Ứng Dụng Logic Mờ Và Thiết Kế Bộ Điều Khiển Mờ Vào Điều Khiển Chuyển Động Của Robot

MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Robot ngày đóng vai trò quan trọng công nghiệp tự động tính linh hoạt hiệu Robot đem lại suất lao động cao, giảm chi phí nguyên vật liệu dạng lượng tiêu thụ, nâng cao chất lượng giảm giá thành sản phẩm, tạo khả cạnh tranh cao thị trường quốc tế Mặt khác, Robot giải phóng người khỏi lao động chân tay, giúp xã hội văn minh hơn, nâng cao dân trí tổ chức trình sản xuất tổ chức xã hội Chính nghiên cứu điều khiển chuyển động Robot lĩnh vực đầy thách thức nhà khoa học quan tâm Lĩnh vực điều khiển Robot phong phú, từ phương pháp điều khiển truyền thống PID, phương pháp tính mô men, phương pháp điều khiển trượt đến phương pháp điều khiển thông minh điều khiển sử dụng mạng nơ ron, logic mờ, thuật gen phương pháp điều khiển tự thích nghi, phương pháp học cho Robot, hệ visual servoing… Mục đích nghiên cứu đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài ứng dụng logic mờ thiết kế điều khiển mờ vào điều khiển chuyển động Robot nhằm nâng cao chất lượng điều khiển Cơ sở khoa học đề tài kết đạt lĩnh vực điều khiển sử dụng logic mờ Việc sử dụng logic mờ điều khiển có khả cài đặt tri thức, kinh nghiệm chuyên gia đặc điểm bật so với điều khiển kinh điển… Trong công nghiệp, đa số đối tượng điều khiển phi tuyến Robot đối tượng phi tuyến hệ MIMO, Robot sản xuất công nghiệp hệ thống sản xuất cần độ xác cao công nghiệp sản xuất ôtô, công nghệ y học, công nghiệp vũ trụ…vì thiết kế điều khiển để nâng cao chất lượng điều khiển chuyển động đòi hỏi thực tế Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Với mục đích nghiên cứu trên, tác giả lựa chọn đề tài tốt nghiệp Thạc sỹ “Nghiên cứu điều khiển mờ cho chuyển động Robot hai bậc tự do” Trong đối tượng nghiên cứu Robot hai bậc tự Phạm vi nghiên cứu đề tài là: “ Nghiên cứu xây dựng điều khiển mờ áp dụng cho toán điều khiển chuyển động Robot khâu” Trong đề tài tập trung nghiên cứu mô hình động lực học Robot khâu ứng dụng mô hình điều khiển mờ theo Mamdani (MCFC) để nâng cao chất lượng hệ Phương pháp nghiên cứu đề tài Nghiên cứu lý thuyết mô hình chuyển động Robot hai bậc tự phương pháp điều khiển mờ cách thiết kế điều khiển mờ theo Mamdani (MCFC) Thực nghiệm mô hệ thống điều khiển máy tính sử dụng Matlab – Simulink So sánh đáp ứng điều khiển mờ với điều khiển PID để thấy điều khiển mờ có chất lượng tốt Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Luận văn mang tính chất nghiên cứu, vận dụng lý thuyết khoa học ứng dụng khoa học Từ kết nghiên cứu luận văn ứng dụng phát triển đề tài nghiên cứu điều khiển cánh tay Robot nhiều bậc tự ứng dụng vào điều khiển Robot công nghiệp thực tiễn Đồng thời kết luận văn dùng làm tài liệu tham khảo cho người quan tâm đến điều khiển mờ Mamdani (MCFC) cho Robot CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1 Sự đời Robot công nghiệp Theo định nghĩa, Người máy (Robot) thiết bị thực chức thông thường người máy hình dạng người Từ thập kỷ 18, J de Vancauson xây dựng búp bê khí chơi nhạc Đây coi sản phẩm tự động hoá Robot Người sử dụng thuật ngữ “Robot” nhà viết kịch người Czech tên Karel Capek Năm 1922, tác phẩm “Rossum’s Universal Robot “, Capek sử dụng thuật ngữ “Robot” Robot theo tiếng Czech có nghĩa lao động bị bắt ép nông nô Trong tác phẩm này, nhân vật Rossum trai ông tạo máy gần giống người để hầu hạ phục dịch người Cho đến trước năm đại chiến giới thứ hai, việc ứng dụng cấu máy móc trở thành nhu cầu thực nhằm đáp ứng thao tác cần thiết môi trường phóng xạ viện nghiên cứu nguyên tử Ngay sau chiến tranh giới lần thứ hai, Mỹ xuất tay máy chép hình điều khiển từ xa phòng thí nghiệm vật liệu phóng xạ Trên sở cấu điều khiển từ xa đời ngày phát triển Đây thực chất cấu máy móc mô sinh học bao gồm khớp nối, dây gắn liền với hệ điều hành tay người thao tác thông qua khâu khuyếch đại khí Tuy thao tác cấu tinh vi khéo léo có nhiều hạn chế ví dụ như: Tốc độ hoạt động chậm, lực tác dụng hạn chế, hệ điều khiển tuý khí Vào năm 1950, bên cạnh tay máy chép hình khí đó, xuất loại tay máy chép hình thủy lực điện từ, tay máy Minotaur I tay máy Handyman General Electric Năm 1954, George C.Devol thiết kế thiết bị có tên “Cơ cấu lề dùng để chuyển hàng theo chương trình” Năm 1956, George C.Devol J.Engelberger gặp thảo luận tác phẩm I.asimov Cả hai trí hợp tác chế tạo người máy vào năm 1959 tạo loại Robot công nghiệp mang tên Unimate Công ty Unimation Công ty Unimation J.Engelberger sáng lập, công ty chuyên chế tạo người máy Devol nghiên cứu phát minh, đăng ký sáng chế cho công ty Unimate đưa vào sử dụng nhà máy ô tô hãng General Motors Trenton, New Jersey vào năm 1961 Chỉ đến năm 1975, Unimation bắt đầu có lợi nhuận từ sản phẩm Robot Từ năm 1980, người máy công nghiệp bắt đầu sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp khác nhờ công nghệ tiên tiến bước phát triển vượt bậc lĩnh vực máy tính điện tử vi điện tử Đặc biệt từ năm 1990 trở lại đây, phát triển vượt bậc kỹ thuật vi xử lý công nghệ thông tin, số lượng robot tăng nhanh, giá thành giảm rõ rệt, tính ngày hoàn thiện Do đó, robot chiếm vị trí quan trọng dây chuyền sản xuất tự động đại Ngày nay, người máy ngày hoàn thiện, nhiều tính có hình dáng gần với người Tuy vậy, công nghiệp, người máy thực cánh tay máy điều khiển máy tính [4] 1.2 Ứng dụng Robot công nghiệp 1.2.1 Ưu điểm Robot công nghiệp Robot làm việc thời gian dài với độ ổn định xác cao, tiết kiệm nguyên vật liệu suốt thời gian làm việc Khi cần phải đẩy nhanh, tăng nhịp độ sản xuất dây chuyền sản xuất, Robot người công nhân theo kịp tiến độ sản xuất chóng bị mệt mỏi Do Robot góp phần nâng cao chất lượng khả cạnh tranh sản phẩm Robot nhanh chóng thay đổi công việc có biển đổi trình đa dạng hoá sản phẩm mà không cần phải đào tạo lại người Hiện nay, với trợ giúp mạnh mẽ tiến tiên tiến Khoa học kỹ thuật làm cho giá thành lắp đặt, chế tạo Robot ngày giảm Đối với nước có giá lao động cao việc sử dụng Robot dây chuyền sản xuất giảm đáng kể giá thành sản phẩm giảm chi phí cho người lao động mà Robot không cần đến như: tiền lương, phụ cấp, bảo hiểm xã hội.[4] 1.2.2 Nhược điểm Robot công nghiệp Từ hiệu to lớn Robot mang lại, đặc biệt từ thực tế Robot giải phóng sức lao động, nhiều người lo ngại việc sử dụng nhiều Robot dẫn đến tình trạng thất nghiệp Trên thực tế, điều sở đồng thời với việc gây dư sức lao động đơn giản, tạo nhiều công việc phức tạp như: kỹ thuật viên, chuyên gia chuyên người máy, nhà lập trình.[4] 1.2.3 Các ứng dụng Robot công nghiệp Các Robot nói chung sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích, nhiều lĩnh vực, từ nhà máy, xí nghiệp lớn tới công việc phục vụ sinh hoạt đời sống người Robot làm việc môi trường độc hại, nguy hiểm lò phản ứng hạt nhân, phóng xạ,…hay công việc thám hiểm không gian, thăm dò hành tinh thuộc hệ Mặt trời Trong sinh hoạt, có Robot trợ giúp, phục vụ người già, cắt cỏ, lau nhà…[4] Đối với Robot công nghiệp nói riêng, mức độ ứng dụng diễn mạnh mẽ sâu rộng Hầu hết dây chuyền tự động hoá sản xuất đại có xuất Robot Các Robot công nghiệp ứng dụng lĩnh vực cụ thể sau: + Robot công nghiệp công nghệ gia công lắp ráp Độ xác định vị thời gian yếu tố quan trọng thiết kế Robot lắp ráp Có nhiều dây chuyền tự động gồm máy vạn Robot công nghiệp Các dây chuyền đạt mức độ tự động hoá cao, tự động hoàn toàn tham gia người, linh hoạt không đòi hỏi đầu tư lớn Trong máy Robot dây chuyền điều khiển hệ thống chương trình Đó dây chuyền lắp ráp ô tô, sản phẩm điện tử (hình 1.1) Yêu cầu Robot công nghiệp loại nâng cao tính linh hoạt để đáp ứng nhiều loại công việc, hạ giá thành dễ thích hợp với sản phẩm loại nhỏ [4] Hình 1.1 Robot công nghệ gia công lắp ráp + Robot công nghiệp trình hàn nhiệt luyện (hình 1.2) Các trình bao gồm công việc nặng nhọc, độc hại, nhiệt độ cao Hàn đường thường thực tay Tuy nhiên suất thấp yêu cầu chất lượng bề mặt mối hàn liên quan đến thao tác đầu mỏ hàn với môi trường khắc nghiệt khói nhiệt độ phát trình hàn Không giống kỹ thuật hàn điểm, mối hàn có vị trí cố định, mối hàn kỹ thuật hàn đường nằm dọc theo mối ghép hai kim loại Những hệ thống hàn đường thực tế phụ thuộc vào người việc kẹp chặt xác chi tiết hàn sau robot di chuyển dọc theo quĩ đạo lập trình trước Ưu điểm so với hàn tay chất lượng mối hàn ổn định Người vận hành thực việc đơn giản kẹp chặt chi tiết [4] Hình 1.2 Robot trình hàn nhiệt luyện + Robot công nghiệp công nghiệp đúc – rèn (hình 1.3), ngành gia công áp lực nơi mà điều kiện làm việc nặng nề, dễ gây mệt mỏi Công việc đa dạng điều kiện làm việc khắc nghiệt, sản phẩm thay đổi đặc biệt chất lượng sản phẩm phụ thuộc nhiều vào trình thao tác Robot làm công việc như: rót kim loại nóng chảy vào khuôn, lấy vật đúc khỏi khuôn Ngày nay, nhiều nước giới, Robot sử dụng rộng rãi để tự động hoá công nghệ đúc chủ yếu để phục vụ máy đúc áp lực [4] Hình 1.3 Robot công nghiệp công nghiệp đúc – rèn Ví dụ công nghệ rèn: Robot thực nhiều việc như: đưa phôi vào lò nung, vận chuyển phôi sau khỏi lò… So với phương tiện giới tự động khác phục vụ máy rèn dập dùng Robot có ưu điểm nhanh, xác động + Robot công nghiệp nhà máy sản xuất (hình 1.4) Trong sản xuất lớn, robot hệ thống tự động hoá hoàn toàn: chúng đo đạc, cắt, khoan thiết bị xác có khả hiệu chỉnh công việc mình, không cần giúp đỡ người trừ chương trình điều khiển máy tính điện tử Chỉ với vài người giám sát công việc; máy móc hoạt động suốt ngày đêm; robot làm tất công việc vận chuyển sản phẩm từ công đoạn sản xuất tới công đoạn sản xuất khác kể việc đưa xếp thành phẩm vào kho [4] Hình 1.4 Robot nhà máy sản xuất 1.3 Tình hình phát triển Robot công nghiệp Hơn nửa thể kỷ qua, Robot có bước phát triển tiến hóa mạnh mẽ Các hướng nghiên cứu Robot chuyển từ Robot công nghiệp sang phát triển Robot dịch vụ đa dụng đưa Robot hòa nhập vào nhu cầu xã hội loài người Theo dự báo vòng 20 năm tới người có nhu cầu sử dụng Robot cá nhân cần máy tính PC Robot tâm điểm cách mạng công nghệ lớn sau Internet Với xu này, với ứng dụng truyền thống khác Robot công nghiệp, y tế, giáo dục đào tạo, giải trí đặc biệt an ninh quốc phòng thị trường Robot dịch vụ ăn theo Robot vô lớn Robot có tiến đáng kể nửa kỷ qua Robot ứng dụng công nghiệp vào năm 60 để thay người làm công việc nặng nhọc, nguy hiểm môi trường độc hại Do nhu cầu cần sử dụng ngày nhiều trình sản xuất phức tạp nên Robot công nghiệp cần có khả thích ứng linh hoạt thông minh Ngày nay, ứng dụng sơ khai ban đầu Robot chế tạo máy ứng dụng khác y tế, chăm sóc sức khỏe, nông nghiệp, đóng tàu, xây dựng, an ninh quốc phòng gia đình có nhu cầu gia tăng động lực cho Robot địa hình Robot dịch vụ phát triển Có thể kể đến số loại Robot quan tâm nhiều thời gian qua là: tay máy Robot (Robot Manipulators), Robot di động (Mobile Robots), Robot sinh học (Bio Inspired Robots) Robot cá nhân (Personal Robots) Tay máy Robot bao gồm loại Robot công nghiệp (Industrial Robot), Robot y tế (Medical Robot) Robot trợ giúp người tàn tật (Rehabilitation robot) Robot di động nghiên cứu nhiều xe tự hành mặt đất AGV (Autonomous Guided Vehicles), Robot tự hành nước AUV (Autonomous Underwater Vehicles), Robot tự hành không UAV (Unmanned Arial Vehicles) Robot vũ trụ (Space robots) Với Robot sinh học, nghiên cứu thời gian qua tập trung vào loại Robot (Walking robots) Robot dáng người (Humanoid Robots) – giới thiệu hình 1.5 Bên cạnh đó, loại Robot sinh học nước Robot cá, cấu trúc chuyển động theo sinh vật biển nhiều nhóm nghiên cứu phát triển [4] Hình 1.5 Robot dáng người Mặc dù cấu trúc loại Robot có nhiều điểm khác nghiên cứu hướng ứng dụng dịch vụ hoạt động Robot môi trường tự nhiên Mỹ nước tập trung đầu tư hàng trăm tỷ USD cho phát triển hệ thống tác chiến tương lai Robot quân hoạt động địa hình cạn, nước không chiếm phần không nhỏ Với phát triển xã hội trình đại hóa nước G7 nhiều dịch vụ hình thành làm thay đổi quan điểm Robot, từ Robot phục vụ công nghiệp sang Robot phục vụ cho nhu cầu xã hội nhu cầu cá nhân người Robot thiết kế phục vụ cho người người giúp việc đắc lực, đa Quá trình dẫn đến khái niệm tay máy công nhiệp lẫn Robot di động truyền thống phải thay đổi cách đáp ứng yêu cầu thị trường dịch vụ người Trên hình 1.6 giới thiệu Robot thám hiểm Sao Hỏa Hình 1.6 Robot thám hiểm Sao Hoả Song song với chế tạo Robot công trình nghiên cứu khoa học Robot công bố nhà khoa học Việt Nam đa dạng theo sát hướng nghiên cứu giới Các nghiên cứu Robot Việt Nam liên quan nhiều đến vấn đề động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo, xử lý thông tin cảm biến, cấu chấp hành, điều khiển phát triển trí thông minh cho Robot Các nghiên cứu động học động lực học Robot khoa khí, chế tạo máy trường đại học viện nghiên cứu học, chế tạo máy, khí quan tâm dân quân Ngoài việc tìm phương pháp giải toán liên quan đến học loại Robot nối tiếp, song song, di động, chương trình mô kết cấu chuyển động 3D áp dụng phát triển để minh họa phục vụ cho phân tích, thiết kế Robot Các công bố liên quan học Robot thường thực cán Viện Cơ học - Viện KH&CN Việt Nam, Khoa Cơ khí Chế tạo máy thuộc đại học Bách Khoa Hà Nội Đại học Bách Khoa Tp.HCM, môn Robot Cơ điện tử trường đại học khác Trên hình 1.7 giới thiệu Robot công nghiệp hãng Tosy Robotics, Việt Nam 10 Bảng 3.2 Cơ sở luật cho khâu e de NB NO Z PO PB NB NO SS PO PB NB NB NO NO SS NB NO NO SS PO NO NO SS PO PO NO SS PO PO PB SS PO PO PB PB Cài đặt luật mờ cho điều khiển mờ Matlab hình 3.16 : Hình 3.13 Luật hợp thành đầu vào đầu cho khâu Hình 3.14 Quan hệ đầu vào đầu theo LHT cho khâu Hình 3.17 cho ta giá trị Torque sau giải mờ ứng với trường hợp sai số vị trí khớp động e1 = sai số tốc độ de 1= Khi giá trị đầu τ1 = 4.76 Mờ hóa, hợp thành giải mờ: 53 Như trình bày trên, phương pháp để mờ hóa biến đầu vào trình bày bảng 3.2 Toán tử AND chọn để thực phép hợp theo luật Min cho đầu vào Các đầu hợp thành sử dụng toán tử Max Phương pháp giải mờ phương pháp điểm trọng tâm COA Hình 3.18 cho ta bề mặt điều khiển khâu điều khiển Bề mặt điều khiển hình vẽ biểu diễn tín hiệu điều khiển hàm đầu vào điều khiển Trong trường hợp này, hình vẽ tín hiệu điều khiển hàm sai số vị trí khớp động e1 sai số tốc độ de1 Hình 3.15 Bề mặt điều khiển khâu 3.4.2 Thiết kế điều khiển mờ cho khâu Định nghĩa biến vào/ e2 Bộ điều khiển mờ de2 Torque Hình 3.16 Các biến vào/ khâu - Hai tín hiệu vào điều khiển mờ cho khâu 2: + Sai số vị trí khớp động e2 thay đổi khoảng (-0,5; 0,5) + Sai số tốc độ de2 thay đổi khoảng (-1,2; 1,2) - Một tín hiệu điều khiển mờ cho khâu 2: + Mômen tạo nên nguồn động lực khớp động τ2 thay đổi khoảng (-240; 240) 54 Hình 3.17 Bộ điều khiển mờ cho khâu Biến ngôn ngữ, giá trị hàm liên thuộc điều khiển mờ Bộ điều khiển mờ cho kênh gồm biến ngôn ngữ: e2; de2; τ2 - Sai số vị trí khớp động e2 e2 = { âm lớn, âm nhỏ, không, dương nhỏ, dương lớn } e2 ={ NegativeBig, NegativeMedium, Zero, PositiveMedium, PositiveBig } e2 = { NB, NO, Z, PO, PB } - Sai số tốc độ de2 de2 = { âm lớn, âm nhỏ, không, dương nhỏ, dương lớn } de2 = { NegativeBig, NegativeMedium, Zero, PositiveMedium, PositiveBig } de2 = { NB, NO, Z, PO, PB } - Mômen tạo nên nguồn động lực khớp động τ τ2 = { âm lớn, âm nhỏ, không, dương nhỏ, dương lớn } τ2 = { NegativeBig, NegativeMedium, Zero, PositiveMedium, PositiveBig } τ2 = { NB, NO, Z, PO, PB } Hàm liên thuộc biến có dạng đường cong (gaussse) chọn hình đây: 55 Hình 3.18 Hàm liên thuộc e2 Hình 3.19 Hàm liên thuộc de2 Hình 3.20 Hàm liên thuộc Torque2 Xây dựng sở luật điều khiển: 56 Cơ sở luật cho điều khiển mờ cho khâu gồm 25 luật bảng 3.2 Cơ sở luật điều khiển cho khâu tương tự sở luật điều khiển cho khâu Cài đặt luật mờ cho điều khiển mờ Matlab hình 3.24: Hình 3.21 Luật hợp thành đầu vào đầu cho khâu Hình 3.25 cho ta giá trị Torque sau giải mờ ứng với trường hợp sai số vị trí khớp động e2 = sai số tốc độ de2 = Ta nhận thấy, trường hợp ứng với luật hàng thứ nhất, cột thứ Khi giá trị đầu τ2= 0.432 Hình 3.22 Quan hệ đầu vào đầu theo luật hợp thành khâu 57 Mờ hóa, hợp thành giải mờ: Như trình bày trên, phương pháp để mờ hóa biến đầu vào trình bày bảng 3.2 Toán tử AND chọn để thực phép hợp theo luật Min cho đầu vào Các đầu hợp thành sử dụng toán tử Max Phương pháp giải mờ phương pháp điểm trọng tâm COA Hình 3.23 Bề mặt điều khiển khâu Hình 3.26 cho ta bề mặt điều khiển điều khiển mờ cho khâu Bề mặt điều khiển hình vẽ biểu diễn tín hiệu điều khiển hàm đầu vào điều khiển Trong trường hợp này, hình vẽ tín hiệu điều khiển hàm sai số vị trí khớp động e2 sai số tốc độ de2 Hiệu chỉnh điều khiển mờ Hiệu chỉnh điều khiển mờ công việc phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm người thiết kế Công việc thường tốn nhiều thời gian có nhiều thông số cần phải điều chỉnh Quá trình hiệu chỉnh điều khiển mờ bao gồm hai bước sau: * Điều chỉnh hệ thống: thực lặp lặp lại trình điều chỉnh luật, hàm liên thuộc số lượng biến * Sau điều chỉnh hệ thống, tinh chỉnh lại cách điều chỉnh hàm liên thuộc giới hạn chúng 58 3.4.3 Sơ đồ mô HTĐK Robot khâu sử dụng điều khiển mờ Hệ thống điều khiển Robot khâu sử dụng điều khiển mờ xây dựng công cụ Simulink MATLAB sau: Hình 3.24 Sơ đồ khối mô HTĐK Robot khâu sử dụng BĐK mờ Trong đó: - Các đầu vào hệ thống điều khiển tín hiệu SP1 SP2 đặt trước - Các đầu hệ thống điều khiển: Teta1 Teta - Sai số nhiễu gây (môi trường làm việc ) thay hàm nhiễu Với giả thiết, Robot có thông số bảng 3.1 Kết mô Để tiện cho việc đánh giá phương án sử dụng điều khiển mờ, ta khảo sát phương án sử dụng điều khiển PID đối tượng trường hợp: a Khi chưa có tác động nhiễu - Đáp ứng điều khiển mờ: kết mô hình 3.25 59 Sp Sp Teta2 Teta1 Hình 3.25 Đáp ứng đầu Teta1,TeTa2 với điều khiển mờ chưa có nhiễu tác động - Đáp ứng điều khiển PID: kết mô hình 3.26 Teta1 Sp Teta1 Sp Hình 3.26 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với PID chưa có nhiễu tác động Nhận xét: Nhìn vào hình 3.25 hình 3.26 ta thấy đáp ứng đầu Teta1 Teta theo phương pháp sử dụng điều khiển mờ bám sát giá trị đặt mong muốn với thời gian độ s chỉnh, theo phương pháp sử dụng điều khiển PID đảm bảo giá trị xác lập mong muốn, thời gian độ kéo dài s tồn độ chỉnh (trên 1.2) b Khi có nhiễu nhỏ tác động: Khi có nhiễu nhỏ tác động vào hệ thống điều khiển Nhiễu có dạng hình 3.27 60 Hình 3.27 Nhiễu nhỏ tác động vào hệ thống - Đáp ứng điều khiển mờ kết mô hình 3.28 Sp Sp Teta2 Teta1 Hình 3.28 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với điều khiển mờ có nhiễu nhỏ tác động - Đáp ứng điều khiển PID: kết mô hình 3.29 Teta2 Sp Teta1 Sp Hình 3.29 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với PID có nhiễu nhỏ tác động Nhận xét: Quan sát đáp ứng điều khiển có nhiễu nhỏ tác động sử dụng điều khiển mờ (hình 3.28) sử dụng điều khiển PID (hình 3.29), ta thấy chất lượng đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 sử dụng điều khiển mờ tốt nhiều so với trường hợp sử dụng điều khiển PID Mặc dù có tác động nhiễu, đáp ứng đầu khâu sử dụng điều khiển mờ ổn định đạt chất lượng tốt (về thời gian độ độ chỉnh) 61 Như có nhiễu nhỏ tác động, chất lượng đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 sử dụng điều khiển PID có chất lượng điều khiển hơn, đặc tính điều khiển Teta1 Teta2 có dao động c Khi có nhiễu lớn tác động: Khi có nhiễu lớn tác động vào hệ thống điều khiển Nhiễu có dạng hình 3.30 Hình 3.30 Nhiễu lớn tác động vào hệ thống - Đáp ứng điều khiển mờ: kết mô hình 3.31 Teta2 Teta1 Hình 3.31 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với điều khiển mờ có nhiễu lớn tác động - Đáp ứng điều khiển PID: kết mô hình 3.32 Teta2 Teta1 Hình 3.32 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với PID có nhiễu lớn tác động 62 Nhận xét: Quan sát đáp ứng điều khiển có nhiễu lớn tác động sử dụng điều khiển mờ (hình 3.31) sử dụng điều khiển PID (hình 3.32), ta thấy: Chất lượng đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 sử dụng điều khiển mờ tốt nhiều so với trường hợp sử dụng điều khiển PID (tương tự nhiễu có biên độ nhỏ) Nhưng với tác động nhiễu lớn điều khiển PID khả đưa gócTeta1 giá trị xác lập bị rơi vào chế độ không ổn định Tín hiệu Teta2 ổn định tựa xác lập Để hạn chế nhược điểm ta cần giảm hệ số Kp d Khi có nhiễu Sin tác động Khi có nhiễu sin tác động vào hệ thống điều khiển Nhiễu có dạng hình 3.33 Hình 3.33 Nhiễu Sin tác động vào hệ thống - Đáp ứng điều khiển mờ: kết mô hình 3.34 Hình 3.34 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với điều khiển mờ có nhiễu sin tác động 63 - Đáp ứng điều khiển PID: kết mô hình 3.35 Hình 3.35 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với PID có nhiễu sin tác động Nhận xét chung: Ta thấy đối tượng nghiên cứu đối tượng phi tuyến, có tác động khớp trình chuyển động điều khiển mờ thực tốt điều khiển cho hệ bám với tín hiệu điều khiển, đạt hiệu cao so với điều khiển PID Đáp ứng hệ thống nhanh chỉnh Tín hiệu điều khiển không bị rơi vào trạng thái làm việc xấu, biên độ tín hiệu điều khiển biến đổi không lớn Chất lượng điều khiển tốt Các nhiễu xét chiều dài cánh tay Robot, khối lượng cánh tay Robot (khối lượng cánh tay Robot thay đổi vài trường hợp: thay đổi góc quay, nâng cấp, thay mới…), khối lượng tải Trong đó, thay đổi khối lượng tải cánh tay Robot ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng điều khiển Khi tải nhỏ, thay đổi khối lượng tải thường ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển, chất lượng điều khiển tốt bị ảnh hưởng Khi tải lớn thay đổi khối lượng ảnh hưởng đến chất lượng điều khiển không tốt Khi cần hiệu chỉnh điều khiển mờ phù hợp với ngưỡng tải cho phép 64 3.5 Kết luận chương Chương khảo sát động học Robot khâu, thiết kế xây dựng HTĐK Robot khâu sử dụng điều khiển mờ Mô HTĐK Robot khâu sử dụng điều khiển mờ công cụ Matlab – Simulink Trong đó: - Khảo sát đáp ứng điều khiển mờ chưa có nhiễu tác động, có nhiễu nhỏ tác động, có nhiễu lớn tác động có nhiễu Sin tác động - So sánh đáp ứng điều khiển mờ với điều khiển PID đối tượng điều kiện tác động 65 KẾT LUẬN Các kết luận văn • Đề tài nghiên cứu động học động lực học toán điều khiển chuyển động Robot Đây sở hiểu biết đối tượng điều khiển trước thiết kế điều khiển • Nghiên cứu mô hình điều khiển mờ theo Mamdani ứng dụng mô hình cho điều khiển Robot bậc tự • Tiến hành mô đánh giá hiệu phương án điều khiển • So sánh đánh giá kết mô sử dụng điều khiển mờ theo Mamdani với điều khiển PID Kết mô cho thấy hệ thống điều khiển Robot sử dụng điều khiển mờ nâng cao chất lượng điều khiển Hạn chế luận văn kiến nghị • Các kết nghiên cứu đề tài dừng lại thực nghiệm mô Matlab • Hướng nghiên cứu tác giả ứng dụng phát triển đề tài nghiên cứu điều khiển cánh tay Robot nhiều bậc tự ứng dụng vào điều khiển Robot công nghiệp thực tiễn Về mặt lý thuyết, tiếp tục nghiên cứu xây dựng thuật toán theo hướng thích nghi bền vững sử dụng công cụ đại logic mờ mạng nơ ron nhân tạo cho Robot nhiều khâu chuyển động 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO [ ] Phan Xuân Minh Nguyễn Doãn Phước Lý thuyết điều khiển mờ - Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2004 [ ] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung Lý thuyết điều khiển phi tuyến - Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2006 [3] Bùi Công Cương Nguyễn Doãn Phước Hệ mờ mạng nơron & ứng dụng - Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2006 [4] GS.TSKH Nguyễn Thiện Phúc Robot công nghiệp - Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2004 [5] GS.TSKH Lê Hùng Lân Lý thuyết điều khiển tự động - Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2004 [6] Nguyễn Phùng Quang MatLab & Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động - Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2004 [ ] Nguyễn Doãn Phước Lý thuyết điều khiển tuyến tính - Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2005 [8] Nguồn Internet: http://www.dieukhien.net; http://www.tailieu.vn/ 67 ... nối thực chuyển động pittong chuyển động rãnh trượt - Kết nối quay (R): kết nối mà chuyển động khớp nối cánh thứ hai chuyển động quay xung quanh trục vuông góc với trục khớp nối thứ 13 - Kết nối... hệ thống khớp nối Trong chuyển động Robot người ta chia làm hai loại chuyển động chính: + Chuyển động thân cánh tay + Chuyển động khớp cổ tay Mỗi khớp nối thực hai chuyển động gọi “một bậc tự... nữa: - Hệ thống truyền dẫn động - Hệ thống điều khiển - Hệ thống cảm biến tín hiệu 1.4.1.1 Tay máy Tay máy cấu khí gồm khâu, khớp hình thành cánh tay để tạo chuyển động bản, gồm: + Bệ (thân) - Base