Đang tải... (xem toàn văn)
Xây dựng giải pháp điều khiển thích nghi mờ loại 2 cho đối tượng robot 5 bậc tự do. Ứng dụng điều khiển PID nhằm mang lại chất lượng điều khiển tốt hơn cho đối tượng. Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng và kiểm tra kết quả.
Kỹ thuật điều khiên & Điện từ XÂY DỰNG GIAI PHAP DIEU KHIỂN THÍCH NGHI MỜ LOẠI CHO ĐĨI TƯỢNG ROBOT § BẬC TỰ DO Phan Văn Dư, Lê Văn Chương, Nguyễn Hoa Lr’, Ho Sy Phuong, Ta Hing Cuong, Dinh Van Nam Tóm tắt: Bài báo trình bày điều khiển thích nghỉ mờ loại2 áp dụng cho đối tượng robot Š bậc tự Bộ điều khiển đề xuất dựa ý tưởng điều chỉnh thích mang khơng Từ khóa: nghỉ tham số lại chất lượng điều khiên chắn đông bắt đánh giá kết quả, so sánh điều khiển PID dựa hệ thống mờ loại2 nhằm tốt cho đối tượng phi tên mạnh, có định lớn Sử dụng phân mêm Matlab Simulink mô kiểm chứng chất lượng điều khiển Điều khiển mờ loại 2; Thích nghi mờ; Robot bậc tự đo DAT VAN DE Logic mo da ứng dụng thành công nhiều lĩnh vực sản pham gia dung, phân loại liệu hay điều khiển q trình cơng nghệ cơng nghiệp Tuy nhiên, hệ thống mờ thông thường (hệ thống mờ loại 1) bị hạn chế khả xử lý trực tiếp không chắn động nhiều đầu vào hay điều kiện thay đôi môi trường thường gặp thực tế, chất lượng hệ thống chưa đạt mong đợi Lý thuyết vẻ hệ thông mờ loại Zadeh [4] đưa từ năm 1975 ngày khang định tính ưu việt việc cải thiện nâng cao chất lượng xử lý thong tin so với nhiều phương pháp truyền thống khác Với hàm liên thuộc mờ có miền khơng chăn cung cấp thêm mức độ nên hệ thông mờ loại có thê tạo mơ hình xử lý khơng chăn động hệ thông Tay máy robot đối tượng có đặc tính phi tuyến mạnh, tham số động học đối tượng thay đôi đải rong nhiều tác động bên ngồi khơng biết trước thay đơi theo thời gian Việc tìm kiêm phương pháp tông hợp hệ thông điều khiên cho đôi tượng tay máy robot vấn đẻ hấp dẫn có ý nghĩa thiết thực, thu hút quan tâm nhà khoa học lĩnh vực điều khiển Cho đến có r iêu nghiên cứu thiết kế điều khiển sở logic mờ nhằm cải thiện chất lượng điều khiên cho tay máy robot cơng bó Trong báo nay, nhóm tác gi đẻ xuất điều khiển thích nghỉ mờ loại với chế suy luận tính tốn hiệu qua đề xấp xi va ba trừ thành phan bất định nhiều loạn cho đối tượng robot bậc tự nhờ chất lượng điều khiển nâng cao GIẢI QUT VÁN ĐÈ 2.1 Mơ hình đối tượng Xét cánh tay robot băng phương trình sau [1.6]: 7? bậc tự (hình 1) có mơ hình động lực học A(4)d+ V„ (4.4)4+ F(4)+ G(a) +t, =F đó: M(q)la ma tran quan tinh, đối xứng xác định mô tả () dương bị chặn |a⁄(2)| 7 N In = SN n=l trong= đó: y„:w„ lk rk trọng ) Ls n=l tam dau thứ ø cận phải trái y/ vị: Uk rk ø=1,X số lần lặp đảm bảo thuật toán hội tụ: /' ƒ' thể độ phụ thuộc vẻ bên phải trái #= [fF] = [min 1, (x) .~ (x, )} min{ 71, (x) ., (x, I}: Từ „:y„ ta giải mờ đề xác định đầu điều khiển mờ loại 2: e+ Vx (6) 2.3.1 Cầu trúc hệ thống điều khiển bám vị trí Sai lệch e= Ø” —Ø phương trình động lực hoc robot n bậc tự đưa Ta (1) Hệ thích nghỉ mờ loại gơm thành phân điều khiên kinh điền thành phan điều khiên mờ loại hình thiết lập dựa tín hiệu sai lệch e đạo hàm BĐK mờ loại up(t) u(t) == u(t) chap hanh up/t) robot DOF Hình Cầu trúc điều khiển thích nghỉ mờ loại Bộ điều khiển thích nghi mờ loại đề xuất với cầu trúc hình luật điều khién PID thong qua tinh toan sai léch e va phan vi phan ¿ thực hệ thống suy điển mờ loại 2: tham số điều khiên PID điều chỉnh theo bảng ma trận luật e=8`-6, (7) Ae, = Akze(t); Ae, = AR,e(r): Ae› = Ak;e(t) (8) Tap chi Nghién citu KH&CN quan su, S6 60, - 2019 35 Kỹ thuật điều khiên & Điện từ Các hệ số &;:#,:#; cập nhật k; =kse(0)+ Ae; = kše(r)+ Akze(r) =(kš + Ak;)e() k, =je(r)+Ae; =kje(r)+ Ak;e(r)=(Kỷ + Ak,)e() (9) hp= kae(r) + Ae, =kSe(t)+Ak,e(r) = (2 +Ak, )eứ): Keke sky tham số khởi tạo ban đầu diéu khién PID AR„:AE,: Ak, thành phần điều chỉnh theo thay đổi thực tế đối tượng tính tốn điều khiên mờ loại Khi luât cho điều khiển PID biêu dién sau: A u(t)=ke+k,fe(r}r+K,é t = (Kp + Ak, Je(r)+(k? + Ak; ) fe(z)}r + (Kp + Ak, Je (10) 2.3.2 Thiết kế điều khiển 4IT2F cho robot Trên sở cấu trúc điều khiển hình ta thiết kế điều khiển mờ loại với đầu vào sai lệch e thành phần vi phân ẻ : đầu thành phần AÉ,: A#,: Ak; Mỗi đầu vào/ra có tập mờ loại [NB.NS.ZE PS.PB]: hàm liên thuộc dạng gaumf: với dải giá trị ciia tap mo dau vao 14 e[-1+1] va é[0 +] va dai giá trị tập mờ đầu Ae, [-1.8 +1.8]: Ae, [-0.6 + 0.6]: Ae, [-5 +5] NSL FIS Variables: ZEL PSL Nt FIS Variables: ZEL NSL PSL 0 Ti 0.5 Input varlable "e*' 05 0 05 168 input variable "de 25 Hình Hàm liên thuộc đầu vào e va é Các luật điều khiền trình bày theo nguyên tắc: - Nếu sai lệch lel lớn thi Ae, phải lớn Ae; Ae; nhỏ đề hệ thống đáp ứng nhanh cần bị giới hạn: - Nếu sai lệch lel trung bình thi Ae, phai nho va Ae; lớn để giảm độ điều chỉnh: - Nếu sai lệch |ø| nhỏ Ae; Ae, phải lớn đẻ hệ thống nhanh chóng vẻ trạng thái ôn định 36 P V Dit, Ð V: Nam, “Xây dựng giải pháp cho đối tượng Robot bậc tự do." Nghiên cứu khoa học công nghệ Bộ điều khiển mờ loại có cầu tric MISO tương ứng cho đầu Ae,; Ae,; Ae, luật mờ có dạng: e ( ) ¿ ( ) Aø; ( ) Ae, là( ) Ae; voi ( ) Với đầu vào có tập mờ ta có bảng ma trận luật điều khiên (5x5) thê bảng Bảng Luật điều khiển Ae a | NB NS ZE PS PB NB PB PB PS PS ZE NS ZE PB PS PS ZE NS PS PB PS ZE NS NS PB PS ZE NS NS NB ZE NS NS NB NB Bang Ludt diéu khién Ae, aN] NB NS ZE PS PB NB NB NB NS NB ZE NS NB NS NS ZE PS ZE NB NS ZE PS PS PS NS ZE PS PS PB PB ZE PS PS PB PB Bang Luật điều khiển Ae, › NB NS ZE PS PB ": PS ZE ZE ZE PB NS NB NB NS ZE PB ZE NB NS NS ZE PS PS NB NS NS ZE PB PB PS ZE ZE ZE PB MO PHONG DANH GIA KET QUA 3.1 Tham số mô phông Bảng Bảng thông số robot bậc tự Khâu Khớp nối 0-1 3-4 4-5 1-2 2-3 9, a, d, a, 90° d, 6, 90° 6, 0 6, 6, Tap chi Nghién citu KH&CN quan su, S6 60, - 2019 0 0 d, a 4, 37 Kỹ thuật điều khiên & Điện từ Đề đưa kết đánh giá chất lượng điều khiển mờ loại nhóm tác giả sử dụng đối tượng robot Š bậc tự đo có thông sô bảng thông sô động làm câu châp hành bảng Trong đó: " a,: khoảng cách theo phương x, từ Ĩ, đến giao điểm trục x, z,„ = d,: khoang cach theo phương z,_, tit O,, đến giao điểm trục x, va z,, d, d, thay khớp khớp trượt " ở: góc quay quanh trục x, từ z„¡ đến = 6,: 1a géc quay quanh trục z,; tt tử x,; đến X Bảng Tham số giá trị hệ chấp hanh [4] Tham số Giá trị Điện trở phần ứng R=21O Điện cảm phần ứng L1=0.24H Momen quán tính J=0,052 kem? Hệ số momen k, =1,53 Nm/ A Hẳng số điện động k, =9.4 Vs/rad 3.2 Kết mô phông thảo luận 046 = ; (oc dat1 AITF1 AITE2 012 01 18 008 0.06 0.04 0.02 0.02 05 0.05 01 Time(sec) 0.18 02 Hinh So sanh dap tng goc ctia b6 PID, AITIF va AIT2F ° PID AITIE —— arrer 005 04 Time(sec) 0.15 Hình So sánh đáp ứng góc PID, AITIF AITF Chất lượng điều khiên thích nghi mờ loại (AIT2F) so sánh với điều khiển thích nghỉ mờ loại (AITIF) điều khiển kinh điền PID Hình 7.8 so sánh đáp ứng đầu góc sử dụng điều khiển PID, AITIF AIT2F: Hình thê đáp ứng góc đến sử dụng điều khiển thích nghỉ mờ loại Với kết mơ ta thấy đáp ứng đầu bám giá trí đặt cho trước điều khiển thích nghi mờ loại có khả l u loạn khơng lường trước hiệu chất lượng đầu nhiều so với điều khiên loại PID 38 P V Dit, Ð V Nam, “Xay dung gidi phip cho déi tegng Robot bậc tự do." Nghiên cứu khoa học công nghệ goc dat goc dat goc dat goc dat goc dat goc AIT2F goc AIT2F goc AIT2F -2 goc AIT2F goc AIT2F -3 0.05 0.1 0.15 0.2 Time(sec) 0.25 0.3 0.35 0.4 Hình Đáp ứng đầu góc đến điều khiển AIT2F KẾT LUẬN Bài báo trình bày phương pháp thiết kế điều khiển thích nghỉ mờ loại thử nghiệm cho đối tượng phi tuyến mạnh tay máy robot bậc tự đo: thực so sánh với phương pháp thiết kế điều khiển mờ loại 1, PID Kết mơ phần mềm Matlab Simulink chứng mỉnh tính bám ơn định góc khớp theo quỳ đạo cho trước, điều khiển AIT2F có khả xử lý không chắn động lượng hệ thống so với điều khiển PID AITIE nâng cao chất TAI LIEU THAM KHAO HỆ Nguyén Manh Tién, “Diéu khiển robot công nghiệp ” NXB khoa học kỳ thuật, Hà DI Mendel, J.M Hani Hagras Woei-wan Tan, Melek W.W, Hao Ying “Introduction to Nội 2006 type- y logic control : theory and applications” John Wiley & Sons, Inc., 2014 Mendel, J M, “Zype-2 fuzzy sets and systems: An overview”, IEEE Magazine Vol pp.20-29, May 2007 Comput Intel Frank L.Lewis, Darren M.Dawson, Chaouki T.Abdallah, “Robot Manipulator Control Theory and Practice”, Marcel Dekker, Inc., New York 2009 O Castillo, P Melin, “ review on interval type-2 fiz: » logic applications intelligent control ”, Information Sciences Vol.279 pp 615-631 : 2014 Liang Q.: Mendel J.M, “Interval type-2 IEEE Trans Fuzzy Syst 2000, 8, 535-550 in fuzzy logic systems: Theory and design” - Kosko, “Neural networks and fuzzy control”, Prentice Hall, 1991 -N N Karnik and J M Mendel, “Centroid Information Sciences, 2001, vol.132 pp.:195-220 Tap chi Nghién citu KH&CN quan su, S6 60, - 2019 of a type-2 fizzy Set” 39 Kỹ thuật điều khiên & Điện từ ABSTRACT ADAPTIVE INTEVAL TYPE FUZZY CONTROLLER FOR OBJECT ROBOT DOF This paper presents adaptive interval type fuzzy controller and experiments for robot degree of freedom The controller is based on the ideas that adjusts adaptive parameters of PID controller which base on interval type fuzzy system and improve better performance for nonlinear object with unstructured dynamical and uncertainties Using Matlab Simulink softwave simulates, verifvs and compares the results obtained by the methods Keywords: Interval type fuzzy logic controller; Adaptive fuzzy logic control; DoF Robot Nhận ngày 11 tháng 01 năm 2019 Hoàn thiện ngày 20 tháng 02 năm 2019 Chấp nhận đăng ngày 16 tháng năm 2019 Địa chỉ: Trường Đại học Vinh * Email: hoalunguyen@yahoo.com 40 ÐP V Dư, Ð V Nam, “Xây dựng giải pháp cho đối Robot bic tir do.”