Điều khiển hệ tay máy hai phía có ràng buộc holonomic chịu ảnh hưởng trễ thời gian

Điều khiển hệ tay máy hai phía có ràng buộc holonomic chịu ảnh hưởng trễ thời gian Điều khiển hệ tay máy hai phía có ràng buộc holonomic chịu ảnh hưởng trễ thời gian Điều khiển hệ tay máy hai phía có ràng buộc holonomic chịu ảnh hưởng trễ thời gian luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG THẾ HẢI ĐIỀU KHIỂN HỆ TAY MÁY HAI PHÍA CĨ RÀNG BUỘC HOLONOMIC CHỊU ẢNH HƯỞNG TRỄ THỜI GIAN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội – Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - HOÀNG THẾ HẢI ĐIỀU KHIỂN HỆ TAY MÁY HAI PHÍA CĨ RÀNG BUỘC HOLONOMIC CHỊU ẢNH HƯỞNG TRỄ THỜI GIAN Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều Khiển Tự Động Hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS ĐÀO PHƯƠNG NAM Hà Nội – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu cá nhân tơi dƣới hƣớng dẫn TS Đào Phƣơng Nam Tài liệu tham khảo luận văn đƣợc trích dẫn đầy đủ Các kết nghiên cứu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Mọi chép khơng hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo xin chịu hoàn toàn trách nhiệm Tác giả luận văn Hoàng Thế Hải LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc, chân thành đến thầy giáo hƣớng dẫn TS Đào Phƣơng Nam, thầy tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho nhắc nhở đƣa lời khuyên để tơi hồn thành đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn tập thể thầy cô giáo Bộ môn Điều Khiển Tự Động, Trƣờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội truyền thụ cho kiến thức chuyên ngành quý báu đƣa góp ý để luận văn đƣợc hồn chỉnh Tơi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp khích lệ, động viên tơi q trình học tập nghiên cứu Tác giả luận văn Hoàng Thế Hải MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ BILATERAL TELEOPERATION 10 1.1 Phần mở đầu 11 1.2 Quá trình phát triển hệ teleoperation 13 1.3 Các phƣơng pháp điều khiển hệ Bilateral Teleoperation 14 1.3.1 Các phƣơng pháp dựa lý thuyết thụ động 15 1.3.2 Các phƣơng pháp khác 25 1.4 Ứng dụng hệ Teleoperation 30 1.4.1 Lĩnh vực khám phá vũ trụ 30 1.4.2 Lĩnh vực hoạt động dƣới đại dƣơng 31 1.4.3 Lĩnh vực xử lý hóa chất độc hại, phóng xạ 31 1.4.4 Lĩnh vực y học 32 1.4.5 Lĩnh vực quân 33 CHƢƠNG 2: MƠ HÌNH HĨA HỆ THỐNG 35 2.1 Mơ hình động lực học tay máy có ràng buộc 35 2.2 Mơ hình không gian trạng thái Master Slave 38 2.3 Mơ hình hóa mơi trƣờng 41 2.3.1 Mơ hình Kenvil-Voigt 41 2.3.2 Mơ hình Khối lƣợng-Lò xo-Giảm chấn 41 2.3.3 Mơ hình Hunt-Crossley 42 2.3.4 Mơ hình Maxwell 42 2.3.5 Mơ hình tiêu chu n tuyến tính đ c 43 2.4 Mơ hình Slave có tính đến tác động môi trƣờng 43 CHƢƠNG 3: ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ BILATERAL TELEOPERATION 44 3.1 Về điều khiển tối ƣu 44 3.1.1.Phƣơng pháp biến phân 45 3.1.2.Điều khiển bám tối ƣu cho hệ tuyến tính 46 3.1.3.Tính ổn định điều khiển bám tối ƣu 49 3.2 Phƣơng pháp biến sóng 49 3.2.1 Mơ hình động lực học 50 3.2.2 Bộ điều khiển tính tốn 50 3.3 Điều khiển thích nghi 56 3.3.1 Mơ hình động lực học 57 3.3.2 Phƣơng pháp điều khiển thích nghi 58 CHƢƠNG 4: CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG 62 4.1 Cấu trúc điều khiển 62 4.1.1 Các thông số hệ thống 62 4.1.2 Điều khiển phía Master 63 4.1.3 Điều khiển phía Slave 63 4.1.4 Mô 65 4.2 Cấu trúc điều khiển biến sóng 66 4.2.1 Các thông số hệ thống 68 4.2.2 Mô 69 4.3 Cấu trúc điều khiển thích nghi 71 4.3.1 Các thông số hệ thống 71 4.3.2 Mô 72 4.3.3 Nhận xét 74 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 75 Tài liệu tham khảo 76 DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1: Hệ thống Teleoperation song hành 10 Hình Hệ Teleoperation 11 Hình Sơ đồ khối hệ Teleoperation 12 Hình Mạng cửa 16 Hình Sơ đồ hệ Bilateral Teleoperation 18 Hình Biến sóng 20 Hình Phối hợp trở kháng 22 Hình Điều khiển hệ BT thông qua Internet 23 Hình Méo tín hiệu với kênh truyền thơng có nhiều trễ khác 23 Hình 10 Cấu trúc kênh 26 Hình 11 Kịch khám phá vũ trụ tƣơng lai 30 Hình 12 ROV Jason Viện Hải Dƣơng học Woods Hole 31 Hình 13 Robot xử lý chất thải hạt nhân Toshiba chế tạo 32 Hình 14 Hệ thống phẫu thuật từ xa da Vinci 33 Hình 15 Robot Cheetah đạt tới với vận tốc 29km/h 34 Hình 16 Sơ đồ hệ thống Bilateral Teleoperation 35 Hình 17 Scattering kết hợp với TDPA 54 Hình 18 Sơ đồ hệ thống điều khiển phía cho hệ BT 60 Figure Sơ đồ điều khiển tối ƣu hệ Bilateral Teleoperation 62 Figure Sơ đồ mô hệ thống Simulink 65 Figure Vị trí Master Slave tín hiệu vào hàm bƣớc nhảy 66 Figure Vị trí Master Slave tín hiệu vào xung chữ nhật 67 Figure Vị trí Master Slave tín hiệu vào hàm bƣớc nhảy 67 Figure Vị trí Master Slave tín hiệu vào xung chữ nhật 68 Figure Scattering kết hợp với TDPA 68 Figure Biến khớp thứ hai hệ robot 69 Figure.9 Biến khớp thứ hai hai hệ robot 70 Figure 10 Lực thứ ngƣời môi trƣờng 70 Figure 11 Lực thứ hai ngƣời môi trƣờng 71 Figure 12 Sơ đồ hệ thống điều khiển phía cho hệ BT 71 Figure 13 Lực tác động ngƣời 73 Figure 14 Tham số ƣớc lƣợng dựa theo điều khiển đề nghị 73 Figure 15 Góc lệch khớp robot điều khiển thực thi sử dụng điều khiển đề nghị 74 MỞ ĐẦU Hệ Bilateral Teleoperation (BT) hệ thống có nhiều khả ứng dụng sống đại Bài toán điều khiển hệ BT có hai nhiệm vụ ổn định đạt đƣợc độ minh bạch hệ thống Việc ổn định hệ BT không đơn giản trễ xảy kênh truyền thông Nhiều phƣơng pháp điều khiển đƣợc nghiên cứu ứng dụng vào hệ BT nhằm giải vấn đề trễ truyền thơng nhƣng chƣa có nhiều báo cáo bàn phƣơng pháp điều khiển điều khiển hệ BT Khi nghiên cứu “Điều khiển hệ tay máy phía có ràng buộc Holonomic chịu ảnh hưởng trễ thời gian” Tìm hiểu cách tiếp cận cho hệ BT, hệ đƣợc biểu diễn dƣới dạng mơ hình trạng thái Trƣớc hết hệ BT gồm ba thành phần (Master – Slave– Mơi trường) đƣợc mơ hình hóa, từ điều khiển đƣợc thiết kế dựa biểu thức hàm chi phí đƣợc xác định trƣớc Hệ Bilateral Teleoperation bao gồm hai Robot (Master Slave) gồm Robot Master đƣợc đ t phòng điều khiển Robot Slave đƣợc đ t trƣờng làm việc Hệ BT cho phép ngƣời làm việc mơi trƣờng khắc nghiệt nhƣ hầm lị, dƣới biển, mơi trƣờng phóng xạ… với độ chân thực cao thơng qua việc điều khiển tƣơng tác ngƣời robot Với thao tác tác động vào Robot Master đƣợc truyền thơng đến Robot Slave từ ảnh hƣởng môi trƣờng xung quanh, ngƣợc lại môi trƣờng xung quanh có tác động lên Robot Slave truyền ngƣợc trở lại Robot Master, ngƣời điều khiển cảm nhận đƣợc tác động từ mơi trƣờng lên Robot để tìm cách xử lý hay thay đổi quỹ đạo tay máy Robot, có nhiều nghiên cứu giải vấn đề xung quanh hệ BT ổn định hệ với thời gian trễ số ho c thay đổi, điều khiển bám vị trí tƣơng tác lực robot, nhiều nghiên cứu để mở rộng phát triển lý thuyết nhƣ thực nghiệm Nhiệm vụ toán điều khiển hệ Bilateral Teleoperation hai Robot Master Slave phải bám đƣợc vị trí tốc độ, ngƣời điểu khiển phải cảm nhận đƣợc tƣơng tác môi trƣờng làm việc tác động lên Robot Slave, quan trọng ổn định, chất lƣợng hệ thống đƣợc dựa nhiều vào lý thuyết thụ động ... bàn phƣơng pháp điều khiển điều khiển hệ BT Khi nghiên cứu ? ?Điều khiển hệ tay máy phía có ràng buộc Holonomic chịu ảnh hưởng trễ thời gian? ?? Tìm hiểu cách tiếp cận cho hệ BT, hệ đƣợc biểu diễn dƣới... HOÀNG THẾ HẢI ĐIỀU KHIỂN HỆ TAY MÁY HAI PHÍA CĨ RÀNG BUỘC HOLONOMIC CHỊU ẢNH HƯỞNG TRỄ THỜI GIAN Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều Khiển Tự Động Hóa LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ... nói điều khiển tối ƣu, điều khiển biến sóng, điều khiển thích nghi có xét đến thay đổi trễ truyền thông Chương 4: Cấu trúc điều khiển mô hệ thống: Chỉ cấu trúc điều khiển hệ thống có vận dụng điều