Thiết kế chế tạo mô hình vật lý trị liệu hỗ trợ cho khuỷu tay 3

Microsoft Word thuyet minh1 Mã số 201 1CK02 Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM 35 CHƯƠNG 3 MÔ HÌNH ĐỘNG HỌC VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 3 1 Mục tiêu điều khiển Như được biết, cơ nhân tạo có chứa năng co giãn như cơ thật Tuy nhiên để đạt được nhiều bài tập mong muốn theo yêu cầu của bác sỹ thì cơ nhân tạo phải được điều khiển mức độ co hoặc giãn Như trình bày trong nguyên lý làm việc, mức độ co giãn của bắp cơ phụ thuộc vào áp suất trong ống khí mà nó được điều chỉnh bởi van tỉ lệ khí nén Do đặc tí.

Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Mã số: 20/1.1CK02 CHƯƠNG 3: MƠ HÌNH ĐỘNG HỌC VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 3.1 Mục tiêu điều khiển Như biết, nhân tạo có chứa co-giãn thật Tuy nhiên để đạt nhiều tập mong muốn theo yêu cầu bác sỹ nhân tạo phải điều khiển mức độ co giãn Như trình bày nguyên lý làm việc, mức độ co giãn bắp phụ thuộc vào áp suất ống khí mà điều chỉnh van tỉ lệ khí nén Do đặc tính hệ thống phi tuyến khó xây dựng mơ hình động lực học xác khó khăn để xác định thông số làm việc áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, gia tốc, vận tốc… phương pháp điều khiển truyền thống phương pháp điều khiển dựa mơ hình khó khăn để thực Vì vậy, mục đích chương thiết kế điều khiển thông minh cho hệ thống để đạt nhiều tập mong muốn 3.2 Mơ hình động học Khi có dịng khí nén với áp suất P vào ống cơ, kết thể tích chiều dài ống bị thay đổi lượng dV dL Theo ngun lý cơng ảo ta có: dw   P  Patm  dV   FdL (3.1) P áp suất tuyệt đối, Patm áp suất khí F lực dọc trục Chiều dài đường kính ống tính sau: L  b cos b sin  D n (3.2) (3.3) với b chiều dài dây tăng cường,  góc bện vỏ bên ngồi n số vịng bện Từ phương trình (3.2 3.3), lực kéo dọc trục tính sau: F    P  Patm  dV b2   P  Patm  3cos   1  dL 4 n (3.4) Mối quan hệ chiều dài vị trí góc α tay xác định sau: L  Lo  r (3.5) với Lo chiều dài tự nhiên ống cơ, r bán kính puli Góc  là: 35 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Mã số: 20/1.1CK02 cos   Lo  R b (3.6) Lực dọc trục viết lại:  Lo  r   b2 FP (3.7) 4 n2 Ngoài ra, dựa vào lý thuyết nhiệt độnng phương trình trạng thái khí lý tưởng [35], q trình thay đổi nội khí bên ống diễn tả sau: U  c p Ts Gin  c pTGout  PV  hA T  cvTm  cv mT (3.8) Từ PV=mRT, ta có   R  mT   mT  PV  PV (3.9) Trong m  Gin  Gout , Gin Gout lưu lượng khối lượng khí vào khỏi ống cp cv nhiệt dung đẳng tích đẳng áp, R số khí, T nhiệt độ nguồn khí, h hệ số truyền nhiệt, A diện tích thành ống T độ chênh lệch nhiệt độ khí bên ống nhiệt độ mơi trường Q trình thay đổi áp suất ống tính sau: nRTs nRT nP  RhA P  Gin  Gout  V T V V V cv (3.10) Lưu lượng khối lượng khí vào khỏi ống là: P ov Gin  Ainov Ps   ; Gout  Aout P P RT s  s  Patm   P  RT ;   (3.11) ov đó: Ainov Aout tiết diện cửa van cho khí vào ra, Ps áp suất nguồn khí () hàm lưu lượng xác định bởi:  1                   ( )   1/   1       1     if  >0.528 (3.12) if   0.528 Theo [21], tiết diện cửa van phụ thuộc vào điện (v) cung cấp cho van sau: 36 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Mã số: 20/1.1CK02 Ainov  ov out A Amax u umax (3.13) A   max u umax với Amax tiết diện dòng chảy lớn van tỷ lệ, umax điện cung cung cấp lớn cho van Từ phân tích trên, phương trình thay đổi áp ống viết lại sau: nRAmax P  Vumax  P   sign(u )  sign(u ) nP RhA P  Ps   Ts  P  atm  T  u  V  T (3.14)  R 2 V cv  P   Ps   Phương trình động lực học tay trên: I  C  MgLc cos   kr  Fr (3.15) M I khối lượng mô men quán tính khối lượng bận di động với tay Lc khoảng cách khớp quay trọng tâm phận di động K độ cứng lị xo Phương trình (3.15) diễn tả dạng không gian biến trạng thái sau:  x1  x2   x2  F1 ( x1 , t ) x3  F2 ( x1 , x2 , t )  x  G ( x , t )u  G ( x , t ) 3  (3.16) đó: x1   ; x2   , x3  P 3 L  rx  F (x , t)  o 1   b2 r 4 In2  Cx2  MgLc cos x1  krx1  I  x  P  nRAmax   sign(u )  sign(u) G1 ( x3 , t )  Ps   Ts  x3  atm  T    Vumax R  2  Ps   x3   nP RhA G2 ( x3 , t )   V  T V cv F2 ( x1 , x2 , t )   Phương trình (3-16) cho thấy biến trạng thái hệ thống điều chỉnh điều khiển điện áp cung cấp cho van tỷ lệ khí nén Vì vậy, vị trí góc tay có 37 Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM Mã số: 20/1.1CK02 thể đạt vị trí mong muốn điều khiển thơng minh thiết kế phần 3.3 BỘ ĐIỀU KHIỂN Sơ đồ khối điều khiển trình bày hình 4.1  ˆT  s11  Kˆ T  s 21   s Kˆ T Hình 4.1: Sơ đồ khối điều khiển thông minh Mặt trượt định nghĩ sau: d  s    1  e  dt  (3.17) đó: e sai số vị trí mong muốn (αd) vị trí thực tay (α) 1 số trượt dương Như dược biệt, thuật tốn điều khiển trượt gồm có pha tiệm cận mặt trượt pha trượt Để đạt thời gian hội tụ nhanh cũng, luật tiệm cận thiết kế sau: s  2 s  3 sig ( s)4  (3.18) i số thiết kế với i=2, 3, Thời gian đạt tới mặt trượt: tr tr   dt   0  s (0)   s (0) 1 4  3  ds  ln   4    s   sig ( s )       2   (3.19) Để đảm bảo thời gian trượt hữu hạn: 2,3>0 and 0