Nhợc điểm của hệ thích nghi trên là các phơng pháp đánh giá đều dựa trên giả thiết là các tham số đánh giá không đổi hoặc biến đổi chậm và không đảm bảo ổn định bền vững khi đối tợng
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI *********♦********* NGUYỄN NGỌC TÙNG NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG DIỀU KHIỂN BỀN VỮNG THÍCH NGHI CHO CHUYỂN ĐỘNG RÔ BỐT LUẬN VĂN THẠC SĨ NGHÀNH : ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS NGUYỄN MẠNH TIẾN HÀ NỘI 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205234751000000 Môc lôc Trang Lêi mở đầu Lời cảm ơN Lời cam đoan Chơng I: Tổng quan Robot điều khiển Robot 1.1 CÊu tróc Robot c«ng nghiƯp………………………………… 1.2 BËc tự toạ độ suy rộng 1.3 Nhiệm vụ lập trình điều khiển robot 1.4 Hệ toạ độ vùng làm việc 1.5 Phân loại Robot công nghiệp 1.6 Mô hình toán học Robot 1.7 Một số mô hình với điều khiển PID Chơng II: Các hệ thống điều khiển chuyển động 10 2.1 Phơng pháp điều khiển độc lập có phản hồi 10 2.2 Phơng pháp điều khiển động lực học ngợc 13 2.3 Phơng pháp điều khiển phân ly phi tuyến 15 2.4 Phơng pháp điều khiển kiểu trợt 16 2.5 Phơng pháp điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu 20 2.6 Phơng pháp điều khiển thích nghi tự chỉnh 22 2.7 Phơng pháp điều khiển động lực học thích nghi Chơng III: Xây dựng thuật toán điều khiển theo phơng pháp 24 điều khiĨn thÝch nghi bỊn v÷ng……………………………………… 25 3.1 Tỉng quan vỊ điều khiển bền vững 25 3.2 Độ bất định đối tợng điều khiển thích nghi bền vững 31 3.3 Uớc lợng thông số online 37 3.4 Tổng hợp điều khiển phơng pháp áp đặt cực 44 3.5 Xây dựng hệ điều khiển thích nghi tự chỉnh 52 3.6 Hệ điều khiển thích nghi bền vững 59 4.3 Các thuật toán đánh giá bền vững 60 Chơng IV: Xây dựng thuật toán hệ điều khiển thích nghi bền vững cho cấu Robot ứng dụng cho cấu Robot hai nối, mô hình khớp độc lập 68 4.1 Phơng trình động häc cđa Robot hai nèi ……………… 68 4.2 §éng lực học robot với cấu chấp hành 69 4.3 Xây dựng thuật toán điều khiển 72 Chơng Mô máy tính 79 5.1 ứng dụng thực tÕ cho Robot Scara Serpent………………… … 79 5.2 C¸c kÕt mô 87 Kết luận 93 Tài liệu tham khảo 95 Lời Mở đầu Ngày nay, lý thuyết điều khiển thích nghi đà đợc phát triển đa dạng, có nhiều công trình nghiên cứu vấn đề này, đặc biệt hệ tuyến tính đà đợc nghiên cứu tơng đối hoàn chỉnh Điều khiển thích nghi đà đa vào ứng dụng thực tế cho hệ chất lợng cao, đặc biệt nhờ vào phát triển mạnh thiết bị tính toán xư lý cho phÐp thùc thi c¸c tht to¸n thÝch nghi phức tạp chơng trình hóa đảm bảo khả đáp ứng thời gian thực nâng cao chất lợng điều khiển cho đối tợng phức tạp Hầu hết hệ thích nghi đợc thiết kế bền vững với bất định thông số điều kiện lý tởng với giả thiết đà biết đầy đủ đối tợng, tức mô hình đánh giá phản ánh xác đối tợng Nhợc điểm hệ thích nghi phơng pháp đánh giá dựa giả thiết tham số đánh giá không đổi biến đổi chậm không đảm bảo ổn định bền vững đối tợng tồn thành phần động học khó mô hình đợc (unmodeled dynamics) có nhiễu bị chặn (bounded disturbances) Nhiều công trình nghiên cứu lý thuyết thực tế đà chứng tỏ điều Do đó, từ thập niên 80 đến nay, nhiều công trình nghiên cứu thiết kế lại hiệu chỉnh nhằm nâng cao tính bền vững (robustness) hệ điều khiển thích nghi cho đối tợng Điều dẫn đến hệ điều khiển thích nghi mới: Hệ điều khiển thích nghi bền vững (Robust adaptive control) Vì điều khiển thích nghi có hai phần chính: điều khiển luật thích nghi (luật đánh giá) nên hớng xây dựng hệ điều khiển thích nghi bền vững theo hai hớng: - Xây dựng luật điều khiển bền vững cho ®iỊu khiĨn s¬ ®å ®iỊu khiĨn thÝch nghi VÝ dụ điều khiển bền vững không gian Hardy, H H2 - Xây dựng đánh giá đặc biệt để đạt đợc tính bền vững hệ điều khiển thích nghi Đa số đánh giá đặc biệt hiệu chỉnh lại đánh giá kinh điển Ví dụ luật đánh gi¸ víi hiƯu chØnh Leakage, Lyapunop leakage, least square leakage, gradient leakage, luật projection, vùng chết Luận văn tập trung xây dựng hệ điều khiển thích nghi bền vững theo hớng thứ hai, luận văn gồm chơng: Chơng 1: Tổng quan Robot điều khiển Robot Chơng 2: Các hệ thống điều khiển chuyển động Chơng 3: Xây dựng thuật toán điều khiển theo phơng pháp điều khiển thích nghi bền vững Chơng 4: Xây dựng thuật toán hệ điều khiển thích nghi bền vững cho cơcấu robot ứng dụng cho cấu robot hai nối, mô hình khớp độc lập Chơng 5: Mô máy tính Lời Cảm ơn Tôi xin gửi lời cám ơn chân thành tới thầy giáo, Tiến sỹ Nguyễn Mạnh Tiến, ngời đà hớng dẫn hoàn thành luận văn Xin gửi lời cám ơn tới thầy, cô giáo Khoa Điện - Trờng đại học Bách Khoa Hà Nội , Trung tâm đào tạo sau đại học bạn bè lớp đà giúp đỡ suốt trình học tập trình thực luận văn Học viên Nguyễn Ngọc Tùng Lời CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết luận văn đợc xây dựng hoàn toàn thân nghiên cứu thực dựa hớng dẫn thầy giáo hớng dẫn tham khảo tài liệu đà đợc trích dẫn Học viên Nguyễn Ngọc Tùng Chơng I Tổng quan Robot điều khiển Robot 1.1 Cấu tróc Robot c«ng nghiƯp Mét Robot c«ng nghiƯp th«ng thêng bao gåm c¸c bé phËn chđ u sau: 1.1.1 Tay máy Tay máy gồm phận: - Chân đế ; - Xe di động; - Thân; - Cách tay trên; - Cánh tay dới; - Bàn kẹp 1.1.2 Hệ thèng trun dÉn ®éng HƯ thèng trun dÉn ®éng cã thể khí, thuỷ khí điện khí, phận chủ yếu tạo nên dịch chuyển khớp động 1.1.3 Hệ thống điều khiển Hệ thống điều khiển đảm bảo hoạt động Robot theo thông tin đặt trớc nhận biết trình làm việc 1.1.4 Hệ thống cảm biến tín hiệu HƯ thèng c¶m biÕn tÝn hiƯu thùc hiƯn viƯc nhËn biết biến đổi thông tin hoạt động thân Robot (cảm biến nội tín hiệu) môi trờng, đối tợng mà Robot phục vụ (cảm biến ngoại tín hiệu) Các thông tin đặt trớc cảm biến đợc đa vào hệ thống điều khiển sau xử lý máy vi tính, tác động vào hệ thống truyền dẫn động tay máy Trực tiếp liên hệ với bàn kẹp dụng cụ (tools) thao tác với môi trờng đối tợng làm việc 2 Bậc tự tọa ®é suy réng 1.2.1 BËc tù Robot c«ng nghiƯp loại thiết bị tự động nhiều công dụng Cơ cấu tay máy chúng phải đợc cấu tạo cho bàn kẹp giữ vật kẹp theo hớng định di chuyển dễ dàng vùng làm việc Muốn cấu tay máy phải đạt ®ỵc mét sè bËc tù chun ®éng 1.2.2 Täa độ suy rộng Các cấu hình khác cấu tay máy thời điểm đợc xác định độ dịch chuyển góc độ dịch chuyển dài khớp động khớp tịnh tiến Các độ dịch chuyển tức thời đó, so với giá trị ban đầu lấy làm mốc tính toán đợc gọi tọa độ suy rộng, gọi giá trị biến khớp 1.3 Nhiệm vụ lập trình điều khiển Robot Việc thực điều khiển vị trí cho khâu tác động cuối robot đảm bảo đạt tới vị trí mong muốn không gian decade mà phải đạt tới vị trí với hớng tuỳ ý xác định Chính để điều khiển Robot phải quan tâm đến vị trí chiếm không gian làm việc hớng tác động cuối Vị trí điểm tác động cuối, điểm E, đợc xác định tọa độ xE , yE , zE hệ tọa độ cố định, hớng tác động khâu cuối xác định trục xn, yn, zn gắn liền với khâu cuối điểm E, thông số góc , , Giá trị tọa độ x E, yE, zE thông số góc , , phụ thuộc vào giá trị biến khớp q i cấu tay máy 1.4 Hệ tọa độ vùng làm việc 1.4.1 Hệ tọa độ Các chuyển động tay máy hoạt động hệ tọa độ khác nh: - HƯ täa ®é trơ; - HƯ täa ®é cầu; - Hệ tọa độ vuông; - Hệ tọa độ góc hay gọi hệ tọa độ sinh: hệ tọa độ đợc dùng nhiều Robot dùng hệ tọa độ có u điểm vùng thao tác tơng đối lớn so với kích cỡ thân Robot Ngày nay, đa dạng sản xuất đà thúc đẩy đời nhiều loại robot kể hệ tọa độ mới, không hoàn toàn giống hệ tọa độ đà kể 1.4.2 Vùng làm việc Vùng làm việc Robot khoảng không gian mà thao tác đợc 1.5 Phân loại Robot công nghiệp Có thể phân loại Robot công nghiệp theo nhiều cách khác nhau: - Theo vị trí công tác phân làm loại: Robot cấp thoát phôi, Robot vận chuyển, Robot vặn năng; - Theo dạng công nghệ chuyên dụng phân loại: robot sơn, robot hàn, robot lắp ráp; - Theo cách thức đặc trng điều khiển phân loại: Robot điều khiển tự động, robot điều khiển dạy học, robot điều khiển tay, robot nhìn đợc; - Theo hệ toạ độ đợc dùng thực chuyển động phân robot hoạt động theo hệ tọa độ trụ, cầu sinh 1.6 Mô hình toán học Robot Một tay máy đợc mô tả dới dạng giản đồ, theo quan điểm học nh chuỗi động học hở nối cứng đợc nối với theo khớp quay khớp tịnh tiến để tạo thành góc quay chuyển động cấu Để Robot thao tác linh hoạt, cấu chấp hành phải cấu tạo cho điểm mút khâu cuối (điểm tác động cuối) đảm bảo dễ dàng di chuyển theo quỹ đạo đó, đồng thời khâu có định híng nhÊt