Nghiên cứu ứng dụng bộ điều khiển hiện đại cho hệ điều khiển các chuyển động của robot theo quỹ đạo phẳng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN CÁC CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT THEO QUỸ ĐẠO PHẲNG Ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Mã số : Học viên : ĐÀO QUỐC CHÍNH Cán HDKH : PGS.TS NGUYỄN NHƯ HIỂN THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ***** CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN CÁC CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT THEO QUỸ ĐẠO PHẲNG Học viên : Đào Quốc Chính Lớp : Cao học K11-TĐH Cán HDKH: PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển Đào Quốc Chính BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn công trình tự làm nghiên cứu, luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Đào Quốc Chính Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP 11 ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI 11 1.1 Tổng quan Robot 11 1.1.1 Lịch sử phát triển 11 1.1.2 Hệ truyền động Robot 12 1.1.2.1 Truyền động điện 12 1.1.2.2 Truyền động khí nén thuỷ lực 13 1.1.3 Vần đề điều khiển cánh tay Robot 13 1.1.3.1 Khái quát 13 1.1.3.2 Vấn đề điều khiển cánh tay Robot 14 1.1.3.3 Động học cánh tay Robot 2DOF 16 1.2 Giới thiệu lý thuyết điều khiển logic mờ 20 1.2.1 Lịch sử phát triển Logic mờ 20 1.2.2 Bộ điều khiển mờ lý tưởng 20 1.2.3 Điều khiển mờ 21 1.2.3.1 Khối mờ hóa 22 1.2.3.2 Khối hợp thành 22 1.2.3.3 Khối luật mờ 23 1.2.3.4 Khối giải mờ 23 1.2.4 Tính ổn định hệ điều khiển mờ 25 1.2.4.1 Những điểm cần lưu ý 25 1.2.4.2 Khảo sát tính ổn định hệ mờ 27 1.2.5 Tối ưu 28 1.2.6 Kết luận điều khiển mờ 29 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.2.6.1 Ưu điểm 29 1.2.6.2 Khuyết điểm 30 1.3 Hệ điều khiển mờ lai (F - PID) 31 1.3.1 Khái niệm 31 1.3.2 Các dạng hệ mờ lai phổ biến 32 1.3.2.1 Hệ lai không thích nghi có điều khiển kinh điển 32 1.3.2.2 Hệ mờ lai Cascade 33 1.3.2.3 Điều khiển công tắc thích nghi khóa mờ 33 CHƢƠNG 34 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI CASCADE ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT 2DOF THEO QUỸ ĐẠO PHẲNG 34 2.1 Khái quát 34 2.2 Tổng hợp điều chỉnh vị trí PID cho động điện chiều 35 2.2.1 Các thông số ban đầu 35 2.2.1.1 Động điện chiều 35 2.2.1.2 Bộ chỉnh lưu 38 2.2.1.3 Biến dòng: 39 2.2.1.4 Máy phát tốc: 39 2.2.1.5 Cảm biến vị trí: 39 2.2.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng (RI): 40 2.2.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ ( R ): 43 2.2.4 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh vị trí ( R ) 46 2.2.5 Tính phi tuyến điều khiển vị trí 49 2.3 Xây dựng điều khiển mờ lai cascade để điều chỉnh vị trí cho cánh tay Robot 2DOF 51 2.3.1 Đặt vấn đề 51 2.3.2 Bộ điều khiển mờ lai cascade 52 2.3.2.1 Biến ngôn ngữ miền giá trị 53 2.3.2.2 Xác định hàm liên thuộc (membership function) 54 2.3.2.3 Xây dựng luật điều khiển 56 2.3.2.4 Luật hợp thành 57 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.4 Kết luận Chương 57 CHƢƠNG 58 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG 58 3.1 Mô hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng điều chỉnh PID 58 3.1.1 Mô hình simulink hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng điều chỉnh PID 58 3.1.2 Kết mô điều khiển vị trí cánh tay Robot dùng hiệu chỉnh PID (với trường hợp khối lượng tải Mt=0; mô men quán tính tải Jt=0) 60 3.2 Mô hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng mờ lai 66 3.2.1 Mô hình simulink hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng mờ lai 66 3.2.2 Kết mô điều khiển vị trí cánh tay Robot dùng mờ lai (với trường hợp khối lượng tải Mt = 0; mô men quán tính tải Jt = 0) 66 3.3 So sánh quỹ đạo PID Mờ lai 73 3.3.1 Trường hợp Mt = 0, Jt = 73 3.3.2 Trường hợp Mt = 1, Jt = 0.5 76 3.3.3 Trường hợp Mt=2, Jt = 0.5 79 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84 1.Kết luận 84 Kiến nghị 84 TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Dịch chuyển theo quĩ đạo theo điểm đến điểm cánh tay Robot 15 Bảng 1.2: Thông số vật lý cánh tay Robot 2DOF 16 Bảng 2.1: Các thông số động điện chiều 36 Bảng 2.2: Luật điều khiển deltaUdk 56 Bảng 2.3: Luật điều khiển xây dựng MATLAB 57 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ minh hoạ cánh tay Robot n khâu 14 Hình 1.2: Sơ đồ cánh tay Robot 2DOF 15 Hình 1.3: Sơ đồ khối chức điều khiển mờ 22 Hình 1.4: Sơ đồ xác đị nh trung bì nh tâm 25 Hình 2.1: Sơ đồ thay động điện chiều kích từ độc lập 35 Hình 2.2: Cấu trúc động điện chiều từ thông không đổi 38 Hình 2.3 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu có điều khiển 38 Hình 2.4: Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện 40 Hình 2.5 41 Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí………………………………………….41 Hình 2.7: .43 Hình 2.8 44 Hình 47 Hình 2.10: Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí 49 Hình 11: Quan hệ   .50 Hình 12: Sơ đồ cấu trúc mờ lai 52 Hình 2.13: Cấu trúc mờ lai khớp 52 Hình 2.14: Cấu trúc mờ lai khớp 53 Hình 2.15 Xác định tập mờ cho biến vào eq1 55 Hình 2.16 Xác định tập mờ cho biến vào deq1 55 Hình 2.17 Xác định tập mờ cho biến đầu deltaUdk 56 Hình 3.1 Mô hình hệ thống sử dụng điều khiển PID 58 Hình 3.2 Mô hình khối điều khiển dòng điện tốc độ động 58 Hình 3.3 Mô hình khối điều khiển dòng điện tốc độ động 59 Hình 3.4 Mô hình khối subsystem1 59 Hình 3.5 Mô hình khối subsystem2 59 Hình 3.6 Mô hình khâu phản hồi vị trí 59 Hình 3.7 Mô hình khâu phản hồi vị trí 59 Hình 3.8 Mô hình Robot 2DOF 60 Hình 3.9 Đồ thị quỹ đạo đặt quỹ đạo thực Robot dùng PID 60 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.10 Đồ thị sai lệch quỹ đạo dùng PID 61 Hình 3.11 So sánh quỹ đạo góc đặt quỹ đạo góc khớp 62 Hình 3.12 Sai lệch góc khớp 62 Hình 3.13 Tốc độ sai lệch góc khớp 62 Hình 3.14 Dòng điện Động 63 Hình 3.15 Tốc độ Động 63 Hình 3.16 So sánh quỹ đạo góc đặt quỹ đạo góc khớp 63 Hình 3.17 Sai lệch quỹ đạo góc khớp 64 Hình 3.18 Tốc độ sai lệch quỹ đạo góc khớp 64 Hình 3.19 Dòng điện Động 65 Hình 3.20 Tốc độ Động 65 Hình 3.21 Mô hình hệ thống sử dụng mờ lai 66 Hình 3.22 Kết mô RuleWiewer FLC1 66 Hình 3.23 Kết mô RuleWiewer FLC2 67 Hình 3.25 Đồ thị sai lệch quỹ đạo dùng Fuzzy 68 Hình 3.26 Đồ thị so sánh quỹ đạo góc đặt quỹ đạo góc khớp 68 Hình 3.27 Sai lệch góc khớp 69 Hình 3.28 Tốc độ sai lệch góc khớp 69 Hình 3.29 Dòng điện Động 70 Hình 3.30 Tốc độ Động 70 Hình 3.31 Đồ thị so sánh quỹ đạo góc đặt quỹ đạo góc khớp 71 Hình 3.32 Sai lệch quỹ đạo góc khớp 71 Hình 3.33 Tốc độ sai lệch quỹ đạo góc khớp 72 Hình 3.34 Dòng điện Động 72 Hình 3.35 Tốc độ Động 73 Hình 3.36 Sai lệch quỹ đạo dùng PID Fuzzy 73 Hình 3.37 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy 74 Hình 3.38 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy 74 Hình 3.39 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy 75 Hình 3.40 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy 75 Hình 3.41 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy 76 Hình 3.42 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy 76 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Hình 3.43 Đồ thị góc sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy 77 Hình 3.44 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy 77 Hình 3.45 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy 78 Hình 3.46 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy 78 Hình 3.47 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy 78 Hình 3.48 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy 79 Hình 3.50 Đồ thị sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy 80 Hình 3.51 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy 80 Hình 3.52 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy 81 Hình 3.53 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy 81 Hình 3.54 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy 81 Hình 3.55 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy 82 Hình 3.56 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy 82 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 71 * Quỹ đạo góc , sai lệch quỹ đạo góc sai lệch tốc độ góc khớp2: Do thi goc quay khop 2.5 goc quay [rad] 1.5 0.5 Tin hieu goc quay dat Tin hieu goc quay thuc -0.5 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.31 Đồ thị so sánh quỹ đạo góc đặt quỹ đạo góc khớp 0.04 0.03 Sai lech q2 0.02 0.01 -0.01 -0.02 10 12 14 16 18 20 Thoi gian t Hình 3.32 Sai lệch quỹ đạo góc khớp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 72 0.4 Toc sai lech goc de2 0.3 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 10 12 14 16 18 20 Thoi gian t Hình 3.33 Tốc độ sai lệch quỹ đạo góc khớp * Dòng điện, tốc độ khớp2: Dong DC2 10 Dong dien [Ampe] -5 -10 -15 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.34 Dòng điện Động Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 73 Toc DC2 20 10 Toc [Rad/s] -10 -20 -30 -40 -50 -60 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.35 Tốc độ Động 3.3 So sánh quỹ đạo PID Mờ lai 3.3.1 Trƣờng hợp Mt = 0, Jt = 3.3.1.1 Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot Do thi sai lech quy dao Robot 0.03 Sai lech quy dao PID Sai lech quy dao FUZZY sai lech quy dao[m] 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.36 Sai lệch quỹ đạo dùng PID Fuzzy 3.3.1.2 Sai lệch góc quay hai khớp cánh tay Robot Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 74 Do thi goc quay khop 0.6 Tin hieu goc quay dat Tin hieu goc quay thuc PID Tin hieu goc quay thuc Fuzzy 0.5 goc quay [rad] 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.37 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy Do thi goc quay khop 2.5 goc quay [rad] 1.5 0.5 -0.5 Tin hieu goc quay dat Tin hieu goc quay thuc PID Tin hieu goc quay thuc Fuzzy 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.38 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 75 Do thi sai lech goc quay khop 0.04 Sai lech q1 PID Sai lech q1 FUZZY goc sai lech [rad] 0.03 0.02 0.01 -0.01 -0.02 -0.03 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.39 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy Do thi sai lech goc quay khop 0.06 Sai lech q2 PID Sai lech q2 FUZZY goc sai lech [rad] 0.04 0.02 -0.02 -0.04 -0.06 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.40 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 76 3.3.1.3 Sai lệch tốc độ góc quay hai khớp Do thi sai lech toc goc quay khop 0.3 Sai lech toc q1 PID Sai lech toc q1 FUZZY toc sai lech [rad] 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.41 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy Do thi sai lech toc goc quay khop 0.4 Sai lech toc q2 PID Sai lech toc q2 FUZZY 0.3 toc sai lech [rad] 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.42 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy 3.3.2 Trƣờng hợp Mt = 1, Jt = 0.5 3.3.2.1 Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 77 Do thi sai lech quy dao Robot 0.04 Sai lech quy dao PID Sai lech quy dao FUZZY 0.035 sai lech quy dao[m] 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.43 Đồ thị góc sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy Dựa vào đồ thị so sánh hai sai lệch quỹ đạo dùng PID dùng mờ lai, ta thấy độ sai lệch quỹ đạo hai trường hợp gần Tuy nhiên biên độ dao động thời gian độ mờ lai giảm so với điều khiển PID 3.3.2.2 Sai lệch góc quay hai khớp cánh tay Robot Do thi goc quay khop 0.6 Tin hieu goc quay dat Tin hieu goc quay thuc PID Tin hieu goc quay thuc Fuzzy 0.5 goc quay [rad] 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.44 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 78 Do thi goc quay khop 2.5 goc quay [rad] 1.5 0.5 -0.5 Tin hieu goc quay dat Tin hieu goc quay thuc PID Tin hieu goc quay thuc Fuzzy 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.45 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy Do thi sai lech goc quay khop 0.05 Sai lech q1 PID Sai lech q1 FUZZY 0.04 goc sai lech [rad] 0.03 0.02 0.01 -0.01 -0.02 -0.03 -0.04 -0.05 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.46 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy Do thi sai lech goc quay khop 0.06 Sai lech q2 PID Sai lech q2 FUZZY goc sai lech [rad] 0.04 0.02 -0.02 -0.04 -0.06 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.47 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 79 Sai lệch góc hai khớp hai trường hợp PID, mờ lai gần Biên độ dao động trường hợp mờ lai nhỏ trường hợp PID 3.3.2.3 Sai lệch tốc độ góc quay hai khớp Do thi sai lech toc goc quay khop 0.4 Sai lech toc q1 PID Sai lech toc q1 FUZZY 0.3 toc sai lech [rad] 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 -0.5 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.48 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy Do thi sai lech toc goc quay khop 0.4 Sai lech toc q2 PID Sai lech toc q2 FUZZY 0.3 toc sai lech [rad] 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.49 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy Trong hai đồ thị trên, ta thấy tốc độ bám quỹ đạo dùng mờ lai tốt dùng PID 3.3.3 Trƣờng hợp Mt=2, Jt = 0.5 3.3.3.1 Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 80 Do thi sai lech quy dao Robot 0.05 Sai lech quy dao PID Sai lech quy dao FUZZY 0.045 sai lech quy dao[m] 0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.50 Đồ thị sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy 3.3.3.2 Sai lệch góc quay hai khớp cánh tay Robot Do thi goc quay khop 0.6 Tin hieu goc quay dat Tin hieu goc quay thuc PID Tin hieu goc quay thuc Fuzzy 0.5 goc quay [rad] 0.4 0.3 0.2 0.1 -0.1 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.51 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 81 Do thi goc quay khop 2.5 goc quay [rad] 1.5 0.5 -0.5 Tin hieu goc quay dat Tin hieu goc quay thuc PID Tin hieu goc quay thuc Fuzzy 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.52 Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy Do thi sai lech goc quay khop 0.08 Sai lech q1 PID Sai lech q1 FUZZY 0.06 goc sai lech [rad] 0.04 0.02 -0.02 -0.04 -0.06 -0.08 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.53 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy Do thi sai lech goc quay khop 0.08 Sai lech q2 PID Sai lech q2 FUZZY goc sai lech [rad] 0.06 0.04 0.02 -0.02 -0.04 -0.06 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.54 Đồ thị sai lệch góc quay khớp PID Fuzzy Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 82 3.3.3.3 Sai lệch tốc độ góc quay hai khớp Do thi sai lech toc goc quay khop 0.6 Sai lech toc q1 PID Sai lech toc q1 FUZZY toc sai lech [rad] 0.4 0.2 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.55 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy Do thi sai lech toc goc quay khop 0.4 Sai lech toc q2 PID Sai lech toc q2 FUZZY 0.3 toc sai lech [rad] 0.2 0.1 -0.1 -0.2 -0.3 -0.4 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.56 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy Trong trường hợp khối lượng tải Mt tăng lên 2kg, ta thấy rõ tính ưu việt mờ lai so với điều khiển PID tải tăng việc hạn chế biên độ dao động, tăng khả bám theo quỹ đạo Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 83 NHẬN XÉT: - Khi cánh tay chuyển động theo quỹ đạo, ta phải đưa cánh tay Robot vị trí ban đầu Việc chọn vị trí ban đầu phải thích hợp để cấu không sinh lực cản lớn, mô men cản lớn - Sai lệch tốc độ trình chuyển động cánh tay Robot so với tốc độ quỹ đạo đặt tốt (gần 0) so với dùng PID Biên độ dao động thời điểm độ sai lệch quỹ đạo giảm - Khi chọn tập giá trị mờ luật điều khiển thích hợp luật điều khiển mờ giúp cho hệ đạt độ xác cao, với giá trị đặt nhỏ - Hệ thống mô xét trường hợp cánh tay Robot mang phụ tải khác nhau, điều chứng tỏ tính bền vững cao hệ điều khiển Như hệ thống làm việc chế độ không tải có tải, điều khiển mờ lai đảm bảo chất lượng tĩnh động tốt dùng điều khiển PID kinh điển Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 84 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận - Trong luận văn nghiên cứu khảo sát cho số kết sau: + Khảo sát tổng quan Robot , Điều khiển mờ lai cascade trình tính toán đề cập đến thông số: Kp, Kd, Ki, mô men quán tính, mô men cản, quỹ đạo Robot Từ mô cho kết quả: Quỹ đạo, sai lệch quỹ đạo, sai lệch tốc độ, đáp ứng dòng điện, tốc độ, mô men Với kết giúp cho việc khảo sát, đánh giá hiệu chỉnh nâng cao chất lượng hệ thống + Để nâng cao chất lượng cánh tay Robot chuyển động bám theo quỹ đạo mặt phẳng nhận dạng trước, luận văn nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ lai cascade, với hệ thống điều khiển chất lượng bám theo quỹ đạo cánh tay Robot nâng lên nhiều so với hệ điều khiển PID kinh điển: Làm giảm biên độ giao động thời điểm độ (như thời điểm bắt đầu chuyển động cánh tay, thời điểm cánh tay Robot thay đổi chiều chuyển động theo hướng di chuyển quỹ đạo), giảm sai lệch quỹ đạo thực so với quỹ đạo đặt ([...]... tế các phương pháp điều khiển Robot và cánh tay Robot, ví dụ như: - Các phương pháp điều khiển kinh điển, sử dụng các bộ điều khiển PID nhằm đảm bảo cho điểm tác động cuối (end-effector) của tay máy dịch chuyển bám theo một quỹ đạo định trước; - Các phương pháp điều khiển hiện đại: điều khiển tối ưu, điều khiển thích nghi, điều khiển bền vững (điều khiển mờ, điều khiển trượt, …) 1.1.2 Hệ truyền động. .. áp dụng điều khiển nhiều hệ thống khác nhau trong công nghiệp, đặc biệt là các hệ chuyển động Robot nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống Với ý nghĩa đó, tôi đã chọn đề tài “NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN HIỆN ĐẠI CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN CÁC CHUYỂN ĐỘNG CỦA ROBOT THEO QUỸ ĐẠO PHẲNG ” để làm đề tài nghiên cứu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Nội dung của luận... một hệ thống điều khiển tự động trong đó thiết bị điều khiển bao gồm hai thành phần:  Thành phần điều khiển kinh điển  Thành phần điều khiển mờ 1.3.2 Các dạng hệ mờ lai phổ biến 1.3.2.1 Hệ lai không thích nghi có bộ điều khiển kinh điển Hãy quan sát hình 1.5a của một hệ lai có bộ tiền xử lý mờ Nhiệm vụ điều khiển được giải quyết bằng bộ điều khiển kinh điển và các thông số của bộ điều khiển không... lý điều khiển mờ là xây dựng mô hình, xây dựng thuật toán để điều khiển theo nguyên lý điều khiển mờ, nói cách khác là làm cách nào để có thể tổng quát hóa chúng thành một nguyên lý điều khiển mờ chung và từ đó áp dụng cho các quá trình tương tự Điều khiển mờ chiếm một vị trí rất quan trọng trong điều khiển học kỹ thuật hiện đại Những ứng dụng trong công nghiệp của điều khiển mờ rộng rãi như : điều khiển. .. dầu, các van điều chỉnh, đường ống, làm cho hệ truyền động- Robot khá cồng kềnh so với các hệ truyền động khác 1.1.3 Vần đề điều khiển cánh tay Robot 1.1.3.1 Khái quát Cấu trúc của Robot thường bao gồm các thành phần chính như: - Cánh tay Robot, - Hệ thống, - Dụng cụ gắn trên khâu chấp hành cuối, - Các cảm biến, - Các bộ điều khiển, - Các phần mềm lập trình, Cánh tay Robot là một hệ thống bao gồm các. .. được Điều khiển mờ sử dụng kinh nghiệm vận hành đối tượng và xử lý điều khiển của các chuyên gia trong thuật toán điều khiển, do vậy hệ điều khiển mờ là một bước tiến gần hơn tới tư duy của con người Điều khiển mờ thường được sử dụng trong các hệ thống sau đây:  Hệ thống điều khiển phi tuyến, hệ thống điều khiển mà các thông tin đầu vào hoặc đầu ra là không đầy đủ, không xác định được chính xác, hệ. .. biệt Các đại lượng vào của hệ mờ được xác định theo từng ứng dụng cụ thể Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 34 CHƢƠNG 2 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI CASCADE ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT 2DOF THEO QUỸ ĐẠO PHẲNG 2.1 Khái quát Để tổng hợp bộ điều chỉnh vị trí, chúng ta tiến hành tổng hợp điều khiển vị trí động cơ theo ba vòng kín sau: - Vòng trong cùng điều chỉnh... bằng điều hòa, … Khi đối tượng và bộ điều khiển vẫn được coi là tuyến tính hay nói một cách khác là có thể bỏ qua các đặc tính phi tuyến của hệ thống thì có thể kiểm tra tính ổn định của hệ dựa trên các tiêu chuẩn đại số và tần số tuyến tính quen biết Nhưng khi đã sử dụng bộ điều khiển mờ để điều khiển đối tượng, các tiêu chuẩn cho hệ tuyến tính không còn sử dụng được nữa Như đã biết, bộ điều khiển. .. quỹ đạo pha có phần cuối nằm gọn trong một ô cân bằng thì hệ ổn định (tuyệt đối) Cách biểu diễn quỹ đạo pha trên lưới mặt phẳng pha như vậy còn cho biết thêm những luật điều khiển Rk nào đã tham gia vào điều khiển quỹ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 28 đạo pha đó Do vậy ứng với mỗi một quỹ đạo pha của hệ thống là một quỹ đạo ngôn ngữ gồm các luật điều khiển. .. đến điểm của cánh tay Robot Điều khiển Robot nói chung và cánh tay Robot nói riêng, đó là việc điều khiển các hệ thống dẫn động (Actuators) Hệ thống dẫn động có nhiệm vụ tạo ra lực hoặc mô men để làm dịch chuyển các khâu tương ứng Ta gọi lực hoặc mô men cần tạo ra để điều khiển Robot là véc-tơ  = [1, 2, n] Trong phạm vi đề tài này, tác giả tập trung vào việc nghiên cứu điều khiển cánh tay Robot với