การควบคุมขั้นสูงกับการขจัดการรบกวนในระบบรักษาเสถียรภาพของกิมเบล

Abstract

วิทยานิพนธ์นี้เป็นการพัฒนาระบบติดตามวัตถุด้วยภาพของอุปกรณ์การภาพซึ่งเป็นระบบกล้องที่ติดตั้งกับอากาศยาน โดยใช้ภาพวิดีโอสีจากกล้องวิดีโอ วิทยานิพนธ์นี้แบ่งออกเป็น 3 ส่วน คือการวิเคราะห์โครงสร้างกิมเบล การออกแบบระบบควบคุม และการควบคุมอุปกรณ์ทางภาพในการติดตามเป้าอัตโนมัติ ส่วนวิเคราะห์โครงสร้างกิมเบลกล่าวถึง ผลการสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นกับโครงสร้างกิมเบล และการหาแบบจำลองคณิตศาสตร์ของโครงสร้าง ส่วนที่สองเราได้ศึกษาทั้งระบบควบคุมแบบ Robust Inverse Dynamics และระบบควบคุมแบบ Sliding mode สำหรับใช้ในการควบคุมการเคลื่อนที่ระบบชั้นในหรือตัวกิมเบล และออกแบบระบบควบคุมเพื่อรักษาเสถียรภาพแบบ Indirect LOS (Line of Sight) ในการควบคุมชั้นนอก อุปกรณ์ตรวจรู้และช่วยในการรักษาเสถียรภาพจะถูกนำไปติดตั้งที่ส่วนฐานของระบบ เพื่อทำการวัดอัตราเร็วเชิงมุมและมุมที่เปลี่ยนแปลงของส่วนฐานเทียบกับแกนอ้างอิงคงที่ใดๆ ผลการทดลองแสดงให้เห็นว่าระบบควบคุมที่ออกแบบมานั้นสามารถที่จะกำจัดสัญญาณรบกวนที่มาจากภายนอก ในการทดลองนี้ระบบควบคุมแบบ Robust Inverse Dynamics สามารถควบคุมการเคลื่อนที่ได้ดีกว่าระบบควบคุมแบบ Sliding mode อยู่เล็กน้อยเนื่องจากการชดเชยเทอมที่ไม่เชิงเส้นของระบบควบคุมแบบ Robust Inverse Dynamics นั้นมีประสิทธิภาพดีกว่าการปรับค่าตัวแปรของระบบควบคุมแบบ Sliding mode ส่วนสุดท้ายการติดตามวัตถุด้วยภาพ เราใช้ทฤษฎี Camshift algorithm ในการติดตามวัตถุ ซึ่งวิธีนี้มีจุดเด่นคือสามารถติดตามตำแหน่งวัตถุที่มีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างที่ปรากฏบนภาพได้ โดยข้อมูลภาพที่ได้จากกล้องสามารถนำมาคำนวณหาตำแหน่งวัตถุในภาพ และแปลงเป็นคำสั่งสำหรับควบคุม โดยส่งไปยังส่วนควบคุมแบบป้อนกลับเพื่อควบคุมการเคลื่อนที่ของอุปกรณ์การภาพให้เคลื่อนที่ติดตามวัตถุได้ ทั้งยังควบคุมตำแหน่งวัตถุเป้าหมายในภาพให้อยู่บริเวณกลางภาพ ในงานวิทยานิพนธ์นี้ได้ทำการทดสอบแบบต่างๆ เพื่อยืนยันประสิทธิภาพการติดตามวัตถุด้วยภาพโดยที่วัตถุเป้าหมายมีการเปลี่ยนแปลงขนาดและรูปร่าง การถูกบดบังบางส่วน และการติดตามวัตถุในขณะที่ระบบกล้องมีการเคลื่อนที่ด้วย