Luận văn thiết kế bộ điều khiển bám cho agv dùng kĩ thuật tuyến tính hồi tiếp

EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP HCM VŨ THỊ GẤM THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN BÁM CHO AGV DÙNG KỸ THUẬT TUYẾN TÍNH HỒI TIẾP LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành :Kỹ thuật điện Mã số ngành: 60 52 02 02 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2012 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ CHƯƠNG GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan Thuật ngữ “Rô bốt” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa cơng việc tạp dịch kịch Rossum’s Universal Robots Karel Capek, vào năm 1921 Có lẽ gợi ý ban đầu cho nhà sáng chế kỹ thuật cấu, máy móc bắt chước hoạt động bắp người Vào khoảng năm 1949, máy công cụ điều khiển số đời, nhằm đáp ứng yêu cầu gia công chi tiết ngành chế tạo máy bay Rô bốt tổ hợp khả hoạt động linh hoạt cấu điều khiển từ xa với mức độ “tri thức” ngày phong phú hệ thống điều khiển theo chương trình số kỹ thuật chế tạo cảm biến, công nghệ lập trình phát triển trí tuệ nhân tạo.Một vài số liệu số lượng rô bốt sản xuất vài nước công nghiệp phát triển bảng Bảng 1.1 Số lượng rô bốt sản xuất số nước công nghiệp phát triển Nước SX Năm 1990 Năm 1994 Năm 1998 Nhật 60.118 29.756 67.000 Mỹ 4.327 7.634 11.100 Đức 5.845 5.125 8.600 Ý 2.500 2.408 4.000 Pháp 1.488 1.197 2.000 Anh 510 1.086 1.500 (TS Phạm Đăng phước, năm 2007, “ Giáo trình robot”, Nhà xuất Đại Học Đà Nẵng) EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Ngày nay, việc phát triển tiến tới tự động hóa ngành trở thành vấn đề quan trọng nhiều quốc gia, viễn cảnh trước mắt thiết bị điện tử tự động hóa ứng dụng ngày rộng rãi mang lại nhiều hiệu cao hầu hết lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật đời sống xã hội ngày Giải pháp cho vấn đề xây dựng mơ hình rơ bốt tự động hóa di chuyển bánh nhằm đáp ứng nhu cầu thực tế dây chuyền sản xuất cần thiết Rô bốt sử dụng để thay người công việc như: - Các công việc lặp lặp lại, nhàm chán, nặng nhọc: vận chuyển nguyên vật liệu, lắp ráp, giúp tăng suất tiết kiệm sức lao động người - Trong môi trường khắc nghiệt nguy hiểm: ngồi khoảng khơng vũ trụ, chiến trường, nước sâu, lịng đất, nơi có phóng xạ, nhiệt độ cao, - Những việc đòi hỏi độ xác cao: lắp ráp cấu tử vi mạch, Hiện nay, thiết bị điện tử tự động hóa xe tự hành (autonomous guided vehicle – AGV) hay rô bốt di động bánh (wheeled mobile Robot – WMR) ngày quan tâm lớn nhiều người năm gần đây, chúng ứng dụng rộng rãi ngành khác công nghiệp, nông lâm nghiệp, y tế, dịch vụ Để khắc phục tồn tại, đáp ứng thách thức đặt xu hướng tồn cầu hóa, thực thắng lợi cơng cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Theo quan điểm tơi cần phải có tư thay đổi quan điểm để mở rộng ứng dụng chức tự động hóa vào ngành cơng nghiệp dịch vụ nước ta 1.2 Tóm tắt số cơng trình nghiên cứu EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ “Structural Properties and Classification of Kinematicand Dynamic Models of Wheeled Mobile Robots”, Guy Campion, Georges Bastin,and Brigitte D’AndrCa-Nove; iEEE transactions on Robotics and automation, vol 12, no 1, february 1996.[1] “WMR control via dynamic feedback linearization: M Vendittelli, Design, implementation and experimental validation”; Giuseppe Oriolo, Member, IEEE, Alessandro De Luca, Member; IEEE, and Marilena Vendittelli, IEEE Trans.Control Syst Technol., Vol 10, No 6, pp 835–852, Nov 2002.[4] “Adaptive Tracking Control of a Nonholonomic Mobile Robot”, Takanori Fukao, Hiroshi Nakagawa, and Norihiko Adachi, IEEE transactions on robotics and automation, vol 16, no 5, october 2000.[5] “Adaptive Output Feedback Control olf Nonlinear Systems Represented by Input-Output Models”, Hassan K Khalil, Fellow, IEEE transactions on automatic control, vol 41, no 2, pp 177– 188, february 1996.[6] “Image-Based Visual Servoing for Nonholonomic Mobile Robots Using Epipolar Geometry”, Gian Luca Mariottini, Giuseppe Oriolo, and Domenico Prattichizzo, IEEE transactions on automatic control, vol 23, no 1, pp 87– 100, february 2007.[7] “Dynamic Tracking Control of Uncertain Nonholonomic Mobile Robots”, Wenjie Dong and Yi GuoDepartment of Electrical and Computer Engineering University of Central Florida, Orlando, FL 32816, USA.[8] “Kinematic and Dynamic Control of a Wheeled Mobile Robot”, David DeVon and Timothy Bretl, Proceedings of the 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems San Diego, CA, USA, Oct 29 - Nov 2, 2007.[9] “Nonlinear Tracking Control Of A Car-Likemobile Robot Via Dynamic Feedback Linearization”, Erfu Yang, Dongbing Gu , EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Tsutomu Mita , and Huosheng Hu, Control 2004, University of Bath, UK, September 2004.[10] 1.3 Nhận xét chung hướng tiếp cận Qua cơng trình nghiên cứu cho thấy việc ứng dụng giải thuật khác để điều khiển cho rô bốt di chuyển bánh (WMR) bám theo quỹ đạo tham chiếu với vận tốc không đổi Khi rô bốt hoạt động chắn bị tác động yếu tố nhiễu bên ngồi ma sát, lực cản khơng khí, thay đổi thơng số mơ hình… gây sai lệch lớn so với giá trị tham chiếu Vì trình thiết kế điều khiển phải tính đến nhiễu xảy suốt trình thực nhiệm vụ rơ bốt cần mơ hình động lực học xác, có xem xét đến thuộc tính như: khối lượng, quán tính, lực ma sát, lực ly tâm, mơ men,… Bài tốn đặt sai số bám vị trí sai số bám vận tốc phải tiến không thời gian t tiến đến vô cùng, thời gian độ nhỏ theo yêu cầu, điều kiện mơi trường có nhiễu (như ma sát, sức cản gió…) Với lý trên, luận văn đưa giải thuật điều khiển kết hợp điều khiển động lực học sử dụng kỹ thuật tuyến tính hồi tiếp(Using Input-output Feedback Linearization Technique) cho AGV bám theo quỹ đạo mong muốn với vận tốc không đổi Đầu tiên, điều khiển động lực học thiết kế để làm cho véc tơ sai số vị trí tiến đến khơng cách tiệm cận Sau đó, chế độ tuyến tính hồi tiếp thiết kế để làm cho véc tơ sai số vận tốc tiến đến không cách tiệm cận Trong luận văn có sử dụng phần mềm matlab để mô kết mô trình bày để minh họa hiệu giải thuật điều khiển 1.4 Mục tiêu luận văn Mục tiêu đề tài “Thiết kế điều khiển bám cho AGV dùng kỹ thuật tuyến tính hồi tiếp ” Cụ thể, đề tài đưa giải thuật điều khiển tích hợp điều khiển động lực học điều khiển tuyến tính hồi tiếp với bất ổn nhiễu bên ngồi EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ bị chặn để AGV bám theo quỹ đạo mong muốn với vận tốc không đổi 1.5 Nhiệm vụ luận văn - Tổng quan cơng trình nghiên cứu AGV - Xây dựng mơ hình động lực học AGV - Thiết kế điều khiển tuyến tính hồi tiếp AGV bám theo quỹ đạo mong muốn - Mô đánh giá kết 1.6 Giới hạn luận văn Chỉ khảo sát dựa vào mô AGV sử dụng giải thuật điều khiển tuyến tính hồi tiếp với quỹ đạo mong muốn cho trước 1.7 Điểm luận văn Luận văn đưa giải thuật điều khiển mà kết hợp điều khiển động lực học điều khiển tuyến tính hồi tiếp(Using Input-output Feedback Linearization Technique) choAGV bám theoquỹ đạo mong muốn với vận tốc không đổi CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Hồi tiếp vòng Hình 2.1 Hệ thống hồi tiếp vịng Những tín hiệu có giải thích sau : - r : tín hiệu tham chiếu lệnh điều khiển đầu vào - v : tín hiệu đầu cảm biến EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ - u : tín hiệu từ điều khiển vào hệ thống - d : nhiễu từ bên ngồi - y : tín hiệu đầu hệ thống - n : tín hiệu nhiễu tác động vào cảm biến Các thành phần hình 2.1 giả định tuyến tính Phương trình hệ thống viết : d  y  P  (2.1) u Với P ma trận 1x2 Từ : P   P1 P2  (2.1) y  P1d  P2 d (2.3) Phương trình điều khiển có dạng : (2.4) Viết phương trình mối nối tổng hợp: x3  n  Px2 x2  d  Cx1 x1  r  Fx3 (2.5) EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Hình 2.3 Cơ sở vịng hồi tiếp Viết dạng ma trận : F   x1   r    C   x    d         P   x3   n  (2.6) Có nghĩa :  x1     x2    PCF x   3 2.2   PF C   PC P F   r    CF   d    n  (2.8) Ổn định Ví dụ hình 2.3 : C( s )  s 1 ,P( s )  ,F( s )  s 1 s 1 Một cách kiểm tra cho ổn định hệ thống.Viết P, C, F tỷ lệ đa thức ta được: P N NP N ,C  C ,F  F MP MC MF EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Các đa thức đặc trưng hệ thống hồi tiếp hình thức hình thành cách cộng ba thành phần tử số ba thành phần mẫu số N P NC N F  M P M C M F Các cực vịng kín zeros đa thức đặc trưng Định lý 1: ổn định hệ thống xác định cách đơn giản cách kiểm tra zeros đa thức Từ (2.8) ta có:  x1     x2    PCF x   3   PF C   PC P F   r    CF   d    n  Thay thành phần tỉ lệ ta thu được:  x1     x2   N N  M M P C P C x   3 NPMC M PMC NP MC M P MC M N  P C  N P NC M P M C   r    M P NC   d  (*) M P M C   n  Trong biểu thức (*) ổn định, có nghĩa khơng có cực Res ≥ Định lý 2: hệ thống hồi tiếp ổn định thỏa mãn hai điều kiện sau: (a) Chức chuyển giao 1+ PCF khơng có số Res ≥ (b) Không hủy bỏ cực-zero Res ≥ PCF hình thành   PF C 1  PCF   PC P F  CF   EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Giả sử hệ thống hồi tiếp ổn định.Khi đó, đặc biệt (1 + PCF) -1 ổn định(nghĩa là, khơng có cực Res ≥ 0) Do + PCF khơng có số khơng Điều chứng minh (a) Để chứng minh (b), viết P, C, F tỷ lệ đa thức nguyên tố N N N P  P ,C  C ,F  F , MP MC MF Từ định lý 1, đa thức đặc trưng: N P NC N F  M P M C M F Giả sử (a) (b) Có hệ số P, C, F s0 số khơng đa thức đặc trưng, có nghĩa là:  NP NC NF  M P MC M F  s0   Nhưng điều không thỏa mãn (b) Ta viết (* *) lại: N N N  P C F  s0   M P MC M F Khi đó:  ( PCF )( s0 )  Điều khơng thỏa mãn (a) 2.3 Tuyến tính hồi tiếp cho hệ MIMO phi tuyến 2.3.1 Đầu vào / đường tuyến tínhhồi tiếp 2.3.2 Tuyến tính hồi tiếp xét hệ MIMO phi tuyến Xét hệ thống "vuông" (số lượng đầu vào với số kết đầu = n) EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ  n( nm )  g(x) =   ( 2nm )( nm )  I( nm )( nm )  CHƯƠNG 4THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂNTUYẾN TÍNH HỒI TIẾP 4.1 Vấn đề cần giải 4.2 Phân tích đưa giải pháp 4.3 Thiết kế điều khiển tuyến tính hồi tiếp Giả sử xem xét phi tuyến hệ thống MIMO sau đây: x = f(x) + g(x)u (4.1) y = h(x) (4.2) Trong đó: - x ( 2nm )1 véc tơ trạng thái - u ( nm )1 véc tơ điều khiển đầu vào - y ( nm )1 véc tơ đầu - f(x) ( 2nm )1 ; g(x) ( 2nm )( nm ) h(x) ( nm )1 véc tơ không gian trạng thái Mục tiêu chương để thiết kế điều khiển dẫn đường cho phép AGV theo đường mong muốn Với phương trình đầu thể véc tơ y sau: y   y1 y2    h1( q ) h2 ( z ) T T (4.3) Trong đó: - h1( q ) khoảng cách ngắn từ điểm Pa AGV đến đường dẫn mong muốn - h2 ( z ) vận tốc tuyến tính v p điểm P AGV dọc theo trục X0 18 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Trong trường hợp đường thẳng mô tả biểu thức: Ax  By  C  y1( q )  h1( xa , ya , )  Và Axa  Bya  C A2  B2 (4.4) y2  h2 ( z )  x p cos  y p sin r  ( rw  lw )  v p (4.5) Trong đó: ( xa , ya ) tọa độ điểm Pa - ( x p ,y p , ) liên quan đến biến điều khiển phương trình sau xa  x p  La cos  ya  y p  La sin (4.6) Các điều kiện đầu vào xuất phương trình đầu khác biệt sau: h y1  q = J h1 (q)S(q)z q (4.7) ( J h1S ) y1  qz + J h1 (q)S(q)z q  y1  ( J h1S ) qz + J h1 (q)S(q)u q y2  J h2 (z)z  J h2 (z)u (4.8) (4.9) Với : J h1 (q)  h h1 1( nm ) 1n J h2 (z)   ma trận Jacobian z q Ma trận Φ d tách riêng : 19 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Φ (q)  J (q)S(q)  2( nm ) (4.10) Φd   d1    h1   Φ (z) J (z)   d2   h2 Các ma trận Jacobian biểu thức (4.10) cho đường thẳng suy từ biểu thức (4.5) (4.6) sau: h J h1 (q)  q T A     B    BLa cos   ALa sin   (4.11)   A2  B      h  r r  J h2 (z)    Và (4.12) z  2  Từ biểu thức (4.8) - (4.10), ma trận tách riêng sử dụng để thiết lập phản hồi thơng tin tuyến tính đầu vào-đầu sau: y  (4.13) y     Φd z + Φd u  y2  Véc tơ đầu vào điều khiển để đạt đầu vào-đầu tuyến tính chọn: η - Φd z  u = Φ-1 d  (4.14) Trong đó: - z véc tơ vận tốc bánh xe - η 21 định nghĩa véc tơ đầu vào điều khiển có dạng: 20 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ 1   kP e p  kD e p  rd   η   2   kV ev  rd2 (4.15) Và k P , k D , kV hệ số lựa chọn để đảm bảo hội tụ theo hàm mũ lỗi điều khiển không Với véc tơsai số vị trí vận tốc tuyến tính định nghĩa sau: e p   rd1  y1  e    ev   rd  y2  (4.16) Từ biểu thức (4.15) - (4.17), sai số vị trí vận tốc hệ thống vịng khép kín đưa bởi: e p  kD e p  kP e p  (4.18) ev  kV ev  (4.19) ổn định theo hàm mũ 4.4 Lưu đồ giải thuật điều khiển tuyến tính hồi tiếp fd x = f(x) + g(x)u rd e + ( 4.15)  ( 4.14) u ( 3.23)  ( 3.22) X  x ( 4.1) - Hình 4.1 Lưu đồ giải thuật điều khiển tuyến tính hồi tiếp CHƯƠNG KẾT QUẢ MƠ PHỎNG 21 y EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ 5.1 Quỹ đạo mong muốn cho AGV sử dụng mô Hình 5.1 biểu diễn quỹ đạo mong muốn cho AGV có dạng đường thẳng với chiều dài 2,82(m) có dạng y = x Với yếu tố A  1, B  1, C  Vận tốc tuyến tính mong muốn AGV rd2  0.05 [ m / s ] 2.2 1.8 Đường thẳngline (y =(y=x) x) Straight Y coordinate (m) 1.6 1.4 1.2 0.8 0.6 0.4 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 X coordinate (m) 1.6 1.8 2.2 Hình 5.1 Quỹ đạo mong muốn AGV có dạng đường thẳng ( y = x ) 5.2 Các thông số sử dụng cho điều khiển tuyến tính hồi tiếp  Các hệ số véc tơ kiểmsoát đầu vào là: kP  3.6 [ s 2 ], k D  1.4 [ s 1 ], kV  4.2 [ s 1 ]  Các nhiễu đầu vào bên chọn tiếng ồn ngẫu nhiên với phương sainằm khoảng 0  0.7  Các giới hạn nhiễu giả định f1md  [ rad / s ] f 2md  [ rad / s ]  Các giá trị tham số số giá trị ban đầu cho mơ thí nghiệm đưa Bảng 5.1 Bảng 5.2 Bảng 5.1 Các giá trị thông số AGV 22 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Ký hiệu Giá trị Đơn vị Ký hiệu Giá trị Đơn vị b r 0.39 [ m] 2.75 [ kg ] 0.16 [ m] 17.85 [ kgm2 ] d 0.45 [ m] 0.0135 [ kgm2 ] l mc 1.2 [ m] mw Ic Iw Im 0.0068 [ kgm2 ] 32.67 [ kg ] Bảng 5.2.Các giá trị khởi tạo ban đầu xr 0.2 [ m] xp 0.32 [ m] yr 0.2 [ m] yp 0.24 [ m] r 45[deg]  30[deg] vp [m / s] Giá trị tham chiếu đầu vào La 0.06 [ m] Thời gian lấy mẫu rd1  [ m ] , rd2  0.05 [ m / s ] T  0.01 [ s ] 5.3 Các kết mô 5.3.1 Quỹ đạo mong muốn AGV 2.2 1.8 Quỹ đạo mong muốn AGV Y coordinate (m) 1.6 Desired trajectory of the AGV 1.4 1.2 0.8 0.6 Quỹ đạo thực tế AGV Actual trajectory of the AGV 0.4 0.2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.2 1.4 X coordinate (m) 23 1.6 1.8 2.2 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Hình 5.2 Quỹ đạo mong muốn AGV đường thẳng Hình 5.2 biểu diễn quỹ đạo chuyển động AGV bám quỹ đạo mong muốn đường thẳng Trong đó, AGV có vị trí xuất phát với tọa độ xP  0,32m , yP  0,24m ,   30o (P tâm quay AGV, gọi điểm bám) quỹ đạo tham chiếu có tọa độ ban đầu xR  0, 2m , yR  0, 2m , R  45o 0.45 Y coordinate (m) 0.4 Quỹ đạo mong muốn AGV Desired trajectory 0.35 0.3 Quỹ đạotrajectory thực tế AGV Actual 0.25 0.2 0.2 0.25 0.3 0.35 X coordinate (m) 0.4 0.45 Hình 5.3 Quỹ đạo mong muốn đường thẳng quỹ đạo AGV thời gian ban đầu (hình phóng to) Từ hình 5.3 cho thấy: Quỹ đạo mong muốn AGV quỹ đạo tham chiếu trùng với sau AGV di chuyển đoạn đường ngắn Điều cho thấy AGV bám theo quỹ đạo mong muốn xác.Và từ hình 5.3 cho thấy biểu diễn trình bám thời gian ban đầu AGV vào quỹ đạo mong muốn đường thẳng Từ điểm xuất phát AGV bám theo quỹ đạo mong muốn di chuyển đoạn đường có chiều dài khoảng 0,15m 5.3.2 Các sai lệch vị trí Hình 5.4 biểu diễn sai lệch vị trí điểm bám P điểm tham chiếu R toàn thời gian hết quỹ đạo tham chiếu AGV.Từ hình 5.4 cho thấy sai lệch vị trí hội tụ nhanh trước 24 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ 8s AGV bám theo quỹ đạo tham chiếu đường thẳng ổn định toàn thời gian 0.07 0.06 0.05 Khoảng h1 (m) Shortest cách distance h1 (m) Shortest distance h1 (m) 0.04 0.03 0.02 0.01 -0.01 -0.02 -0.03 10 15 20 Time (s) 25 30 35 40 Hình 5.4 Các sai số vị trí toàn thời gian quỹ đạo mong muốn đường thẳng 5.3.3 Vận tốc tuyến tính AGV Hình 5.5 biểu diễn vận tốc tuyến tính AGV sau thời gian ngắn khoảng 3giây tiến đến với vận tốc đặt trước rd2  0.05 [ m / s ] ổn định giá trị suốt thời gian chuyển động AGV 0.06 Linear velocity of the AGV h2(m/s) 0.05 0.04 0.03 Linear velocity the AGV AGV (m/s) h2 (m/s) Vận tốc tuyến tínhofcủa 0.02 0.01 0 10 15 20 Time (s) 25 25 30 35 40 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Hình 5.5 Vận tốc tuyến tính AGV toàn thời gian đối vớiquỹ đạo đường thẳng 5.3.4 Vận tốc góc bánh xe AGV Angular velocities of right and left wheels (rad/s) Vận tốcvelocity góc củaofbánh trái (rad/s) Angular left wheel wlw (rad/s) -1 Vận tốcvelocity góc củaofbánh Angular right phải wheel(rad/s) wrw (rad/s) -2 -3 -4 10 15 20 Time (s) 25 30 35 40 Hình 5.6 Vận tốc góc bánh phải bánh trái quỹ đạo đường thẳng Hình 5.6 biểu diễn vận tốc góc bánh phải (wrw) bánh trái (wlw) AGV quỹ đạo tham chiếu đường thẳng.Nó cho thấy vận tốc góc bánh xe trái phải thay đổi cách nhanh chóng vàothời điểm bắt đầu có giá trị 0.32 [ rad / s ] theo đường thẳng sau khoảng giây 5.3.5 Các véc tơ điều khiển Mômen quay bánh trái (N.m) 7.6 ( N m ) 7.6 ( N m ) Mômen quay bánh phải (N.m) 26 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Hình 5.7 Véc tơ điều khiển đầu vào τ Hình 5.7 biểu diễn véc tơ điều khiển đầu vào bánh phải (trw) bánh trái (tlw) AGV quỹ đạo tham chiếu đường thẳng.Nó cho thấy véc tơ điều khiển bánh xe trái phải thay đổi cách nhanh chóng vào thời điểm bắt đầu có giá trị [ 5.2;5.2 ]rad / s sau khoảng thời gian giây 5.2 ( rad / s ) 5.2 ( rad / s ) Hình 5.8 Véc tơ điều khiển đầu vào u Hình 5.8 biểu diễn véc tơ điều khiển đầu vào u1 u2 AGV quỹ đạo tham chiếu đường thẳng Nó cho thấy véc tơ điều khiển đầu vào thay đổi cách nhanh chóng vào thời điểm bắtđầu có giá trị [ 7.6; 7.6 ] N.m sau khoảng thời gian giây 27 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ 1 (m / s ) 0.1(m / s ) 2 (m / s ) 0.1(m / s ) Hình 5.9 Véctơ điều khiển đầu vào η Hình 5.9 biểu diễn véc tơ điều khiển đầu vào η1 η AGV quỹ đạo tham chiếu đường thẳng Nó cho thấy véc tơ điều khiển đầu vào η1 thay đổi cách nhanh chóng vào thời điểm bắt đầu có giá trị [ 0.1; 0.1]m / s sau khoảng thời gian giây.Vàvéc tơ điều khiển đầu vào η giảm dần từ thời điểm bắt đầu tiến toàn thời gian quỹ đạo AGV 5.3.6 Nhận xét chung kết mô - Quỹ đạo chuyển động AGV trùng với quỹ đạo tham chiếu - Các sai lệch vị trí hội tụ với thời gian nhanh vận tốc tuyến tính AGV đạt tới giá trị mong muốn sau bắt đầu chuyển động khoảng giây - Vận tốc tuyến tính AGV bám tốt vận tốc mong muốn đặt trước - Vận tốc góc bánh xe thay đổi phù hợp với quỹ đạo mong muốn sử dụng mô ổn định giá trị toàn thời gian - Các véc tơ điều khiển đầu vào τ u sau thời gian bắt đầu giây hội tụ giá trị nằm giới hạn cho phép Riêng véc tơ điều khiển đầu vào thì: véc tơ 1 sau thời gian bắt đầu ổn 28 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ định, véc tơ  hội tụ nhanh ổn định toàn thời gian mô AGV CHƯƠNG KẾT LUẬNVÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 6.1 Kết luận Thực Trong thực tế, việc áp dụng thuật tốn để điều khiển rơ bốt di động cách hồn hảo tốn thật khơng đơn giản Một số thuật tốn điều khiển nêu báo tham khảo giải đa số toán bám theo quỹ đạo mong muốn, phổ biến kỹ thuật cho kết tin cậy 6.2 Những kết mà luận văn đạt - Xây dựng mơ hình động học động lực học cho rơ bốt di động hai bánh - Thiết kế điều khiển cho rô bốt hai bánh bám theo quỹ đạo mong muốn với vận tốc không đổi sử dụng điều khiển tuyến tính hồi tiếp (Input-output Feedback Linearization) dựa tiêu chuẩn ổn định điểm cực - Mô hoạt động điều khiển rô bốt di động hai bánh bám theo chiến lược mong muốn đường thẳng 6.3 Giới hạn luận văn Giới hạn đề tài thực mô giải thuật điều khiển cho AGV bám theo quỹ đạo mong muốn cho sẵn, chưa thực mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng hoạt động thực tế 6.4 Hướng phát triển luận văn Thiết kế mơ hình thực tế để kiểm chứng hiệu điều khiển tuyến tính hồi tiếp dựa vào mơ hình động học động lực học AGV Ngồi ra, kết hợp với kỹ thuật điều khiển thông minh dùng mạng Neural, Fuzzy, điều khiển trượt – mờ … để đánh giá nhiễu chặn tác động lên rô bốt thay đổi thông số mô hình Cũng thiết kế cho rơ bốt di 29 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ động di chuyển theo quỹ đạo mức độ khó, phức tạp thiết thực yếu tố môi trường thực tế TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] G Campion, G Bastin, and B D’AndreaNovel, “Structural properties and classification of kinematic and dynamic models of wheeled mobile robots”, IEEE Trans Robot Autom., Vol 12, No 1, pp 47–62, Feb 1996 [2] Gyula Mester “Motion control of wheeled mobile Robots” Department of Informatics, Polytechnical Engineering College Marka Oreskovica 16, 24000 Subotica, Serbia gmester@subotica.net [3].P.Genova, M Mihailova, R.Oransky, D.Ignatova, “Kinematics and Dynamics modelling of two wheeled Robot”, 11thNational Congress on Theoretical and applied Mechanics, 2-5 Sept 2009 Borovets,Bulgaria [4] Giuseppe Oriolo, Member, IEEE, Alessandro De Luca, Member; IEEE, and Marilena Vendittelli,“WMR control via dynamic feedback linearization: M Vendittelli, Design, implementation and experimental validation”;IEEE Trans Control Syst Technol., Vol 10, No 6, pp 835–852, Nov 2002 [5].Takanori Fukao, Hiroshi Nakagawa, and Norihiko Adachi “Adaptive Tracking Control of a Nonholonomic Mobile Robot”, IEEE transactions on robotics and automation, Vol 16, No 5, Oct 2000 [6].Hassan K Khalil, Fellow, “Adaptive Output Feedback Control olf Nonlinear Systems Represented by Input-Output Models”, IEEE transactions on automatic control, Vol 41, No 2, pp 177– 188, Feb 1996 [7].Gian luca mariottini, giuseppe oriolo, and domenico prattichizzo, “Image-Based Visual Servoing For Nonholonomic Mobile Robots 30 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ Using Epipolar Geometry”, IEEE transactions on automatic control, Vol 23, No 1, pp 87– 100, Feb 2007 [8].Wenjie Dong and Yi GuoDepartment of Electrical and Computer Engineering University of Central Florida ,“Dynamic Tracking Control of Uncertain Nonholonomic Mobile Robots”, Orlando, FL 32816, USA [9].David DeVon and Timothy Bretl, Proceedings of the 2007 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems San Diego, “Kinematic and Dynamic Control of a Wheeled Mobile Robot”,CA, USA, Oct 29 - Nov 2, 2007 [10] Erfu Yang, Dongbing Gu , Tsutomu Mita , and Huosheng Hu, “Nonlinear Tracking Control Of A Car-Likemobile Robot Via Dynamic Feedback Linearization”,Control 2004, University of Bath, UK, Sep 2004 [11].R Fierro and F L Lewis, Fellow, IEEE “Control of a Nonholonomic Mobile Robot Using Neural Networks”, IEEE transactions on neural networks, vol 9, no 4, july 1998 [12] N Hung, Tuan D V, Jae S I, H K Kim and S B Kim, “Motion Control of Omnidirectional Mobile Platform for Trajectory Tracking Using Integral Sliding Mode Controller”, International Journal of Control, Automation and Systems (IJCAS), Vol 8, No 6, December 2011 [13] Jean-Jacques E Slotine and Weiping Li, Applied Nonlinear Control, Prentice-Hall International, Inc., 1991 [14] C – Edwards and S.V.spurgeon, Sliding mode control:” Theory and Application, Prentice – Hall international, Inc, 1991 [15] John Doyle, Bruce Francis, Allen Tannenbaum (1990), Basic Concepts, John Doyle, Bruce Francis, Allen Tannenbaum, Feedback Control Theory Macmillan Publishing Co., page (31- 40) [16] J K Hedrick and A Girard (2005), Feedback Linearization, J K Hedrick and A Girard , Control of Nonlinear Dynamic Systems: Theory and Applications, page (133 – 160) 31 EBOOKBKMT.COM – TÌM KIẾM TÀI LIỆU MIỄN PHÍ 32