hiện vật cản. Robot di chuyển với hai bánh xe truyền 
động lắp tại trục đi qua tâm hình học của thân robot, và một bánh xe đa hướng 
dẫn động được lắp trên trục dọc theo phía sau thân robot. Bánh xe truyền động 
có đường kính là 𝑑 = 195𝑚𝑚 với vỏ cao su, được lắp vào trục giảm tốc của 
động cơ Pitman 24VDC tốc độ tối đa 1800rpm. Hộp giảm tốc của động cơ có tỉ 
số truyền 38.3 và encoder của động cơ có độ phân giải 500ppr được lắp sau đuôi 
của động cơ. 
Hình 4.2 Robot tự hành Pioneer 3DX 
Số xung encoder thu được với một vòng quay của bánh xe là 38.3 x 500 = 
19150 xung. Khối lượng robot khi trang bị đầy đủ thiết bị là 9kg. Khả năng kéo 
tải trọng 17kg. Vì robot có dạng hai bánh chuyển động vi sai nên bán kính góc 
cong là 0 cm. Để phục vụ cho các ứng dụng khác nhau, mặt trên thân robot có 
thể lắp đặt các cơ cấu chấp hành như tay máy hoặc cảm biến laser scanner. 
Kích thước của thân robot được mô tả như hình bên dưới: 
Hình 4.3 Kích thước robot tự hành Pioneer 3DX 
97 
Robot tự hành Pioneer 3DX có kích thước nhỏ gọn phù hợp không gian thực 
nghiệm của phòng thí nghiệm, có khả năng di chuyển linh hoạt với bán kính 
cong nhỏ của quỹ đạo, ma sát bánh xe với mặt sàn tốt hơn giúp giảm sai số vị trí 
do trượt. 
4.1.3. Cấu trúc trao đổi dữ liệu qua mạng 
Cấu trúc trao đổi dữ liệu giữa bộ điều khiển trung tâm và robot tự hành qua 
mạng internet sử dụng trong nội dung nghiên cứu của luận án này được mô tả 
như Hình 4.4. 
Hình 4.4 Cấu trúc trao đổi dữ liệu qua mạng giữa bộ điều khiển trung tâm và robot tự 
hành 
Bộ điều khiển trung tâm được xây dựng thành một phần mềm điều khiển và 
giao diện, chạy trên máy tính hệ điều hành Windows. Phần mềm được viết bằng 
ngôn ngữ Python, trên môi trường phát triển PyCharm phiên bản Community. 
Để truyền dữ liệu qua mạng internet, phần mềm sử dụng giao thức truyền thông 
điệp theo cơ chế máy chủ/thuê bao (MQTT) dựa trên mô hình TCP/IP. Mô hình 
TCP/IP là một bộ giao thức truyền thông được lấy tên từ hai giao thức chính của 
nó là giao thức điều khiển vận chuyển dữ liệu (TCP) và giao thức liên mạng 
(IP). Mô hình này thực hiện trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị qua 04 tầng: Tầng 
ứng dụng, tầng giao vận, tầng mạng và tầng vật lí. Mỗi tầng sử dụng giao thức 
98 
riêng để thực hiện nhiệm vụ truyền dữ liệu của nó, từ đó hình thành nên bộ giao 
thức của mô hình TCP/IP. 
Trong đó, tầng ứng dụng đảm nhận vai trò trao đổi dữ liệu người dùng giữa 
hai thiết bị khác nhau thông qua các giao thức trao đổi dữ liệu khác nhau. Các 
giao thức được sử dụng phổ biến trong tầng ứng dụng là: giao thức truyền tải 
siêu văn bản (HTTP) – được dùng để trao đổi dữ liệu không an toàn giữa trình 
duyệt và máy chủ, giao thức truyền tải siêu văn bản bảo mật (HTTPS) – được 
dùng để trao đổi dữ liệu an toàn giữa trình duyệt và máy chủ, và giao thức 
truyền tải tập tin (FTP). Trong nội dung nghiên cứu này, tác giả sử dụng giao 
thức truyền thông điệp theo cơ chế máy chủ/thuê bao (MQTT). Giao thức 
MQTT thường được sử dụng cho các thiết bị internet vạn vật vì khối lượng xử lí 
ít, tăng khả năng mở rộng và băng thông thấp, cho phép các thiết bị trao đổi dữ 
liệu ngang hàng thông qua thành phần trung tâm được gọi là máy chủ môi giới 
(Broker). Máy chủ môi giới có thể được tạo ra bởi chính người sử dụng hoặc sử 
dụng thông qua các dịch vụ miễn phí. Trong nghiên cứu này, tác giả sử dụng 
máy chủ môi giới được cung cấp miễn phí tại địa chỉ: 
“broker.mqttdashboard.com”. Các thiết bị trao đổi thông tin qua giao thức 
MQTT đều được gọi là thuê bao, trao đổi dữ liệu thông qua hình thức đăng 
ký/xuất bản các chủ đề. Với mỗi thông tin của dữ liệu được nhận dạng thông qua 
một chủ đề, các thiết bị gửi dữ liệu xuất bản nội dung của chủ đề đến máy chủ 
môi giới, trong khi các thiết bị nhận dữ liệu tương ứng đăng ký nhận nội dung 
của chủ đề từ máy chủ môi giới. Cơ chế này cho phép, nhiều thiết bị cùng gửi 
hoặc cùng nhận một thông tin dữ liệu. Trong cấu hình điều khiển robot tự hành 
qua mạng, bộ điều khiển trung tâm gửi đến robot tự hành 02 thông tin là điện áp 
đặt vào mạch điện phần ứng của động cơ trái/phải (𝑉𝑎
𝑙 , 𝑉𝑎
𝑟). Tác giả đặt tên cho 
02 chủ đề thông tin này lần lượt là “ncsntt/command_v_a_l” và 
“ncsntt/command_v_a_r”. Đồng thời, bộ điều khiển trung tâm nhận 05 thông tin 
từ robot tự hành là vị trí 𝑥𝑐 , 𝑦𝑐 , 𝜃 và vận tốc 𝑣, 𝜔. Tác giả đặt tên cho 05 chủ đề 
99 
thông tin này lần lượt là “ncsntt/xc”, “ncsntt/yc”, “ncsntt/theta”, “ncsntt/v” và 
“ncsntt/omega”. 
Tầng giao vận đảm nhận vai trò xử lí luồng dữ liệu đi/đến tầng ứng dụng 
bằng cách phân đoạn dữ liệu với kích thước nhỏ hơn 64kilobyte. Cấu trúc mỗi 
đoạn gồm dữ liệu và mã đoạn – chứa thông tin điều khiển định tuyến dữ liệu. 
Tầng giao vận sử dụng hai giao thức cốt lõi là: Giao thức điều khiển vận chuyển 
dữ liệu (TCP), và giao thức dữ liệu người dùng (UDP). Giao thức TCP có khả 
năng đảm bảo chất lượng gói tin bằng cách: Gửi thông tin xác nhận khi đã nhận 
đủ gói tin, hoặc yêu cầu gửi lại gói tin bị thiếu đến thiết bị gửi. Tuy nhiên, giao 
thức TCP tiêu tốn thời gian để kiểm tra đầy đủ thông tin, từ thứ tự dữ liệu cho 
đến việc kiểm soát tắc nghẽn dữ liệu. Trong khi đó, giao thức UDP cho thấy khả 
năng truyền dữ liệu với tốc độ nhanh hơn, tuy nhiên nó không đảm bảo chất 
lượng gói tin gửi đi, do không kiểm soát gói tin bị thiếu. Từ đó có thể thấy rằng, 
giao thức TCP đảm bảo độ tin cậy của thông tin, nhưng nó gây ra thời gian trễ 
trên đường truyền, do tiêu tốn thời gian kiểm soát gói tin và yêu cầu gửi lại gói 
tin. Giao thức MQTT của tầng ứng dụng được phát triển sử dụng giao thức TCP 
của tầng giao vận, do đó, việc trao đổi dữ liệu qua giao thức MQTT chịu ảnh 
hưởng một phần của thời gian trễ sinh ra do cơ chế làm việc của giao thức TCP. 
Vì vậy, trong nội dung nghiên cứu của luận án này, tác giả chỉ tập trung giải 
quyết vấn đề thời gian trễ sinh ra trên đường truyền mạng, do vấn đề mất mát 
gói tin đã được xử lí bằng giao thức TCP. 
Tầng mạng chịu trách nhiệm truyền tải các phân đoạn dữ liệu đi/đến của tầng 
giao vận, thông qua nhiều tuyến đường, các nút trung gian, từ nguồn tới đích. 
Các phân đoạn được đóng gói thành gói tin bao gồm thông tin mã gói. Các gói 
tin được gửi đi nhưng không được đảm bảo chất lượng, dẫn đến các khả năng 
như: Gói tin không còn nguyên vẹn, các gói tin đến điểm đích không theo thứ tự, 
trùng lặp gói tin hoặc mất gói tin hoàn toàn. Việc kiểm soát, sắp xếp gói tin nhận 
được, lọc bỏ mã gói thành phân đoạn được kiểm soát bởi giao thức TCP của 
tầng giao vận. Nếu phát hiện thiếu gói tin, nó sẽ yêu cầu hệ thống gửi lại gói tin. 
100 
Các giao thức của tầng mạng là giao thức liên mạng (IP), và giao thức điều 
khiển truyền tin trên mạng (ICMP). Trong đó, giao thức liên mạng IP được sử 
dụng phổ biến nhất, hiện tại là phiên bản 4 (Ipv4). 
Tầng vật lí ám chỉ các thiết bị phần cứng kết nối với nhau trong cùng mạng 
(internet, mạng nội bộ), chịu trách nhiệm truyền dữ liệu giữa các thiết bị dưới 
dạng các khung dữ liệu, được đóng gói từ gói tin và mã khung. Các giao thức 
phổ biến trong tầng vật lí là giao thức kết nối điểm-điểm (PPP), giao thức kết 
nối điểm-điểm qua Ethernet (PPPoE), và giao thức IEEE 802.2. 
4.2. Thiết lập mô phỏng 
Để đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển đề xuất cho robot tự hành, tác giả đã 
tiến hành mô phỏng thuật toán trên phần mềm MATLAB với công cụ script, các 
thông số sử dụng trong mô phỏng được trình bày ở bảng sau: 
Bảng 4.1 Thông số vật lí trong mô phỏng 
Đại lượng Giá trị Đơn vị 
Thời gian lấy mẫu (ℎ) 0.001 Giây 
Thời gian trễ (𝜏) 0 – 0.1 Giây 
Thời gian mô phỏng 80 Giây 
Bán kính bánh xe (𝑟𝑤) 97.5 mm 
Khoảng cách giữa hai bánh xe (𝑊) 332.84 mm 
Khối lượng robot 9 kg 
Mô-men quán tính của robot (𝐼) 0.2641 kg.m2 
Mô-men quán tính tổng hợp của bánh xe và động cơ 
(𝑛2𝐽𝑚 + 𝐽𝑤) 
1.41 kg.m2 
Hằng số vận tốc của động cơ (
𝑘𝑚𝑛
𝑅𝑎
) 10.47 N.m/V 
Ngoài ra, ma trận thông số của hệ thống tham chiếu của mô hình ổn định 
được thiết kế cùng bậc với hệ thống của robot tự hành được cho giá trị như sau: 
𝑨𝒎 = [
−10 0
0 −10
] , 𝑩𝒎 = [
10 0
0 10
] (4.1) 
101 
 Ma trận hằng số dương quyết định tốc độ cập nhật của thông số độ lợi được 
cho giá trị như sau: 
𝚪𝟏 = 𝚪𝟐 = [
250 150
1 150
] (4.2) 
 Ma trận đối xứng dương 𝑃 được cho giá trị: 
𝑃 = 𝑑𝑖𝑎𝑔([0.1 0.1]) (4.3) 
 Các hằng số của bộ điều khiển động học được chọn như sau: 
𝑘1 = 1, 𝑘2 = 2, 𝑘3 = 2 (4.4) 
Tất cả giá trị ban đầu tại thời điểm 𝑡 = 0 của các biến trạng thái, thông số độ 
lợi của bộ điều khiển đề xuất đều được cho bằng 0. 
Các bước mô phỏng được mô tả như bảng sau đây: 
Bảng 4.2 Qui trình thực hiện mô phỏng bộ điều khiển đề xuất cho robot tự hành 
Bước 1: Tạo quỹ đạo mong muốn bằng robot ảo sử dụng phương trình (3.1). 
Bước 2: Mô phỏng đáp ứng của hệ thống động lực học với phương trình 
(2.26). 
Bước 3: Sử dụng đáp ứng của hệ thống động lực học cho hệ thống động học 
với phương trình (2.1). 
Bước 4: Tính sai số vị trí theo phương trình (3.3). 
Bước 5: Xác định tín hiệu điều khiển của bộ điều khiển động học theo phương 
trình (3.18). 
Bước 6: Thành lập tín hiệu đầu vào mong muốn cho bộ điều khiển động lực 
học theo phương trình (3.63). 
Bước 7: Tính đáp ứng của hệ thống tham chiếu (3.64). 
Bước 8: Tính sai số động lực học theo phương trình (3.68). 
102 
Bước 9: Tính đáp ứng của hệ thống phụ trợ với phương trình (3.77) 
Bước 10: Tính sai số động lực học mới theo hệ thống phụ trợ với phương trình 
(3.78). 
Bước 11: Cập nhật thông số độ lợi theo phương trình (3.83) 
Bước 12: Tính giá trị điều khiển của bộ điều khiển động lực học với phương 
trình (3.82). 
Bước 13: Xác định chênh lệch giữa tín hiệu điều khiển hiện tại và tín hiệu điều 
khiển trễ trong quá khứ bằng phương trình (3.75). 
→Lặp lại cho đến khi kết thúc thời gian mô phỏng. 
Có thể thấy rằng, các phương trình của bộ điều khiển động học và động lực 
học được thiết kế trong miền thời gian liên tục. Tuy nhiên, bộ điều khiển được 
thực thi trên thiết bị số (chẳng hạn: máy tính), do đó, tác giả đã sử dụng phương 
pháp tích phân Euler để tìm giá trị nguyên hàm cho các tín hiệu đạo hàm với 
thời gian lấy mẫu nhỏ nhất có thể (ℎ = 0.001 giây), nhằm rời rạc hóa bộ điều 
khiển trong miền liên tục. 
Khi rời rạc hóa bộ điều khiển, thời gian trễ cũng được rời rạc hóa bằng số 
nguyên lần chu kì lấy mẫu, do thời gian trễ lớn hơn nhiều lần so với thời gian 
lấy mẫu, xác định như sau: 
𝑝 = 𝑟𝑜𝑢𝑛𝑑 (
𝜏
ℎ
) (4.5) 
 Trong đó, 𝑝 ∈ ℕ là số chu kì lấy mẫu được xấp xỉ từ thời gian trễ, 𝜏 là thời 
gian trễ, ℎ là thời gian lấy mẫu và 𝑟𝑜𝑢𝑛𝑑(∎) là hàm làm tròn số nguyên. 
Quỹ đạo mong muốn cho robot tự hành được tạo ra bởi robot ảo có thông số 
như sau: 
𝜔𝑟 = 𝑘, 𝑣𝑟 = 𝜔𝑟𝑅 
𝑥𝑟 = 𝑅𝑠𝑖𝑛(𝜔𝑟𝑡), 𝑦𝑟 = −𝑅𝑐𝑜𝑠(𝜔𝑟𝑡) 
𝜃𝑟 = 𝜔𝑟𝑡 
(4.6) 
 Với 𝑘 = 0.1
𝑟𝑎𝑑
𝑠
, và 𝑅 = 1 𝑚. 
103 
4.3. Kết quả mô phỏng trên Matlab 
Để đánh giá hiệu quả của bộ điều khiển đề xuất, tác giả so sánh kết quả mô 
phỏng của