Điều khiển robot chui ống dùng kỹ thuật điều khiển mờ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM LÊ VŨ HÙNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT CHUI ỐNG DÙNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN MỜ LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ – điện tử Mã số ngành : 60520114 TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014 TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP HCM PHỊNG QLKH – ĐTSĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP HCM , ngày 25 tháng 01 năm 2014 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ VŨ HÙNG Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09/04/1970 Nơi sinh: HÀ NỘI Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ điện tử MSHV: 1241840006 I- TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN ROBOT CHUI ỐNG DÙNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN MỜ II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Tìm hiểu hoạt động Pipeline robot phương pháp điều khiển mờ ứng - dụng robot Nghiên cứu thiết kế chế tạo điều khiển Pipeline robot Xây dựng giải thuật điều khiển cho Pipeline robot Mô hệ thống điều khiển động sử dụng Pipeline robot - phần mềm Matlab Thiết kế chế tạo mơ hình Pipeline robot Chương 1: Tổng quan Chương 2: Cơ sở lý thuyết điều khiển mờ Chương 3: Xây dựng hệ thống điều khiển Chương 4: Sơ đồ kết mơ Chương 5: Thiết kế thi cơng mơ hình Pipeline robot Chương 6: Kết luận III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thông tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) Lê Vũ Hùng LỜI CÁM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu trường, tơi hồn thành đề tài tốt nghiệp cao học Để có thành này, tơi nhận nhiều hỗ trợ giúp đỡ tận tình từ thầy cơ, gia đình bạn bè Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy cô khoa Quản Lý Khoa Học - Đào Tạo Sau Đại Học, quý Thầy cô khoa Cơ - Điện - Điện Tử Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghệ TP.HCM tận tình giúp đỡ, hỗ trợ tơi suốt q trình thực luận văn Với lòng tri ân sâu sắc, tơi muốn nói lời cám ơn đến Thầy TS Nguyễn Thanh Phương, người nhiệt tình hướng dẫn bảo cho suốt thời gian thực nghiên cứu Tp Hồ Chí Minh, tháng 01 năm 2014 Người thực luận văn Lê Vũ Hùng TÓM TẮT LUẬN VĂN Trong báo này, tìm hiểu hoạt động Pipeline robot phương pháp điều khiển mờ ứng dụng cho robot Đầu tiên khảo sát cấu trúc đường ống,từ lựa chọn phương án thiết kế tốt nhất,nghiên cứu thiết kế chế tạo điều khiển Pipeline robot Thứ hai xây dựng giải thuật điều khiển cho Pipeline robot sở phân tích chi tiết chuyển động Pipeline robot, Mô phương pháp điều khiển cho Pipeline robot phần mềm Matlab Sau hoạt động ổn định xác ứng dụng chế tạo Pipeline robot Thiết kế thi cơng mơ hình Pipeline robot,đánh giá kết đạt ABSTRACT In this thesis, we study about working of the Pipeline Robot and the fuzzy control method which apply for robot The first, we find out the pipe structure, from which select the best method to design and control the Pipeline robot The second, we construct the controlling algorism for the Pipeline robot which bases on analyzing the moving detail of Pipeline robot Reproduce the controlling methods for pipeline Robot on Matlab software After stable and exact working, then apply to make the Pipeline robot Design and produce the Pipeline robot model, then evaluate the getting result MỤC LỤC Tên đề mục Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt luận văn iii Abstract iv Mục lục v Danh mục từ viết tắt vii Danh mục bảng biểu viii Danh mục sơ đồ, hình ảnh ix Chương I: Tổng quan 1.1 Giới thiệu Tổng quan 1.2 Khảo sát đường ống lựa chọn phương án xây dựng mơ hình PIPELINE ROBOT 1.2.1 Những vấn đề xảy khảo sát thiết kế 1.2.2 Giải pháp thiết kế Pipeline robot 10 1.3 Mục đích nghiên cứu .13 1.4 Đối tượng nghiên cứu .13 1.5 Phạm vi nghiên cứu 14 1.6 Phương pháp nghiên cứu 14 1.7 Kế hoạch thực 14 1.8 Giá trị thực tiễn đề tài .14 1.9 Phát thảo nội dung luận văn 14 Chương II: Cơ sở Lý thuyết 2.1 Điều khiển mờ .16 2.2 Khái niệm 16 2.2.1 Định nghĩa tập mờ 16 2.2.2 Các thuật ngữ logic mờ 17 2.2.3 Biến ngôn ngữ 18 2.2.4 Các phép toán tập mờ 18 2.2.5 Luật hợp thành 18 2.2.6 Giải mờ 20 2.3 Bộ điều khiển mờ 22 2.3.1 Cấu trúc điều khiển mờ 22 2.3.2 Nguyên lý điều khiển mờ .23 2.3.3 Phân loại điều khiển mờ 24 2.3.4 Thiết kế điều khiển mờ 25 2.4.Thiết kế điều khiển PID mờ .26 2.4.1 Sơ đồ điều khiển sử dụng điều khiển PID mờ : 27 2.4.2 Luật chỉnh định PID: 27 2.5 Hệ điều khiển mờ lai (F-PID) 28 2.6 Kết luận 29 Chương III: Xây dựng hệ thống điều khiển 3.1 Thiết kế điều khiển động DC PIPELINE ROBOT .31 3.1.1 Xây dựng phương trình động DC .31 3.1.2 Yêu cầu điều khiển – Thông số động 33 3.2 Thiết kế điều khiển PID kinh điển điều khiển động DC 34 3.2.1 Đặc tính điều khiển với PID 35 3.2.2 Hiệu chỉnh thông số điều khiển PID 36 3.2.5 Mơ q trình điều khiển PID kinh điển động DC 38 3.3 Thiết kế điều khiển PID mờ điều khiển động DC 38 3.3.1 Thiết kế điều khiển mờ PID mờ để chỉnh định tham số động DC 38 3.3.2 Sơ đồ điều khiển PID mờ điều khiển động DC 41 3.3.3 Mơ q trình điều khiển PID mờ cho động DC 42 3.4 Thiết kế PID mờ lai cho hệ thống điều khiển động DC 42 3.4.1 Thiết kế điều khiển mờ PID mờ lai điều khiển động DC 42 3.4.2 Sơ đồ điều khiển PID mờ lai điều khiển động DC .47 3.4.3 Mơ q trình điều khiển PID mờ lai cho động DC 48 Chương IV: Sơ đồ kết mô 4.1 Sơ đồ kết mô hệ thống điều khiển tốc độ động DC dùng điều khiển PID kinh điển 50 4.1.1 Sơ đồ kết mô hệ thống điều khiển tốc độ động DC dùng điều khiển PID kinh điển .50 4.1.2 Sơ đồ kết mô hệ thống điều khiển moment động DC dùng điều khiển PID kinh điển .53 4.2 Sơ đồ kết mô hệ thống điều khiển tốc độ động DC dùng điều khiển PID mờ .56 temp = ret; delay_ms(50); while (ret == temp) { ret = (PINC & NO_PRESS); delay_ms(10); } delay_ms(200); return temp; } ////////////////////////////////////////////////////////////// //Scan button with timeout ////////////////////////////////////////////////////////////// unsigned char Scan_Button_Timeout(unsigned long time_out) { unsigned char temp = NO_PRESS; unsigned char ret = NO_PRESS; unsigned long count = 0; count = time_out; DDRC = 0x00; //port B as inputs to read the button status ret = (PINC & NO_PRESS); while (ret == NO_PRESS) { ret = (PINC & NO_PRESS); if (count == 0) { return temp; } count ; delay_us(10); } temp = ret; count = time_out; delay_us(50); while (ret == temp) { ret = (PINC & NO_PRESS); if (count == 0) { return temp; } count ; delay_ms(10); } delay_ms(200); return temp; } ////////////////////////////////////////////////////////////// //get size of menu ////////////////////////////////////////////////////////////// unsigned char Get_Size_Menu(struct DefineMenu *Menu) { unsigned char i = 0; while (Menu[i].Id != 0xFF) { i++; } return (i + 1); } ////////////////////////////////////////////////////////////// //get function menu before ////////////////////////////////////////////////////////////// unsigned int Get_Function_Menu_Before(unsigned int funcSelected, struct DefineMenu *menu) { if(funcSelected = (Get_Size_Menu(menu) - 2)) { return 1; } return (funcSelected + 1); } ////////////////////////////////////////////////////////////// //display menu function ////////////////////////////////////////////////////////////// void Display_Menu_Function(void) { unsigned int FunctionMenuBefore,FunctionMenuAfter; unsigned int maxFunc; maxFunc = Get_Size_Menu(Menu) - 2; FunctionMenuBefore = Get_Function_Menu_Before(FunctionMenu, Menu); FunctionMenuAfter = Get_Function_Menu_After(FunctionMenu, Menu); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); lcd_puts(Menu[FunctionMenu].funcName); lcd_gotoxy(0,1); lcd_puts(Menu[FunctionMenuAfter].funcName); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf(">"); } void Auto_Prog(void) { char cmd[3] = {0}; int i; lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf(" AUTO PROGRAM RECEIVE COMMAND "); while (1) { for (i = 0; i < 3; i++) { cmd[i] = 0; } if (USART_get_packet(cmd,2) == 2) { USART_send_packet(cmd,2); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("Received command"); lcd_gotoxy(0,1); if (strcmp(cmd,"GT") == 0) //Go straight { lcd_putsf("Go straight!"); Gostraight(MAX_SPEED, MAX_SPEED); } else if (strcmp(cmd,"GB") == 0) //Go back { lcd_putsf("Go back!"); Goback(MAX_SPEED, MAX_SPEED); } else if (strcmp(cmd,"MX") == 0) //Resize max { lcd_putsf("Resize max!"); Resize_Robot(RESIZE_MAX, MAX_SPEED); } else if (strcmp(cmd,"MN") == 0) //Resize { lcd_putsf("Resize min!"); Resize_Robot(RESIZE_MIN, MAX_SPEED); } else if (strcmp(cmd,"ST") == 0) //Stop { lcd_putsf("Stop!"); Stop(); } else { lcd_putsf("Unknown command!"); } } if (PINC.7 == 0) { break; } } lcd_clear(); Display_Menu_Function(); } void Resize_Up_Prog(void) { lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf(" RESIZE MAX PROGRAM "); Resize_Robot(RESIZE_MAX, MAX_SPEED); lcd_clear(); Display_Menu_Function(); } void Resize_Down_Prog(void) { lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf(" RESIZE MIN PROGRAM "); Resize_Robot(RESIZE_MIN, MAX_SPEED); lcd_clear(); Display_Menu_Function(); } ////////////////////////////////////////////////////////////// //action function ////////////////////////////////////////////////////////////// void Action_Function(unsigned char action) { switch (action) { case AUTO_PROGRAM: Auto_Prog(); break; case RESIZE_UP_PROGRAM: Resize_Up_Prog(); break; case RESIZE_DOWN_PROGRAM: Resize_Down_Prog(); break; default: break; } } ////////////////////////////////////////////////////////////// //init menu ////////////////////////////////////////////////////////////// void Init_Menu(void) { Menu = MainMenu; FunctionMenu = 1; Display_Menu_Function(); } ////////////////////////////////////////////////////////////// //Down_Menu_Inform ////////////////////////////////////////////////////////////// void Down_Menu_Inform(void) { unsigned short maxFunc; unsigned short FunctionMenuBefore, FunctionMenuAfter; maxFunc = Get_Size_Menu(Menu) - 2; if(FunctionMenu >= maxFunc) { FunctionMenu = 1; } else { FunctionMenu++; } FunctionMenuBefore = Get_Function_Menu_Before(FunctionMenu, Menu); FunctionMenuAfter = Get_Function_Menu_After(FunctionMenu, Menu); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0,0); lcd_puts(Menu[FunctionMenu].funcName); lcd_gotoxy(0,1); lcd_puts(Menu[FunctionMenuAfter].funcName); lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf(">"); } ////////////////////////////////////////////////////////////// //Up_Menu_Inform ////////////////////////////////////////////////////////////// void Up_Menu_Inform(void) { unsigned short maxFunc; unsigned short FunctionMenuBefore, FunctionMenuAfter; maxFunc = Get_Size_Menu(Menu) - 2; if(FunctionMenu inputs DDRC = 0x00; PORTC = 0xFF; //PortD: //PortD.0: Input, PortD.1 PortD.7: Output DDRD = 0xFE; PORTD = 0xFF; // Timer/Counter initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer Stopped // Mode: Normal top=0xFF // OC0 output: Disconnected TCCR0 = 0x00; TCNT0 = 0x00; OCR0 = 0x00; TCNT1H = 0x00; TCNT1L = 0x00; //Setup PWM for left motor and right motor TCCR1A = 0xA2; TCCR1B = 0x1B; ICR1H = 0x00; ICR1L = 0xFF; OCR1A = MIN_SPEED; //Left Motor stop OCR1B = MIN_SPEED;//Right Motor stop //Setup PWM for rotate motor ASSR = 0x00; TCCR2 = 0x6C; TCNT2 = 0xFF; OCR2 = MIN_SPEED;//Rotate motor stop // External Interrupt(s) initialization // INT0: Off // INT1: Off // INT2: Off MCUCR = 0x00; MCUCSR = 0x00; // Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization TIMSK = 0x00; // USART initialization // Communication Parameters: Data, Stop, No Parity // USART Receiver: On // USART Transmitter: On // USART Mode: Asynchronous // USART Baud Rate: 9600 UCSRA=0x00; UCSRB=0xD8; UCSRC=0x86; UBRRH=0x00; UBRRL=0x33; // Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off // Analog Comparator Input Capture by Timer/Counter 1: Off ACSR=0x80; SFIOR=0x00; //Turn off Watchdog Timer WDTCR = 0x00; // Alphanumeric LCD initialization // RS - PORTA.7 // RD - PORTA.6 // EN - PORTA.5 // D4 - PORTA.3 // D5 - PORTA.2 // D6 - PORTA.1 // D7 - PORTA.0 // Characters/line: 16 lcd_init(16); // Global enable interrupts #asm("sei") printf("\r\nTunnel Robot Project"); lcd_clear(); lcd_gotoxy(0, 0); lcd_putsf("- TUNNEL ROBOT -"); lcd_gotoxy(0, 1); lcd_putsf(" VERSION 1.0.0 "); delay_ms(1000); //Init menu lcd_clear(); Init_Menu(); //Display main menu Display_Menu_Function(); while (1) { button = NO_PRESS; button = Scan_Button_Timeout(5000); Process_Button(button); } } BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM LÊ VŨ HÙNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT CHUI ỐNG DÙNG KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN MỜ LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : Kỹ thuật Cơ – điện tử Mã số ngành : 60520114 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THANH PHƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2014 ... đồ điều khiển PID mờ điều khiển tốc độ động DC 55 Hình 4.4 Sơ đồ điều khiển PID mờ điều khiển moment động DC 58 Hình 4.5 Sơ đồ hệ thống điều khiển tốc độ động DC dùng điều khiển PID mờ. .. PID mờ điều khiển động DC 41 3.3.3 Mơ q trình điều khiển PID mờ cho động DC 42 3.4 Thiết kế PID mờ lai cho hệ thống điều khiển động DC 42 3.4.1 Thiết kế điều khiển mờ PID mờ lai điều khiển. .. thống điều khiển tốc độ động DC dùng điều khiển PID mờ .56 4.2.1 Sơ đồ kết mô hệ thống điều khiển tốc độ động DC dùng điều khiển PID mờ 56 4.2.2 Sơ đồ kết mô hệ thống điều