Nâng cao chất lượng điều khiển cho robot Scara, chương 11 docx

CHƯƠNG 11 MÔ PHỎNG VỚI MÔ HÌNH ROBOT SCARA SERPENT 4.1. Đặt vấn đề Trong chương III đã tiến hành xây dựng mô hình của các khâu tính toán, mô hình robot và bộ điều khiển PID. Sau đó đã xây d ựng các chương trình phục vụ mô phỏng và khảo sát các chế độ làm việc của hệ thống. Trong chương này sẽ trình bày các kết quả khảo sát nhận được thông qua các chương trình mô phỏng nêu trên. Thông qua vi ệc đánh giá sai số quỹ đạo đặt và quỹ đạo thực để đánh giá chất lượng điều chỉnh bám chính xác của phương ph áp điều khiển được nghiên cứu. Việc mô hình hóa và nghiên cứu mô phỏng hệ thống điều khiển chuyển động được thực hiện trên nền Matlab-Simulink, giao di ện GUI. 4.2. Sơ đồ mô hình hóa các khâu của hệ thống 4.2.1. Mô hình chung của robot Tạo quỹ đạo chuyển động chuẩn Bộ điều khiển mô men động Cơ cấu chấp hành (Robot) tt tt ,   & u i d d ,   & Phản hồi Hình 4.1: Sơ đồ khối mô hình hóa robot Scara Serpent sử dụng bộ điều khiển mômen động. Động lực học của robot Scara Serpent được mô tả bằng hệ phương tr ình trạng thái (2.71), (2.72) và (2.73) tương ứng với 3 khớp quay của robot. Mỗi hệ phương trình vi phân cho từng khớp gồm hai phương trình vi phân với biến trạng thái là góc quay )x(q 1ii và tốc độ góc của khớp )x(q 2ii  . Các biến trạng thái đó sẽ được xác định bằng tích phân các trạng thái tương ứng (Hình 3.3). 4.2.2. Mô hình khối tạo quỹ đạo chuyển động chuẩn Hình 4.2 mô tả sơ đồ khối tạo quỹ đạo chuyển động chuẩn. Các điều kiện đầu v à cuối của quỹ đạo chuyển động chuẩn được tính thông qua các toạ độ đặt (x 0 , y 0 ), (x c , y c ) và thời gian chuyển động (t d ). Quỹ đạo chuyển động chuẩn của cả 3 khớp được xác định theo 3 giai đoạn: gia tốc, tốc độ không đổi v à giảm tốc, biểu diễn bằng các phương trình (3.8), (3.10) và (3.14). Hình 4.2: Sơ đồ khối tạo quỹ đạo chuyển động chuẩn. 4.2.3. Mô hình bộ điều khiển Hình 4.3: Mô hình bộ điều khiển cho khớp 1 của robot Scara Serpent. Các kh ớp 2, 4 có mô hình bộ điều khiển cũng tương tự như khớp 1. Bộ tham số [K P , K I , K D ] của bộ điều khiển PID được chọn theo phương pháp Ziegler – Nichols. 4.3. Giao diện chương trình mô phỏng robot Scara Serpent Khi chạy chương trình mô phỏng ta đánh lệnh >> RBSCARA_SP trên cửa sổ chính của chương trình Matlab, trên màn hình hi ện ra bảng làm việc chính như sau: Hình 4.4: Menu chính của chương trình. Chương trình RBSCARA_SP gồm các chức năng chính sau: - Nh ập các thông số cho mô hình. - Động học thuận. - Động học ngược. - Mô phỏng. - Hiển thị. - Thoát. Chương trình được thiết kế trên giao diện GUI trong Matlab, với các nút thực hiện các chức năng như trên. Các chức năng của chương trình được giới thiệu như ở dưới: Các thông số của robot Scara Serpent được nhập vào khối thông số của robot như Hình 4.5. Hình 4.5: Thông số của mô hình robot Scara Serpent. Khi ta nh ấn vào nút Động học thuận: Chương trình tính vị trí điểm tác động cuối của robot khi biết giá trị góc quay các khớp như Hình 4.6. Hình 4.6: Động học thuận robot Scara Serpent. Nhập giá trị góc quay các biến khớp 1 và 2 với giới hạn góc quay như sau:  1 = -96 0  96 0 (so với trục Ox);  2 = -115 0  115 0 (so với trục thanh 1). Chương trình sẽ báo lỗi nếu giá trị nhập vào không nằm trong giới hạn góc quay: Hình 4.7: Động học thuận robot Scara Serpent (báo lỗi). Khi ta nhấn vào nút Động học ngược: Chương trình tính góc quay c ủa các khớp khi biết vị trí tọa độ của tay máy robot như Hình 4.8. Hình 4.8: Động học ngược robot Scara Serpent. Tay robot được thiết kế chuyển động theo một quỹ đạo xuất phát từ vị trí ban đầu có toạ độ điểm đầu (x 0 , y 0 ) đến vị trí cuối có toạ độ điểm cuối (x c , y c ) với thời gian chuyển động là t d (Hình 4.2). Các to ạ độ ban đầu và kết thúc phải thoả mãn điều kiện (4.1) và giá trị định vị N x phải thoả mãn điều kiện (4.2). Và 2 2 2 X Y (0.4)   . (4.1) Giá tr ị định vị : x N < 1. ( 4.2) Chương trình sẽ báo lỗi nếu giá trị (X, Y, x N ) nhập vào không n ằm trong giới hạn: Hình 4.9: Động học ngược robot Scara Serpent (báo lỗi). Khi ta nhấn vào nút Mô phỏng: Mô hình sẽ hiện ra như Hình 4.10. Hình 4.10: Sơ đồ khối mô hình chuẩn robot Scara Serpent. Khi ta nh ấn vào nút Hiển thị: Đưa ra bảng thông số của robot như Hình 4.11. Hình 4.11: Bảng thông số của robot Scara Serpent. . bộ điều khiển Hình 4.3: Mô hình bộ điều khiển cho khớp 1 của robot Scara Serpent. Các kh ớp 2, 4 có mô hình bộ điều khiển cũng tương tự như khớp 1. Bộ tham số [K P , K I , K D ] của bộ điều khiển. quỹ đạo thực để đánh giá chất lượng điều chỉnh bám chính xác của phương ph áp điều khiển được nghiên cứu. Việc mô hình hóa và nghiên cứu mô phỏng hệ thống điều khiển chuyển động được thực. CHƯƠNG 11 MÔ PHỎNG VỚI MÔ HÌNH ROBOT SCARA SERPENT 4.1. Đặt vấn đề Trong chương III đã tiến hành xây dựng mô hình của các khâu tính toán, mô hình robot và bộ điều khiển PID. Sau