LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA

Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật điều khiển và tự động hóaTên đề tài: Nghiên cứu thuật toán mờ điều khiển hệ thống khớp mềm dẻo. Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật tự động hóa. luân văn đầy đủ nghiên cứu thuật toán mờ điều khiển hệ thống khớp mềm dẻo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM - oOo NGUYỄN VĂN QUÝ NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN MỜ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHỚP MỀM DẺO LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HCM - 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM - oOo NGUYỄN VĂN QUÝ NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN MỜ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHỚP MỀM DẺO CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ MÃ SỐ: 8520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN HỮU CHÂN THÀNH TP HCM – 2021 i LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Hữu Chân Thành, người tận tình hướng dẫn, thảo luận đề tài nghiên cứu cung cấp tài liệu cho thực luận văn Bên cạnh tơi xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Điện-Điện tử Viễn thông, quý thầy cô giảng dạy môn học nâng cao bậc cao học… quý thầy cô định hướng hỗ trợ số phần quan trọng cho việc học tập, nghiên cứu phát triển đề tài Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn quan tâm, hỗ trợ, tạo điều kiện động viên vật chất lẫn tinh thần thành viên gia đình suốt thời gian qua, giúp tơi hồn thành khóa học Do thời gian kiến thức nhiều hạn chế nên luận văn tránh khỏi thiếu sót Tơi mong nhận đóng góp ý kiến từ quý thầy cô bạn để luận văn tơi hồn thiện Tp.HCM, ngày …… tháng …… năm 2021 Người thực Nguyễn Văn Quý ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN MỜ ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG KHỚP MỀM DẺO TS Nguyễn Hữu Chân Thành hướng dẫn cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Văn Quý iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu đề tài Giới thiệu đối tượng phương pháp nghiên cứu .2 Cơ sở thực tiễn đề tài Bố cục luận văn Nội dung công việc thực CHƯƠNG 1: MƠ HÌNH TỐN HỆ THỐNG KHỚP MỀM DẺO VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN MỜ .5 1.1 Tổng quan 1.2 Các công trình nghiên cứu liên quan: .5 1.2.1 Các cơng trình nghiên cứu nước 1.2.2 Các báo nghiên cứu nước ngồi có liên quan 1.3 Cấu tạo hệ khớp mềm dẻo 1.4 Nguyên lý hoạt động hệ khớp mềm dẻo 1.5 Mơ hình tốn hệ thống khớp mềm dẻo 1.6 Lý thuyết điều khiển mờ .15 1.6.1 Khái niệm 16 1.6.2 Định nghĩa tập mờ 16 1.6.3 Các thuật ngữ logic mờ 17 1.6.4 Biến ngôn ngữ 18 1.6.5 Các phép toán tập mờ .20 1.6.6 Luật hợp thành .20 1.6.7 Giải mờ 22 iv 1.6.8 Mô hình mờ Tagaki-Sugeno 25 1.6.9 Bộ điều khiển mờ 26 CHƯƠNG 2: MÔ PHỎNG MATLAB – SIMULINK 30 2.1 Tổng quan .30 2.2 Mơ điều khiển vịng hở hệ FJS 32 2.3 Mô điều khiển vịng kín dùng điều khiển PID cho hệ FJS 34 2.4 Mô điều khiển vịng kín Fuzzy hệ FJS .36 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THI CÔNG MÔ HÌNH THỰC HỆ FJS 39 3.1 Giới thiệu .39 3.2 Thiết kế phần cứng hệ FJS 40 3.2.1 Board điều khiển Arduino Uno 40 3.2.2 Biến gia tốc Accelerator Sensor 42 3.2.3 Module Arduino Shield 44 3.2.4 Thiết kế khí 46 3.2.5 Mơ hình thi công thực tế 47 3.3 Thiết kế chương trình điều khiển 48 3.3.1 Giới thiệu khối chức điều khiển .48 3.3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống 49 3.3.3 Kết thực nghiệm điều khiển mờ hệ FJS 50 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 53 Kết luận 53 a Những điểm đạt 53 b Những điểm hạn chế .53 Hướng phát triển .53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 PHỤ LỤC .56 v BẢNG CHỮ VIẾT TẮT FJS Flexible Joint System Hệ thống khớp mềm dẻo PID Proportional Integral Tỷ lệ - Tích phân – Vi phân Derivative vi DANH MỤC HÌNH Hình 1 Hệ khớp mềm dẻo FJS (Flexible Joint System) .7 Hình Khớp mềm dẻo Hình Motor DC hộp số .8 Hình Hệ FJS hệ trục toạ độ Descarte 10 Hình Quy đổi lò xo lò xo tương đương với độ cứng Kstiff 12 Hình Miền tin cậy 17 Hình Các dạng hàm thuộc 18 Hình Biến ngơn ngữ mờ 19 Hình Phương pháp cực đại 23 Hình 10 Sơ đồ khối điều khiển mờ 27 Hình 11 Nguyên lý điều khiển mờ Error! Bookmark not defined Hình Sơ đồ simulink hệ hở FJS .31 Hình 2 Sơ đồ mơ hệ hở FJS 32 Hình Dạng sóng ngõ theta alpha hệ hở FJS 33 Hình Sơ đồ mơ điều khiển vịng kín PID hệ FJS 34 Hình Dạng sóng ngõ theta alpha điều khiển vịng kín PID hệ FJS 35 Hình Sơ đồ mơ điều khiển vịng kín Fuzzy hệ FJS 36 vii Hình Dạng sóng biến ngõ theta alpha điều khiển vòng kín Fuzzy hệ FJS 37 Hình Sơ đồ khối hệ FJS 39 Hình Board xử lý Arduino Uno .42 Hình 3 Module đo gia tốc sơ đồ nguyên lý 43 Hình Sơ đồ thiết kế mạch in PCB module Arduino Shield 45 Hình Module Arduino Shield lắp linh kiện hồn chỉnh .45 Hình Sensor gia tốc nhôm ray làm cánh tay đòn liên kết với khớp mềm dẻo 46 Hình Kết cấu khớp mềm dẻo 46 Hình Motor DC tích hợp hộp số giảm tốc encoder 47 Hình Mơ hình thi cơng hệ FJS .48 Hình 10 Vị trí rotor bám theo setpoint hiển thị PC tiện ích Serial Plotter Arduino IDE 50 Hình 11 Rotor xoay dao động đầu tip bị triệt 51 viii DANH MỤC BẢNG Bảng Thông số vật lý hệ FJS 30 Bảng Thông số kỹ thuật chi tiết Board Arduino Uno 41 60 float max_N3=0,max_N2=0,max_N1=0,max_Zero=0,max_P1=0,max_P2=0,max_P3=0; float maxtrix[5][5]={{0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0},{0,0,0,0,0}}; float temp_er_pos[5]={am_nhieu_er_pos(er_pos),am_er_pos(er_pos),zero_er_pos(er_pos), duong_er_pos(er_pos),duong_nhieu_er_pos(er_pos)}; float temp_der_pos[5]={am_nhieu_der_pos(der_pos),am_der_pos(der_pos),zero_der_pos(d er_pos),duong_der_pos(der_pos),duong_nhieu_der_pos(der_pos)}; //lap bang ma tran MIN //Serial.println(temp_er_pos[0]);Serial.println(temp_er_pos[1]);Serial.println(temp_er _pos[2]);Serial.println(temp_er_pos[3]);Serial.println(temp_er_pos[4]); //Serial.println(temp_der_pos[0]);Serial.println(temp_der_pos[1]);Serial.println(temp_ der_pos[2]);Serial.println(temp_der_pos[3]);Serial.println(temp_der_pos[4]); for(int j=0;j