Điều khiển thíh nghi robot

Mô hình hóa Robot dựa trên phương trình Lagrange .... Phương trình động lực học của Robot n thanh nối dựa trên phương trình Lagrange ...13 1.2.. Điều khiển trượt thích nghi trên cơ sở mạ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - VŨ QUỐC VIỆT ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI ROBOT Chuyên ngành: Điều khiển tự động hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NG DN KHOA HC: GS TS Phan Xuân Minh HÀ NI  2015 1706674952147deaf767e-9959-453e-a218-cab705e01cc3 1706674952147dfd32147-8a41-47e5-978f-b2871d84ca0f 1706674952146767dc016-7fb8-4a55-a3b3-2f8caf9a855d MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Chương Mơ hình động lực học robot n bậc tự .12 1.1 Mơ hình hóa Robot dựa phương trình Lagrange 12 1.1.1 Phương trình Lagrange tổng quát 12 1.1.2 Phương trình động lực học Robot n nối dựa phương trình Lagrange 13 1.2 Mơ hình trạng thái Robot 20 1.3 Các tính chất 22 1.4 Kết luận chương 25 Chương Điều khiển trượt thích nghi sở mạng nơ ron nhân tạo 26 2.1 Điều khiển trượt 26 2.1.1 Điều khiển đối tượng tích phân kép 26 2.1.2 Nguyên tắc chung điều khiển trượt .30 2.1.3 Đặc tính bền vững điều khiển trượt .31 2.1.4 Hiện tượng rung (chattering) điều khiển trượt 35 2.2 Mạng nơ ron nhân tạo 37 2.2.1 Giớ i thiêụ chung về ma ̣ng nơ ron 37 2.2.2 Cấ u trúc mang ̣ nơ ron nhân ta ̣o 40 2.3 Điều khiển trượt thích nghi sở mạng nơron nhân tạo cho robot n bậc tự 48 2.3.1 Đặt toán tổng hợp điều khiển trượt 48 2.3.2 Tổng hợp điều khiển trượt .49 2.3.3 Xấp xỉ hàm bất định mạng nơ ron hướng tâm 50 2.3.4 Phân tích tính ổn định hệ thống .54 2.3.5 Tổng hợp điều khiển trượt nơ ron thích nghi cho robot n bậc tự 56 Trang Chương Áp dụng thuật tốn điều khiển trượt thích nghi sở mạng nơ ron nhân tạo cho robot ba bậc tự .59 3.1 Mơ hình tốn học Robot ba bậc tự 59 3.2 Thiết kế điều khiển trượt thích nghi mạng nơ ron nhân tạo cho robot ba bậc tự 63 3.3 Mô kiểm chứng phần mềm Matlab 64 3.4 Kết luận chương 66 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 Trang LỜI CAM ĐOAN là cơng trình nghiên cu ca bt t trình nghiên cu t vic tp hp ngun tài liu, kin th hc Mi s  cho vic thc hin luc tác gi c c trích dn luc ch rõ ngun gc Tác giả Vũ Quốc Việt Trang DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hình 2.1: Thit k b u khing tích phân kép Hình 2.2: Qu o sai lch trng thái hit v gc t Hình 2.3: u khii theo nguyên tc phn hi tín hiu Hình 2.4: u khing tích phân kép Hình 2.5: B u khit nh bn vng Hình 2.6: Hing chattering Hình 2.7: Hàm bão hồ sat(s) Hình 2.8: p biên B(t) Hình 2.9: Cu trúc ca mn hình Hình 2.10: o Hình 2.11: Mơ hình m ron lp Hình 2.12: Mơ hình mu lp Hình 2.13: Mơ t m Hình 2.14: Mơ t mng tuyn tính Hình 2.15: Mơ t mng truyn thng Hình 2.16: Mơ t mng truyn thng có thi gian tr Hình 2.17: Mơ t mng Hopefield Hình 2.18: Mơ t m xun tâm Hình 2.19: Mơ t kin trúc m xun tâm Hình 3.1: Mơ hình 3D robot Scara bc t Hình 3.2: Qu o sai lch qu o ca khp Hình 3.3: Qu o sai lch qu o ca khp Hình 3.4: Qu o sai lch qu o ca khp Hình 3.5: Dc tính ca lc ma sát nhing lên khp Hình 3.6: Mơ men lng lên khp có lc ma sát nhing Trang MỞ ĐẦU                   t         Lịch sử nghiên cứu điều khiển robot công nghiệp nước            Trang      Tình hình nghiên cứu nước    : - Nhóm nghiên cu ca PGS.TSKH Phng Cát, Vin Công ngh Thông tin, Vin Hàn lâm Khoa hc Công ngh Vit Nam vi mt s   s hc ca m b u khin robot theo     Cơng trình đề cập đến việc sử dụng thuật di truyền (GA) thực tối ưu hóa hệ số học cho mạng hàm bán kính sở thành phần điều khiển robot theo phương pháp tính momen Vì hệ số học mạng nơron có ảnh hưởng lớn đến tốc độ hội tụ chất lượng trình điều khiển Trước đây, hệ số chọn kinh nghiệm phải thời gian dài tìm hệ số đáp ứng u cầu tốn điều khiển - Nhóm nghiên cp, PGS.T.S Nguyng, Hc vin K thut Quân s vi mt s u tay máy có kt cng hc song song - Nhóm nghiên cu: GS.TSKH Nguyn Thin Phúc, GS.TSKH Nguy  i hc Bách khoa Hà Ni vi mt s ng lc hc u khi Dựa robot phun cát di động (RoPC02) Viện nghiên cứu KHKT Bảo hộ lao động chế tạo nhóm tác giả xây dựng mơ hình học, xác định tham số động học, động lực học robot Sau sở phương trình động lực học thiết lập, tiến hành mô Trang số toán động học ngược, động lực học ngược điều khiển robot phun cát di động - Nhóm nghiên cu PGS.TS Lê Hồi Quc, S Khoa hc Cơng ngh T.P H Chí Minh v tay máy song song xây dng trung tâm gia công máy phay CNC trc Đề xuất sở tính tốn xác định thơng số động học, động lực học mơ hình hố phục vụ cho điều khiển tay máy song song Stewart-Gough Platform (Hexapod), giải mối quan hệ vận tốc, gia tốc chuyển động với chân ứng dụng; quan hệ ngoại lực tác động chuyển động với lực tác động chân hệ Dựa sở đó, hệ tay máy robot song song sáu chân (Hexapod) dựa nguyên lý Gough – Stewart Platform xây dựng cho mục đích hình thành trung tâm gia cơng máy phay CNC trục ảo t k tay máy song song dùng thut toán di truyn kt kp tp hp tTối ưu hóa thiết kế cho tay máy song song kiểu Stewart Platform Ứng dụng phương pháp điều tra không gian tham số PSI (Parameters Space Investigation) tập hợp tối ưu Pareto việc tìm kiếm tối ưu đa tiêu chí cho tay máy song song Đồng thời, thuật toán di truyền GA (Genetic Algorithm) ứng dụng nhằm tìm kiếm cấu hình thiết kế ban đầu cho q trình tối ưu hóa dùng Pareto Nhóm tác giả cho biết phương pháp kết hợp GA-Pareto có kết tối ưu tương đương với dùng tập hợp tối ưu Pareto tuý, cho phép giảm thiểu đáng kể thời gian tính tốn Đồng thời, khắc phục khó khăn chọn lựa cấu hình thiết kế ban đầu phù hợp cho tốn dùng PSI tập hợp tối ưu Pareto vùng không gian khảo sát Một số đề tài luận văn tiến sĩ nước đề cập giải là: -  ng dng k thut máy tính (CAE) k thu i máy cơng nghia tác gi Phi hNội dung đặt giải vấn đề tự động hóa tình tính tốn thiết kế robot, tạo khả thiết kế chương trình điều khiển robot thuận lợi Trang sử dụng Mô hoạt động robot máy tính giúp nhà thiết kế nhanh chóng lựa chọn phương án hình động học robot, đồng thời kiểm tra khả hoạt động robot thực nhiệm vụ công nghệ cụ thể -  u h u khin thích nghi-bn vt ng dng u khia tác gi Nguyi hc BK Hà Ni, Nội dung tổng quan hệ điều khiển Điều khiển trượt vấn đề chất lượng cho hệ điều khiển tay máy Nâng cao chất lượng hệ điều khiển chuyển động tay máy phương pháp điều khiển thành phần gián đoạn mode trượt Ứng dụng SMAC điều khiển đối tượng thực tế, mô thực nghiệm robot SCO5PLUS -  u, khc tính làm vic ca h thng chp hành ca robot công nghia tác gi Phi h 2009 Nội dung tổng quan đặc tính làm việc hệ thống chấp hành robot công nghiệp Bài toán ngược điều khiển động học robot Phương pháp giải toán ngược xây dựng đặc tính động học biến khớp Tổng hợp động học chế tạo thử nghiệm cấu chấp hành đặc biệt robot -  t s giu khin nhm nâng cao chng chuyng ca tay máy công nghia tác gi Võ Thu Hà, tr NNội dung nghiên cứu sử dụng quan sát trượt áp dụng luật thích nghi Li-Slotine cho robot Almega16 (Nguồn từ thư viện Quốc gia Việt Nam.) Tình hình nghiên cứu nước ngồi - Các cơng trình ca nhóm nghiên cu i Nht Bn, th hin rõ  tài liu Sao Kawamura, Mikhail Svinin (Eds) (2006): Advances in Robot Control pringer-Verlag Berlin Heidelberg - u khi m u khin bám robot Wei Sun, Yaonan Wang (2004): A Recurrent Fuzzy NeuralNetwork Based Trang Adaptive Control and Its Application on Robotic Tracking Control Neural Information Processing-Letters and Reviews, Vol 5, No 1, October 2004 - D báo sai lch da bám Jacobian thích nghi cho Robot vi thơng s ng hc ng lc hc khơng bit xác Hanlei Wang, Yongchun Xie (2009): Prediction Error Based Adaptive Jacobian Tracking of Robots With Uncertain Kinematics and Dynamics IEEE Transaction on Automatic Control, vol 54, no 12 - Phn hu thích nghi phi tuyn cho chuyng tay máy robot John M Daly and Howard M Schwartz (2005): Non-Linear Adaptive Output Feedback Control of Robot Manipulators, Carleton University - Thit k qu u khin cho robot Planar vi khp cui th ng Ngồi cịn áp dng tính th ng c thit k b u khin da c tính (Jeffrey T Spooner, Manfredi Maggiore, Rẳl Ordóđez, Kevin M Passino (2002): Stable adaptive control and estimation for nonlinear system copyright by John Wiley & Sons, Inc.), s dng b quan sát trng thái (Salim Ibrir (2009): Algebraic observer design for a class of uniformly-observable nonlinear systems: Application to 2-link robotic manipulator, Proceedings of the 7th Asian Control Conference,Hong Kong, China, August 27-29, 2009) - iu khin d báo, s dng cơng c m, mng noron cơng trình khác c lu  c phn tài liu tham kho           Trang