0

ứng dụng của simmechanics simulink matlap trong việc mô phỏng robot

119 1,194 2

Đang tải.... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Tài liệu liên quan

Thông tin tài liệu

Ngày đăng: 15/01/2015, 11:12

Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội cộng hoà x hội chủ nghĩa việt nam Độc lập Tự do Hạnh phúc Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Họ và tên sinh viên: Lu Văn Hiệu Số hiệu sinh viên: 20001137 Họ và tên sinh viên: Lơng Văn Hng Số hiệu sinh viên: 20001464 Khoá: 45 Khoa: Cơ khí Ngành: Công nghệ chế tạo máy 1. Đề tài: ứng dụng công cụ Simmechanics mô phỏng hệ điều khiển cần trục 2. Các tài liệu: - Các tài liệu về phần mền matlab, công cụ Simulink, công cụ Simmechanics - Các tài liệu về lý thuyết điều khiển 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: - Giới thiệu chung về Matlab, Simulink & Simmechanics - Giới thiệu chung về cần trục - Giới thiệu về bộ điều khiển PID - Mô phỏng cơ cấu động học của cần trục trên Matlab - Thiết kế & mô phỏng hệ điều khiển cần trục trên Matlab - Kết quả của đồ án 4. Họ và tên cán bộ hớng dẫn: ThS. Đào Bá Phong Lu Văn Hiệu & Lơng Văn Hng CTM4 - K45 1 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN 5. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 7. Ngày hoàn thành đồ án: Ngày tháng năm Chủ nhiệm Bộ môn Cán bộ hớng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp, ngày tháng năm Ngời duyệt Lu Văn Hiệu & Lơng Văn Hng CTM4 - K45 2 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội. Bản nhận xét đồ án tốt nghiệp Họ và tên sinh viên: Lu Văn Hiệu Số hiệu sinh viên: 20001137 Họ và tên sinh viên: Lơng Văn Hng Số hiệu sinh viên: 20001464 Ngành: Công nghệ chế tạo máy Khoá: 45 Cán bộ hớng dần: ThS. Đào Bá Phong Cán bộ duyệt: Nhận xét của giáo viên hớng dẫn: Lu Văn Hiệu & Lơng Văn Hng CTM4 - K45 3 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN Ngµy th¸ng n¨m Ng−êi h−íng dÉn L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 4 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội. Bản nhận xét đồ án tốt nghiệp Họ và tên sinh viên: Lu Văn Hiệu Số hiệu sinh viên: 2000 Họ và tên sinh viên: Lơng Văn Hng Số hiệu sinh viên: 20001464 Ngành: Công nghệ chế tạo máy Khoá: 45 Cán bộ hớng dần: ThS. Đào Bá Phong Cán bộ duyệt: Nhận xét của giáo viên duyệt: Lu Văn Hiệu & Lơng Văn Hng CTM4 - K45 5 §å ¸n tèt nghiÖp Bé m«n GCVL&DCCN Ngµy th¸ng n¨m Ng−êi duyÖt L−u V¨n HiÖu & L−¬ng V¨n H−ng CTM4 - K45 6 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Lời nói đầu Công nghệ mô phỏng đang dần chiếm một vị trí quan trọng trong quá trình sản xuất. Bởi vì sau quá trình tính toán thiết kế chúng ta rất mong đợi một cách nào đó xem hệ thống hoạt động có đúng nh mong đợi không, tránh việc đi vào sản xuất luôn mà chẳng may gặp nỗi thiết kế, tính toán nào đó gây lãng phí lớn cả về vật chất lẫn thời gian. Vì vậy cùng với quá trình tính toán thiết kế kết hợp với công cụ mô phỏng chúng ta có thể mô phỏng luôn hệ thống để khảo sát hệ thống, xem hệ thống hoạt động nh thế nào đã đúng nh mong đợi cha. Qua đó có thể rút ngắn thời gian và giảm chi phí nghiên cứu phát triển sản phẩm một cách đáng kể. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi sản phẩm là các hệ thống thiết bị kỹ thuật phức hợp với giá trị kinh tế cao. Cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử và tin học Công nghệ mô phỏng đang phát triển rất nhanh với hớng ứng dụng tin học. Nhiều nớc tiên tiến trên thế giới đã nghiên cứu và cho ra đời những phần mềm mô phỏng mạnh với dao diện đồ hoạ và khả năng hoạt động nh thật. Một trong những phần mềm đó là phần mềm Matlab, một công cụ mạnh cho phép mô phỏng và khảo sát đối tợng, hệ thống hay quá trình kỹ thuật vật lý vv. Bằng công cụ Simulink và SimMechanics trong phần mềm Matlab, với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo Đào Bá Phong chúng tôi, hai sinh viên Lu Văn Hiệu và Lơng Văn Hng đã tiến hành thiết kế mô phỏng một hệ thống điều khiển cần trục, một công cụ thiết yếu dùng trong xây dựng và công nghiệp để di chuyển vật nặng, hàng hoá và vật liệu. Trên cơ sở mô hình toán của cần trục quay, chúng tôi thiết kế hai bộ điều khiển riêng bao gồm bộ điều khiển tịnh tiến hớng kính và bộ điều khiển quay. Bên trong mỗi bộ điều khiển , có hai bộ điều khiển PID đợc dùng _ bộ điều khiển PID tự hiệu chỉnh cho đúng chuyển động hớng kính và chuyển động quay của cần trục, bộ điều khiển PID làm giảm dần sự dao động của vật nặng đến mức nhỏ nhất có thể. Những kết quả mô phỏng cho thấy rằng hoạt động của bộ điều khiển là tốt. Qua đây hai chúng tôi xin đợc bầy tỏ lòng biết ơn sâu xắc đến thầy giáo Đào Bá Phong ngời đã tận tình hớng dẫn hai chúng tôi trong suốt quá trình làm đồ án. Cũng xin đợc cảm ơn thầy Hoàng Vĩnh Sinh đã cho chúng tôi nhiều ý kiến quý báu giúp chúng tôi hoàn thành đồ án này. Do thời gian có hạn cũng nh sự hạn chế về kiến thức của chúng tôi, hẳn chúng tôi còn những thiếu sót rất mong những góp ý, những lời nhận xét bổ sung của các thầy và các bạn sinh viên. Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2005 Hai sinh viên: Lu Văn Hiệu Lơng Văn Hng Lu Văn Hiệu & Lơng Văn Hng CTM4 - K45 7 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Mục lục Phần1: Phần mền matlab, công cụ simulink và khối simmechanics 10 1.1. Phần mền matlab, công cụ simulink 10 1.2. công cụ simmechanics 10 1.2.1. Th viện bodies 10 1.2.1.1. Khối Body 10 1.2.1.2. Khối Ground 17 1.2.2. Th viện Constraints & Drivers 18 1.2.2.1. Khối Angle driver 18 1.2.2.2. Khối Distance driver 20 1.2.2.3. Khối Linear driver 21 1.2.2.4. Khối Velocity driver 22 1.2.2.5. Khối Point- curve driver 24 1.2.2.6. Khối Parallel constraint 26 1.2.2.7. Khối Gear constraint 27 1.2.3. Th viện Joints: 29 1.2.3.1. Khối Primastic 29 1.2.3.2. Khối Revolute 33 1.2.3.3. Khối Spherical 34 1.2.3.4. Khối Planar 36 1.2.3.5. Khối Univeral 37 1.2.3.6. Khối Cylindrical 39 1.2.3.7. Khối Gimbal 40 1.2.3.8. Khối Custom joint 41 1.2.3.9. Khối Weld 43 1.2.3.10. Khối Telescoping 44 1.2.3.11. Khối In-Plane 45 1.2.3.12. Khối Bushing 47 1.2.3.13. Khối Bearing 48 1.2.3.14. Khối Sĩx-DoF 49 1.2.3.15. Khối Screw 50 1.2.4. Th viện Sensor & Actuators 52 1.2.4.1. Khối Body actuator 52 1.2.4.2. Khối Joint actuator 54 1.2.4.3. Khối Driver Actuator 58 1.2.4.4. Khối Body sensor 61 1.2.4.5. Khối Joint sensor 64 1.2.4.6. Khối Constraint & driver sensor 69 1.2.4.7. Khối Joint Initial Condition Actuator 72 1.2.4.8. Khối Joint Stiction Actuator 74 1.2.5. Th viện Utilities 76 1.2.5.1. Khối Connection ports 76 Lu Văn Hiệu & Lơng Văn Hng CTM4 - K45 8 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Phần2: ứNg dụng công cụ simmechanics mô phỏng hệ điều khiển cần trục 78 2.1. Giới thiệu về Cần trục 78 2.2. Đặt vấn đề 79 2.3. Mô phỏng hệ thống cơ động học của cần trục quay với công cụ SimMechanics 80 2.3.1. Các giả thiết khi mô phỏng 80 2.3.2. Mô phỏng hệ thống cơ động học 81 2.4. Sơ đồ hệ thống điều khiển 88 2.4.1. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển 88 2.4.2. Chọn bộ điều khiển PID 89 2.4.2.1. Lý do chọn bộ điều khiển PID 89 2.4.2.2. Giới thiệu về bộ điều khiển PID 90 2.4.3. Sơ đồ các bộ điều khiển 92 2.4.3.1. Sơ đồ khối bộ điều khiển tịnh tiến hớng kính 92 2.4.3.2. Sơ đồ khối bộ điều khiển quay 93 2.5. Mô phỏng hệ thống điều khiển với công cụ Simulink 94 2.5.1. Mô phỏng bộ điều khiển tịnh tiến hớng kính 95 2.5.2. Mô phỏng bộ điều khiển quay 96 2.6. Ghép nối hệ thống điều khiển với hệ thống cơ động học 97 2.6.1. Khối tính toán thông số ghép nối 97 2.6.2. Ghép nối hệ điều khiển với hệ thống cơ động học 99 2.7. Tính toán bộ điều khiển PID 99 2.7.1. Định hớng tính toán các thông số bộ điều khiển PID 99 2.7.2. Tính toán các thông số PID cho bộ điều khiển tịnh tiến hớng kính 100 2.7.3. Tính toán các thông số PID cho bộ điều khiển quay 101 2.7.4. Kiểm tra và hiệu chỉnh các thông số PID trong trờng hợp các bộ điều khiển đồng thời hoạt động 102 2.8. Mô phỏng & đánh giá chất lợng mô phỏng 102 2.8.1. Tiến hành mô phỏng 102 2.8.1.1. Kết quả mô phỏng khi không có hệ điều khiển 103 2.8.1.2. Kết quả mô phỏng khi có hệ điều khiển 103 2.9. hớng phát triển 117 Kết luận 118 Lu Văn Hiệu & Lơng Văn Hng CTM4 - K45 9 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Phần1: Phần mền matlab, công cụ simulink và khối simmechanics 1.1. Phần mền matlab, công cụ simulink MATLAB là một bộ chơng trình phần mền lớn đợc viết cho máy tính PC nhằm hỗ trợ cho các tính toán khoa học kĩ thuật với các phần tử cơ bản là các ma trận. Thuật ngữ Matlab là chữ viết tắt từ hai từ MATrix và LABoratory, thể hiện định hớng chính của chơng trình là các phép tính vector và ma trận. Phần cốt lõi của chơng trình bao gồm các hàm toán học, các chức năng xuất nhập cũng nh các khả năng điều khiển chơng trình. MATLAB cung cấp các toolbox với phạm vi chức năng chuyên dụng khác nhau. Ví dụ nh : một số toolbox liên quan tới điều khiển( control system toolbox, Optimzation toolbox ) ; các toolbox liên quan tới lĩnh vực điện, cơ khí SIMULINK là một công cụ của MATLAB nhằm mục đích mô hình hoá, mô phỏng và khảo sát các hệ thống động học. Giao diện đồ hoạ trên màn hình của SIMULINK cho phép thể hiện hệ thống dới dạng sơ đồ tín hiệu với các khối chức năng quen thuộc. SIMULINK cung cấp cho ngời sử dụng một th viện rất phong phú, có sẵn với số lợng lớn các khối chức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến và gián đoạn. 1.2. công cụ simmechanics SIMMECHANICS là một công cụ của Matlab cho phép ngời dùng mô hình hoá đợc các chi tiết cơ khí, từ đó xây dựng đợc mô hình các bộ phận máy, các máy cơ khí. SIMMECHANICS gồm có các th viện và các khối sau: 1.2.1. Th viện bodies 1.2.1.1. Khối Body Mục đích: Biểu diễn một vật thể cứng tuỳ ý Lu Văn Hiệu & Lơng Văn Hng CTM4 - K45 10 [...]...Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Mô tả: Khối Body biểu diễn một vật thể cứng mà thuộc tính của nó là tuỳ ý bạn Sự miêu tả, bạn cần ấn định bao gồm: Khối lợng của vật thể và tensor mômen quán tính Toạ độ trọng tâm của vật thể (CG) Một số hệ toạ độ Body tuỳ ý (CSs) Một vật thể cứng đợc xác định trong không gian bởi vị trí trọng tâm và hớng của nó trong một hệ toạ độ nào đó Việc đặt những điều kiện... trí trọng tâm của nó Hớng ban đầu đợc đặt bởi những thành phần tensor quán tính của nó (trong hệ toạ độ trọng tâm) và hớng của những trục toạ độ trọng tâm đối với hệ toạ độ khác trong máy Điều kiện ban đầu của một máy có thể đợc thay đổi với khối Joint Initial Condition Actuator trớc khi bắt đầu quá trình mô phỏng Nếu bạn không thay đổi trạng thái ban đầu của một Body trớc khi mô phỏng, SimMechanics. .. Body xác định vỏ lồi của Body, một trong số những hình biểu tợng xuất hiện biểu diễn một Body trong không gian Lu Văn Hiệu & Lơng Văn Hng CTM4 - K45 11 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Thuộc tính khối lợng đợc định nghĩa bởi khối lợng của Body và tensor quán tính Khối lợng là quán tính của Body ứng với gia tốc dịch chuyển của trọng tâm bằng 1 trong sự phản ứng với một lực tác dụng bằng 1 đơn vị ... Bạn sử dụng nó để điều khiển SimMechanics thể hiện topology dới dạng biểu đồ Lu Văn Hiệu & Lơng Văn Hng CTM4 - K45 32 Bộ môn GCVL&DCCN Đồ án tốt nghiệp Lựa chọn Mark as the preferred cut joint Trong một vòng đóng, một và chỉ một khớp đợc giao nhau trong suốt quá trình mô phỏng SimMechanics làm sự giao nhau bên trong và tự động Nếu bạn muốn khớp đặc biệt này đợc u đãi thêm cho việc giao nhau trong suốt... định hớng của Body đối với những Body khác hay đối với World Tensor quán tính của Body định nghĩa trục chính của nó, mômen và ellipsoid tơng đơng của nó, một trong số những hình biểu tợng xuất hiện cho sự biểu diễn một Body trong không gian Ngầm định trạng thái ban đầu của một Body (Default Initial State of a Body) Hai bộ thuộc tính đó xác định vị trí và hớng ban đầu của Body: Vị trí ban đầu của Body... một điểm cố định trên nền/giá đỡ, nơi đặt gốc của hệ toạ độ World Mô tả Một khối Ground biểu diễn một điểm cố định trong hệ toạ độ tuyệt đối World Gắn khối này vào một bên của khớp để ngăn chặn sự chuyển động của bên đó của khớp Nh vậy thì khối này tơng ứng với một ngàm Lu Văn Hiệu & Lơng Văn Hng CTM4 - K45 17 Đồ án tốt nghiệp Bộ môn GCVL&DCCN Ground nằm trong th viện Bodies và nó chính là một body... ba thành phần Thành phần bằng số của vector mang theo đơn vị của nó Sự quay đợc định hớng đối với bộ những trục toạ độ của hệ toạ độ tồn tại trớc trong môhình máy của bạn Những thành phần vector hớng đợc thể hiện trong sự qui ớc miêu tả chuyển động quay Hình 1.2.1.1d: Bảng thông số xác định hớng của body * Orientation vector (Vector hớng) Nhập vào những thành phần của vector quay mà xác định hớng... phản ứng với một lực tác dụng bằng 1 đơn vị Tensor quán tính thể hiện sự phân bố mật độ khối lợng trong Body và điều khiển gia tốc quay của Body xung quanh trọng tâm bằng sự phản ứng với một mômen tác dụng Những thành phần của tensor quán tính điều khiển hớng ban đầu của Body và luôn luôn đợc thể hiện nh trong những trục hệ toạ độ trọng tâm Hớng những trục hệ toạ độ trọng tâm đối với hệ toạ độ khác... Driver với một khối Driver Actuator Tín hiệu vào Simulink trong Driver Actuator xác định hàm truyền phụ thuộc thời gian f(t) và hai đạo hàm đầu của nó cũng nh những đơn vị của nó Nếu bạn không kích động Angle Driver, khối này hoạt động nh một sự cỡng bức thời gian độc lập mà làm cố định góc giữa hai trục Body ở tại giá trị ban đầu của nó trong suốt quá trình mô phỏng Các Driver hạn chế bậc tự do tơng đối... và hớng ban đầu của vật thể đợc cài đặt bởi những mục nhập trong hộp thoại Body của nó Những điều kiện ban đầu đó giữ nguyên không thay đổi; trừ phi, bạn nối nó với một khối tạo điều kiện ban đầu cho khớp( Joint Initial Condition Actuator), bạn thay đổi điều kiện ban đầu của khớp đã đợc nối với Body trớc khi bắt đầu mô phỏng, hoặc bạn kích động Body với một khối Body Actuator Trong SimMechanics, bạn . Bộ môn GCVL&DCCN Phần2: ứNg dụng công cụ simmechanics mô phỏng hệ điều khiển cần trục 78 2.1. Giới thiệu về Cần trục 78 2.2. Đặt vấn đề 79 2.3. Mô phỏng hệ thống cơ động học của cần. thông số PID trong trờng hợp các bộ điều khiển đồng thời hoạt động 102 2.8. Mô phỏng & đánh giá chất lợng mô phỏng 102 2.8.1. Tiến hành mô phỏng 102 2.8.1.1. Kết quả mô phỏng khi không. triển của công nghệ điện tử và tin học Công nghệ mô phỏng đang phát triển rất nhanh với hớng ứng dụng tin học. Nhiều nớc tiên tiến trên thế giới đã nghiên cứu và cho ra đời những phần mềm mô phỏng
- Xem thêm -

Xem thêm: ứng dụng của simmechanics simulink matlap trong việc mô phỏng robot, ứng dụng của simmechanics simulink matlap trong việc mô phỏng robot, , Phần mền matlab, công cụ simulink, Thư viện Constraints & Drivers, Khối Point- curve driver, Thư viện Sensor & Actuators, Khối Constraint & driver sensor, Khối Joint Stiction Actuator, Mô phỏng hệ thống cơ động học, Kết quả mô phỏng khi có hệ điều khiển

Mục lục

Xem thêm