Ứng dụng bộ điều khiển PID thích nghi trong điều khiển lai vị trí - lực cho tay máy

Header Page of 126 Công trình ñược hoàn thành ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HOÀNG MAI NGUYỄN MINH ĐIỆP Phản biện 1: TS NGUYỄN ĐỨC THÀNH ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI TRONG Phản biện 2: TS VÕ NHƯ TIẾN ĐIỀU KHIỂN LAI VỊ TRÍ-LỰC CHO TAY MÁY Luận văn ñược bảo vệ Hội ñồng chấm Luận văn tốt Chuyên ngành: Tự ñộng hóa nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng năm 2012 Mã số: 60.52.60 Có thể tìm hiểu luận văn tại: TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng Đà Nẵng, Năm 2012 Footer Page of 126 - Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng Header Page of 126 MỞ ĐẦU Lý chọn ñề tài Ngày giới công nghệ phát triển Mục ñích nghiên cứu ñề tài nhằm ñánh giá mức ñộ ưu việt ñiều khiển PID thích nghi so với ñiều khiển PID Đối tượng phạm vi nghiên cứu nhanh mạnh kỹ thuật robot Robot trở thành Nghiên cứu xây dựng ñiều khiển PID thích nghi ñể ñiều ñộng lực quan trọng phát triển kỹ thuật Ở nước ta, khiển lai vị trí-lực cho tay máy robot áp dụng mô thuật toán nước ñang giai ñoạn công nghiệp hóa ñại hóa ñất ñiều khiển mô hình tay máy bậc tự nước, việc ứng dụng robot công nghiệp thiếu Phương pháp nghiên cứu Robot ñã ñang ñược ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác Tay máy ñược dùng chủ yếu công việc như: Gắp vật liệu, hàn, lắp ráp, sơn,…Các công việc thường yêu cầu tay máy phải có ñộ xác cao, lặp lại thực nhanh Hiện có nhiều phương pháp ñiều khiển tự ñộng + Nghiên cứu lý thuyết + Mô hình thực nghiệm: Mô Matlab Simulink Ý nghĩa khoa học thực tiễn ñề tài - Ứng dụng ñể ñiều khiển lai vị trí-lực cho tay máy DOF - Nâng cao ñược chất lượng ñiều khiển ñối với ñiều khiển tay phương pháp ñiều khiển kinh ñiển PID ñóng vai trò quan trọng máy robot Góp phần ứng dụng robot ngày phổ biến nước ta Tuy nhiên với tay máy ñối tượng có tính phi tuyến mạnh, việc sử Cấu trúc luận văn dụng phương pháp ñơn PID cho tiêu chất lượng Nội dung luận văn bao gồm chương, ñó: ñộ không tốt, chịu nhiễu dễ ổn ñịnh Do ñó, việc nghiên Chương 1: Tổng quan tay máy robot Chương giới thiệu cứu ứng dụng thuật toán ñiều khiển ñại nhằm ñiều khiển tổng quan phát triển thành phần cấu tạo tay máy robot xác loại bỏ tác ñộng không mong muốn trình Chương 2: Động lực học tay máy robot Chương giới ñiều khiển tay máy thu hút ñược quan tâm, nghiên cứu thiệu ñộng lực học lai vị trí-lực tay máy robot mô hình thuật toán nhà khoa học ñộng ñiện chiều (DMC) Với lý trên, tác giả ñã lựa chọn ñề tài “Ứng dụng Chương 3: Cơ sở lý thuyết ñiều khiển PID thích nghi thiết ñiều khiển PID thích nghi ñiều khiển lai vị trí-lực cho tay kế ñiều khiển PID thích nghi ñiều khiển lai vị trí-lực cho tay máy máy” làm ñề tài nghiên cứu với mong muốn ñáp ứng ngõ robot bậc tự Chương giới thiệu sở lý thuyết ñiều ñặc tính hệ thống ñiều khiển thỏa mãn yêu cầu ñã ñề khiển kinh ñiển, thích nghi thiết kế ñiều khiển PID thích nghi Mục ñích nghiên cứu Footer Page of 126 Chương 4: Mô hệ thống kết luận Header Page of 126 CHƯƠNG CHƯƠNG TỔNG QUAN TAY MÁY ROBOT ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TAY MÁY ROBOT 1.1 Lịch sử phát triển 2.1 Phương trình ñộng học Robot 1.2 Các ñịnh nghĩa 2.1.1 Phương trình ñộng học thuận Robot Định nghĩa theo RIA (Robot Institute of America) 2.1.1.1 Tham số nối khớp Định nghĩa theo tiêu chuẩn AFNOR (Pháp) 2.1.1.2 Lập bảng thông số (DH) Danevit-Hartenberg Định nghĩa theo Γ OCT 25686-85 (Nga) 2.1.2 Phương trình ñộng học ngược Robot 1.3 Cấu trúc Robot công nghiệp 2.1.2.1 Các ñiều kiện toán ñộng học ngược 1.4 Hệ thống dẫn ñộng 2.1.2.2 Lời giải theo phép quay Euler 1.5 Hệ thống cảm biến 2.1.2.3 Lời giải phép quay Roll, Pitch, Yaw 1.6 Kết cấu tay máy 2.2 Phương trình ñộng lực học robot 1.7 Các phương pháp ñiều khiển tay máy robot 1.8 Kết luận Chương tìm hiểu sơ lược lịch sử phát triển M (q)q&& + C (q, q& )q& + g (q) = τ (2.10) (2.10) phương trình ñộng lực học tay máy có n-DOF 2.2.1 Các tính chất mô hình ñộng lực học tay máy robot công nghệ robot, ñặc ñiểm robot phương pháp ñiều 2.2.1.1 Ma trận quán tính M(q) khiển robot Việc ñiều khiển cánh tay robot 2.2.1.2 Ma trận lực ly tâm lực Coriolis nhiệm vụ quan trọng ñòi hỏi phải thường xuyên ñược nghiên cứu, 2.2.1.3 Vector moment trọng lực phát triển hoàn thiện theo hướng tối ưu 2.2.2 Mô hình ñộng lực học cho tay máy hai bậc tự y mt,It m2,I q l m1,I lC1 q l2 lC2 x Hình 2.3: Cấu trúc ñộng học tay máy hai bậc tự Footer Page of 126 Header Page of 126 τ ' = M (q)q&& + C (q, q& )q& + G (q) + D (q& ) + J T (q) f 2.2.2.1 Động học thuận x   y  = φ (q1 , q2 )   (2.23) (2.24) (2.27) Hàm Lagrange tay máy robot ñã cho hình 2.3, ñược xác L(q, q&) = K(q, q&) − P(q) Phương trình Lagrange-Euler lực tổng quát tác ñộng lên khâu thứ i Lực tổng quát moment τ ñược xác ñịnh bởi: τi = d  ∂L ( q , q& )  ∂L ( q, q& ) ; i = 1; − dt  ∂q&  ∂q Chọn hệ trục toạ ñộ Oxy hình 2.3 Ta tính ñược mô men lực khớp khớp Mô hình trạng thái tay máy robot:  M 11 M 12  C11 C12   g1   M M  q&&+ C C  q& +  g  = τ  21 22   21 22   2 (2.48) J(q) ñược xác ñịnh (2.25) 2.4.1 Mô tả toán học ñộng ñiện chiều 2.2.2.3 Động lực học tay máy hai bậc tự ñịnh bởi: τ f = J T (q) f 2.4 Động ñiện chiều ñiều khiển tay máy robot 2.2.2.2 Động học ngược  q1  −1  q  = φ ( x, y )  1 Mô men ngoại lực tác dụng vào tay máy có phương trình ñộng lực sau [8]: Với tay máy robot DOF, mô hình ñộng học ñược cho bởi: x = l1 cos(q1 ) + l2 cos(q1 + q2 ) y = l1 sin(q1 ) + l2 sin(q1 + q2 ) (2.47) 2.4.1.1 Chế ñộ xác lập ñộng ñiện chiều 2.4.1.2 Chế ñộ ñộ ñộng ñiện chiều 2.4.2 Các hàm truyền 2.4.2.1 Hàm truyền chỉnh lưu 2.4.2.2 Hàm truyền biến dòng ño lường 2.4.2.3 Hàm truyền máy phát tốc 2.4.2.4 Hàm truyền cảm biến vị trí 2.4.2.5 Bảng thông số ñộng 2.5 Kết luận chương Trong chương tác giả ñã nghiên cứu lý thuyết ñộng lực học (2.44) robot công nghiệp mô hình thuật toán ñộng ñiện (2.43) chiều áp dụng cho robot hai bậc tự Nghiên cứu ñộng lực học robot công việc cần thiết phân (2.45) tích tổng hợp trình ñiều khiển chuyển ñộng ñể ñưa 2.3 Điều khiển lai vị trí-lực tay máy phương trình ñộng lực học lai vị trí-lực tay máy Từ ñó giải 2.3.1 Tổng quan ñiều khiển lai vị trí-lực tay máy robot phương trình ñộng lực học ñưa mô hình trạng thái tay máy Kết 2.3.2 Điều khiển lai vị trí-lực tay máy bậc tự tìm ñược ñược mô tay máy chương Phương trình ñộng lực học lai vị trí-lực tay máy [8]: Footer Page of 126 Header Page of 126 10 D(t ) ∈ R n nhiễu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID THÍCH NGHI Ta viết: u = M (q ) q&& + k (q, q& ) Trong ñó: k (q, q& ) = C (q, q& ) q& + G (q ) a (q, q& ) = − M −1 (q).k (q, q& ) B ( q ) = − M −1 ( q ) ĐIỀU KHIỂN LAI VỊ TRÍ-LỰC CHO TAY MÁY ROBOT BẬC TỰ DO 3.1 Tổng quan Suy ra: q&& = a (q, q& ) + B (q )u + D(t ) 3.2 Các ñiều khiển kinh ñiển (3.10) Xét hệ thống phi tuyến biểu diễn phương trình trạng thái 3.2.1 Bộ ñiều khiển tỉ lệ sai lệch (PE: Propotional Error) tay máy (3.10): 3.2.2 Bộ ñiều khiển tỉ lệ ñạo hàm (PD: Propotional Derivative) 3.2.3 Bộ ñiều khiển tỉ lệ – tích phân – ñạo hàm (PID: Propotional Trong ñó u ∈ R n vectơ lực tổng quát Giả thuyết [6]: – Integral - Derivative) a ≤A   B = H ≤ hm   d ≤D  3.2.4 Bộ ñiều khiển tính mô men (Computed - Torque Controller) −1 3.3 Điều khiển thích nghi 3.3.1 Giới thiệu chung (3.11) Gọi q d ∈ R n vectơ quĩ ñạo mong muốn, e = qd − q; e& = q&d − q& 3.3.2 Hệ thống ñiều khiển thích nghi tự chỉnh vectơ sai lệch bám ñạo hàm chúng 3.3.3 Hệ thống ñiều khiển thích theo mô hình mẫu Chọn σi = Ciei + e& i 3.3.4 Luật thích nghi 3.3.4.1 Phương pháp hàm nhạy (luật MIT) Trong ñó C = diag ( C1 ,C2 , ,Cn ) ; Ci ∈ R; Ci > 0; i = 1, , n 3.3.4.2 Gradient phương pháp bình phương bé dựa tiêu Chọn chí ñánh giá hàm chi phí sai số Trong ñó K = diag ( K1, K , ,K n ) ; K i = K > 0; i = 1, ,n 3.3.4.3 Hàm Lyapunov sgn ( σ ) = sgn ( σ1 ) ,sgn ( σ ) ,sgn ( σ n )  3.4 Thiết kế ñiều khiển PID thích nghi cho ñiều khiển lai vị Động lực học cho tay máy phi tuyến có dạng: Footer Page of 126 (3.12) T Cho hệ thống (3.10) thỏa mãn giả thiết (3.11) với u chọn theo qd ) ;η > (3.12), ñó: K = H( A+ D+ η+ Ce&+&& trí-lực cho tay máy robot τ = M (q )q&& + C (q, q& )q& + G ( q) + D (t ) = u u = Ksgn ( σ ) sai lệch bám hệ thống e hội tụ (3.9) Header Page of 126 11 12 Chứng minh: Từ luật ñiều khiển (3.12), ta thấy hàm sgn(σ) gây thay Đạo hàm σ là: σ& = Ce& + && q d − && q & & & & σ = Ce+ qd − a ( q,q ) − B ( q ) Ksgn ( σ ) − d ( t ) & = σ T σ& = σ T ( Ce& + && Chọn , V1 = σT σ ≥ V e) & = σ T σ& = σ T Ce& + && &&) − B ( q ) Ksgn ( σ ) − d ( t )  V q d − a ( q,q  & = σ T B ( q )  B−1 ( Ce& + && &&) − d ( t ) ) − Ksgn ( σ ) V q d − a ( q,q  ñổi u từ +K sang –K cách nhanh σ ≈ [6] Điều thực tế làm cho uñk thay ñổi nhanh ± K, làm ñộng mau hư Ta làm mềm u cách thay dấu signum hàm bảo hòa sat Khi thay hàm signum hàm tỉ lệ - tích phân- ñạo hàm (PID) bảo hòa, ta khử chattering cho tín hiệu ñiều khiển  & ≤ σ T B ( q ) sgn ( σ )  H ( Ce& + && && ) + d ( t ) ) − K  V q d + a ( q,q   mà không gây sai lệch hoạt ñộng hệ thống [1] Rõ ràng V&1 ≤ K ≥ H ( A+ D+ η+ Ce& + && qd ) với η số dương nhỏ Như u = Kconst.sat(σ/φ) −Kconst σ < −ϕ  K σ Kconst  u = Kconst = C.e + const e& ϕ ϕ ϕ  K σ ϕ >  const Hay Theo tiêu chuẩn ổn ñịnh Lyapunov thì: V1 = σT σ ≥ có V&1 ≤ 0, ñảm bảo hệ thống có σ → Khi σ = = Ce+ e& tương ñương với Ci ei + e&i = 0; i = 1, , n −ϕ ≤ σ ≤ ϕ Luật ñiều khiển ñược làm mềm hoá thực chất Với Ci > ei → t → ∞ mà tốc ñộ hội tụ phụ thuộc vào ñiều khiển PD với K P = Kconst C K D = K const ϕ giá trị Ci Từ cách chứng minh ta thấy e → e& → ϕ Vì ñiều khiển khâu PD ñể ñiều khiển ñối tượng phi q&&d có giới hạn tính chất vật lý hệ thống nên tìm ñược tuyến, nên luôn tồn sai lệch e Trên quĩ ñạo pha sai lệch số E cho: ( e, e& ) , hệ thống hội tụ lại vùng quanh gốc tọa ñộ Ce& + && qd ≤ E (3.13) ( e = 0, e& = 0) Rõ ràng khâu I ñược ñưa vào ñiều khiển PD có Từ ñó ta chọn K = ( A + D +η + E ) hm số thể làm sai lệch e → Từ ñó ta xây dựng luật ñiều khiển Hệ quả: Cho hệ thống (3.10) với giả thiết (3.11), (3.13) thỏa PID sau: mãn, u chọn theo (3.12), Trong ñó: K = ( A + D +η + E ) hm = Kconst (3.14) sai lệch bám hệ thống e hội tụ Footer Page of 126 − K const σ < −ϕ  t K K σ u =  const C.e + const e& + I ∫ dt ϕ 0ϕ  ϕ K σ ϕ >  const −ϕ ≤ σ ≤ ϕ Header Page of 126 13 14 Hay CHƯƠNG − Kconst σ < −ϕ  K C + I K C.I t u =  const e + const e& + edt ϕ ϕ ϕ ∫0  K σ > ϕ  const MÔ PHỎNG HỆ THỐNG VÀ KẾT LUẬN − ϕ ≤ σ ≤ ϕ (3.15) 4.1 Mô hình hóa tay máy robot 4.2 Mô hình hóa ñộng ñiện chiều Ở ñây: K P = K const C + I ; K I = C.I ; K D = K const ϕ ϕ ϕ 4.3 Mô hình hóa ñiều khiển PID thích nghi với tham số Từ kết thiết kế xây dựng luật ñiều khiển PID thích nghi 4.4 Mô hình hóa hệ thống thích nghi K = K consti Ci + I i ; K = Ci I i ; K = K consti Pi Ii Di ϕi ϕi ϕi tổng quát trên, tác giả áp dụng cho tay máy bậc tự Khớp 1: Luật ñiều khiển PID thích nghi KP, KI, KD K P1 = K consti Ci + I i ϕi ; KI1 = Ci I i ϕi ; K D1 = K consti ϕi ;i = 1÷ Khớp 2: Luật ñiều khiển PID thích nghi KP, KI, KD KP2 = K consti Ci + I i ϕi ; KI = Ci I i ϕi ; KD2 = K consti ϕi ;i = 1÷ 3.5 Kết luận chương Chương giới thiệu ñiều khiển kinh ñiển ñiều khiển ñại cho tay máy robot Áp dụng ñể thiết kế ñiều khiển PID thích nghi cho tay máy robot Qua ñó xác ñịnh ñây phương pháp khoa học ñể lựa chọn tính ñược hệ số KP, KI, KD thông qua thông số Kconst, C, I φ Điều ñược chứng minh mô chương Hình 4.4: Sơ ñồ mô hình hóa dùng ñiều khiển PID thích nghi ñiều khiển lai vị trí-lực cho tay máy DOF 4.5 Kết mô phân tích nhận xét Footer Page of 126 Header Page of 126 15 16 4.5.1 Kết mô so sánh ñiều khiển PID thích nghi PID Khi có tải với vị trí góc qd1=pi/4(rad), qd2=pi/3(rad) lực ñặt fd1,fd2=const Hình 4.11: Sai lệch bám lực khớp 1,2 Hình 4.8: Qũi ñạo theo góc quay q1, q2 Hình 4.12: Sai lệch lai vị trí-lực khớp 1(PID-TN) Hình 4.9: Sai lệch vận tốc góc quay q1, q2 Hình 4.10: Sai lệch bám vị trí khớp 1,2 Footer Page of 126 Hình 4.13: Sai lệch lai vị trí-lực khớp 2(PID-TN) Header Page of 126 17 18 Bảng 4.1: Bảng số liệu mô PID thích nghi PID vị trí góc quay Khi vị trí góc quay ñến chế ñộ xác lập lực Bộ Điều Khiển PID-TN PID Khớp i Khớp Khớp Khớp Khớp Sai lệch tĩnh Vị trí -0.1047 0.08324 -0.4883 0.2854 Thời gian xác lập Vị trí 0.4 4.1 2.7 tác dụng 4.5.2 Kết mô thay ñổi hệ số Kconsti, φi, Ii, Ci ñiều khiển a) Với Kconst, I, φ số Ci C1 < C2< C3 (C1=20, C2=25, C3=30) Nhận xét: Từ bảng số liệu kết mô hiểu thi ñồ thị hình 4.8, hình 4.9, hình 4.10, hình 4.11, hình 4.12, hình 4.13 ta thấy: *) Về sai lệch góc quay: Hình 4.8, hình 4.10 - Bộ ñiều khiển PID-TN: Có dao ñộng nhỏ thời gian bám tới quĩ ñạo ñặt nhanh so với ñiều khiển PID - Bộ ñiều khiển PID: Dao ñộng lớn thời gian tiến tới xác Hình 4.14: Qũi ñạo góc theo khớp 1,2 Ci thay ñổi lập hay thời gian bám theo quĩ ñạo ñặt chậm *) Về sai lệch vận tốc góc quay: Hình 4.9 - Bộ ñiều khiển PID-TN: Mặc dầu thời gian ñầu có dao ñộng thời gian tiến ñến xác lập nhanh ñiều khiển PID - Bộ ñiều khiển PID: Dao ñộng thời gian tiến tới xác lập chậm PID-TN Hình 4.15: Sai lệch bám vị trí khớp 1,2 Ci thay ñổi *) Về sai lệch lực: Hình 4.11 So với PID PID-TN có thời gian ñến xác lập cao Tuy nhiên khớp dao ñộng PID-TN có phần lớn *) Về sai lệch vị trí-lực: Hình 4.12, hình 4.13 Nhìn vào ñồ thị ta thấy: Trong thời gian ñiều khiển, vị trí góc quay chế ñộ ñộ lực tác dụng theo chế ñộ ñộ Hình 4.16: Sai lệch lực khớp 1,2 Ci thay ñổi Footer Page of 126 Header Page 10 of 126 19 20 Bảng 4.2: Bảng số liệu mô PID thích nghi Ci thay ñổi Các tham số φ = 0,5 Kconst = 75 I = 0,5 C1 = 20 C2= 25 C3 = 30 Khớp i Khớp Khớp Khớp Khớp Sai số tĩnh -0.1498 0.1646 -0.1454 0.1661 Thời gian xác lập 1.1 1.1 1.5 1.4 Khớp Khớp -0.1494 0.1731 1.7 1.6 Hình 4.18: Sai lệch bám vị trí khớp 1,2 Kconsti thay ñổi Nhận xét: Từ bảng 4.2, hình 4.14, hình 4.15, hình 4.16 ta thấy: Khi Ci nhỏ quĩ ñạo khâu bám ñược quĩ ñạo chuẩn nhanh so với Ci lớn hơn, Ci lớn sai lệch bám quĩ ñạo chậm Đồng thời sai lệch lực tăng theo chiều tăng Ci Ci ảnh hưởng ñến tác ñộng nhanh hệ b) Với C, I, φ số Kconsti Kconst1 < Kconst2 < Kconst3 (Kconst1=15, Kconst2=18, Kconst3=150) Hình 4.17: Qũi ñạo góc quay theo khớp 1,2 khi Kconsti thay ñổi Hình 4.19: Sai lệch lực khớp 1,2 Kconsti thay ñổi Bảng 4.3: Bảng số liệu mô PID thích nghi Kconsti thay ñổi Sai số Thời gian xác tĩnh lập Kconst1 = 15 Khớp -0.188 1.15 Khớp 0.1851 1.15 φi = 0,5 Kconst2 = 18 Khớp -0.18 1.8 Ci = 20 Ii = 0,5 Khớp 0.1797 1.5 Kconst3 = 150 Khớp -0.1453 2.2 Khớp 0.1645 Nhận xét: Từ bảng 4.3, hình 4.17, hình 4.18, hình 4.19 ta thấy: Các tham số Khớp i Khi Kconsti lớn hệ có dao ñộng bám theo quĩ ñạo tốt Kconsti nhỏ Khi Kconsti nhỏ xu hướng lệch quĩ ñạo chuyển ñộng lớn Kconsti lớn làm cho tín hiệu ñiều khiển có thay Footer Page 10 of 126 Header Page 11 of 126 22 21 ñổi u nhanh Kconsti nhỏ làm cho sai số lực bám theo lực ñặt lớn Tóm lại Kconsti ảnh hưởng ñến ổn ñịnh hệ c) Với C, Kconst, φ số Ii I1< I2 < I3 (I1=0.01, I2=0.8, I3=5) Các tham số φ = 0,08 Kconst = 500 C = 25 I1 = 0.01 I2= 0.8 I3 = Khớp i Khớp Khớp Khớp Khớp Khớp Khớp Sai số tĩnh -0.08438 0.08089 -0.08421 0.08083 -0.0833 0.08054 Thời gian xác lập 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 0.85 Nhận xét: Từ bảng 4.4 hình 4.20, hình 4.21, hình 4.22 ta thấy: Ii ảnh hưởng nhiều ñến ổn ñịnh hệ thống Hình 4.20: Qũi ñạo góc quay theo khớp 1,2 khi Ii thay ñổi d) Với Ci, Kconsti, Ii số φi φ1< φ2< φ3 (φ1=0.5, φ2=5, φ3=10) Hình 4.21: Sai lệch bám vị trí khớp 1,2 Ii thay ñổi Hình 4.23: Qũi ñạo bám theo khớp 1,2 khi φi thay ñổi Hình 4.22: Sai lệch lực khớp 1,2 Ii thay ñổi Bảng 4.4: Bảng số liệu mô PID thích nghi Ii thay ñổi Footer Page 11 of 126 Hình 4.24: Sai lệch bám vị trí khớp 1,2 φi thay ñổi Header Page 12 of 126 24 23 Kết mô cho thấy: Khi dùng ñiều khiển PID thích nghi ñể ñiều khiển lai vị trí-lực cho tay máy robot ñộ ổn ñịnh tác ñộng nhanh hệ thống tốt so với dùng ñiều khiển PID thông thường Với kết ñã chứng minh thiết kế ñiều khiển PID thích nghi chương Hình 4.25: Sai số lực khớp 1,2 φi thay ñổi Bảng 4.5: Bảng số liệu mô PID thích nghi φi thay ñổi Các tham số φ1 = 0,5 Kconst = 150 φ2 = C = 20 I =0.5 φ3 = 10 Khớp i Khớp Khớp Khớp Khớp Khớp Khớp Sai số tĩnh -0.1502 0.1656 -0.2405 0.2089 -0.3687 0.2751 Thời gian xác lập 1.2 1.1 2.1 1.8 2.7 Nhận xét: Từ bảng 4.5 hình 4.23, hình 4.24, hình 4.25 ta thấy: Khi φi nhỏ quĩ ñạo khớp bám ñược quĩ ñạo ñặt tốt so với φi lớn Sai số lực biến thiên theo, φi nhỏ sai lệch K Pi = K consti Ci + I i ϕi ; K Ii = Ci I i ϕi ;K Di = K consti ϕi hội tụ sai lệch hệ thống thay ñổi thông số Kconsti, Ii, φi, Ci (i = 1÷3) thay ñổi Cụ thể: - Ci ảnh hưởng ñến tác ñộng nhanh hệ thống Ci lớn sai lệch bám theo quĩ ñạo lực chậm - Kconsti ảnh hưởng ñến ổn ñịnh hệ Khi Kconsti nhỏ xu hướng lệch quĩ ñạo lực lớn Nếu Kconsti nhỏ làm hệ thống ổn ñịnh - Ii ảnh hưởng không ñáng kể ñến ổn ñịnh hệ thống - φi ảnh hưởng ñến ñộ ổn ñịnh tác ñộng nhanh hệ 4.6 Kết luận chương bám quĩ ñạo nên sai lệch lực φi lớn Khi φi lớn ñộ - Nếu hệ kết hợp ñiều khiển PID ñược chỉnh ñịnh theo ñiều bám quĩ ñạo không tốt nên sai lệch lực lớn Đồng thời φi lớn tín hiệu khiển thích nghi tốc ñộ ñạt ñến giá trị ñặt nhanh hệ ñiều khiển từ lúc dao ñộng ñến lúc ổn ñịnh thời gian nhiều ñược ñiều khiển ñiều khiển PID φi nhỏ Tóm lại, φi ảnh hưởng ñến mức ñộ ổn ñịnh hệ thống tác ñộng nhanh hệ - Trong thời gian ñiều khiển, PID thích nghi có khả xác ñi ñến vị trí mong muốn (xd, yd) cao hệ sử dụng ñiều khiển PID e) Nhận xét chung Footer Page 12 of 126 Header Page 13 of 126 25 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 26 Tuy vậy, phạm vi vấn ñề ñặt thời gian hạn chế, luận Với phạm vi nghiên cứu ñã xác ñịnh, luận văn tập trung nghiên văn chưa ñề cập giải nhiều vấn ñề liên quan, chẳng hạn như: cứu kết hợp ñiều khiển PID thích nghi vào việc ñiều khiển lai vị Việc ñiều khiển ñiểm tác ñộng cuối robot theo quĩ ñạo, lực yêu trí-lực cho tay máy bậc tự Qua trình thực tác giả nhận cầu hay vấn ñề tối ưu lượng trình dịch chuyển thấy việc sử dụng ñiều khiển PID thích nghi cho hệ thống tự khâu, liệu việc sử dụng kết nghiên cứu ñể ñiều khiển ñộng ñộng có nhiều thuận lợi như: Đơn giản, dễ thay ñổi hiệu chỉnh cho robot n-DOF có tối ưu hay không, kết thực nghiệm mô tham số thông qua luật thích nghi PID ñã thiết kế sẳn hình thực nào, Đó vấn ñề mà tác giả mong Từ kết nghiên cứu lý thuyết Cụ thể qua phần mô ñiều khiển PID thích nghi cho tay máy bậc tự ta có kết luận: - Nếu hệ kết hợp ñiều khiển PID với ñiều khiển thích nghi tốc ñộ ñạt ñến giá trị ñặt nhanh hệ ñược ñiều khiển ñiều khiển PID - Trong thời gian ñiều khiển (thời gian mô phỏng), hệ kết hợp ñiều khiển PID với ñiều khiển thích nghi có khả hội tụ ñến zero nhanh nhiều so với PID Điều ñó có nghĩa sử dụng ñiều khiển PID thích nghi hệ thống tác ñộng nhanh ổn ñịnh với PID Như luận văn ñã giải ñược yêu cầu ñặt thiết kế ñiều khiển PID thích nghi từ ñó áp dụng mô mô hình hóa Matlab & Simulink Qua kết mô chương cho phép ta khẳng ñịnh phương pháp ñiều khiển cho ñối tượng phù hợp, áp dụng làm sở nghiên cứu ñể thiết kế ñiều khiển mới, góp phần giải vấn ñề lĩnh vực ñiều khiển học Footer Page 13 of 126 muốn tiếp tục nghiên cứu thời gian tới  ... thuyết ñiều khiển PID thích nghi thiết ñiều khiển PID thích nghi ñiều khiển lai vị trí-lực cho tay kế ñiều khiển PID thích nghi ñiều khiển lai vị trí-lực cho tay máy máy” làm ñề tài nghi n cứu với... khiển lai vị trí-lực tay máy phương trình ñộng lực học lai vị trí-lực tay máy Từ ñó giải 2.3.1 Tổng quan ñiều khiển lai vị trí-lực tay máy robot phương trình ñộng lực học ñưa mô hình trạng thái tay. .. ñiều khiển PID thích nghi cho tay máy bậc tự ta có kết luận: - Nếu hệ kết hợp ñiều khiển PID với ñiều khiển thích nghi tốc ñộ ñạt ñến giá trị ñặt nhanh hệ ñược ñiều khiển ñiều khiển PID - Trong thời