Thiết kệ bộ điều khiển pid mờ để điều khiển vị trí tay máy có tính đến độ đàn hồi

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI TUẤN VIỆT LINH THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ TAY MÁY CĨ TÍNH ĐẾN MODULE ĐÀN HỒI CỦA CÁNH TAY LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Đà Nẵng - Năm 2017 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA BÙI TUẤN VIỆT LINH THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ LAI ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ TAY MÁY CĨ TÍNH ĐẾN MODULE ĐÀN HỒI CỦA CÁNH TAY Chuyên ngành Mã số : Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa : 60.52.02.16 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HOÀNG MAI Đà Nẵng - Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Bùi Tuấn Việt Linh THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PID – MỜ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ TAY MÁY CĨ TÍNH ĐẾN ĐỘ ĐÀN HỒI Học viên: Bùi Tuấn Việt Linh Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số: 60.52.60 Khóa: 33PFIEV Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt – Robot công nghiệp đƣợc ứng dụng rộng rãi ngành sản xuất đại.Với ƣu điểm độ xác cao, thao tác lặp lại liên tục, tiêu tốn lƣợng làm việc môi trƣờng khắc nghiệt Tuy nhiên, nhƣợc điểm lớn hệ tay máy chƣa linh hoạt nhƣ ngƣời chƣa đảm bảo tính ổn định chất lƣợng Mặc dù siết chặt chất lƣợng chế tạo, thiết kế, cải thiện chiến lƣợc điều khiển để nâng cao độ xác động h ọ c, động lực học robot, nhƣng biến dạng cấu trúc trạng thái tĩnh tác động dƣới ảnh hƣởng tải trọng đƣợc xem xét Luận văn đề cập đến xây dựng phƣơng pháp bù sai số biến dạng đàn hồi cấu trúc dƣới ảnh hƣởng ngoại lực dựa công thức kết hợp phƣơng trình Lagrange-Euler với phƣơng pháp giả định, sau thiết kế điều khiển PID Mờ với mong muốn đạt đƣợc tiêu chất lƣợng hệ thống để hồn thiện phƣơng pháp nói Tác giả tóm tắt kết đạt đƣợc đƣa hƣớng phát triển Từ khóa – Robot Cơng Nghiệp; Phƣơng pháp giả định; Biến dạng đàn hồi; Tay máy cứng; Tay máy mềm; Điều khiển PID Mờ DESIGN OF FUZZY PID CONTROLLER FOR POSITION CONTROL OF MANIPULATOR WITH ELASTIC LINK Abstract – Industrial robots are being used extensively in modern manufacturing industries With high precision, repeatability, low power consumption and work in harsh environments However, the biggest disadvantage of the manual system is not flexible as human beings and does not guarantee the stability of system quality Despite tightening the quality of manufacturing, designing, and improving control strategies to improve the dynamics of robots, but the deformation of the static structure and influenced by load is less considered This thesis refers to the construction of the error correction method due to the elastic deformation of the structure under the influence of external forces based on the formula combining the Lagrange-Euler equation with the assumed model method, then designing the Fuzzy PID controller with the desire to achieve the quality criteria of the system to perfect the aforementioned methods The author has summarized the results achieved and set out the next direction Key words – Industrial Robot; Assumed model method; Elastic deformation; Rigid manipulator; Flexible manipulator; Fuzzy PID Controller MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Kết đạt đƣợc Cấu trúc luận văn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT 1.1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP 1.1.1 Cấu trúc Robot công nghiệp 1.1.2 Động học Robot công nghiệp 11 1.1.3 Tổng hợp chuyển động Robot công nghiệp 13 1.2 TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN ROBOT 14 1.2.1 Tổng quan điều khiển PID 14 1.2.2 Lý thuyết điều khiển Mờ 22 1.2.3 Hệ điều khiển PID – Mờ 25 1.3 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN BÙ SAI SỐ TRÊN THẾ GIỚI CHO ROBOT ĐÀN HỒI 27 1.4 KẾT LUẬN CHƢƠNG 29 CHƢƠNG XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CHO TAY MÁY HAI BẬC TỰ DO CĨ TÍNH ĐẾN ĐÀN HỒI 30 2.1 ĐỘNG LỰC HỌC CỦA ROBOT CÔNG NGHIỆP .30 2.1.1 Nhiệm vụ phƣơng pháp phân tích động lực học Robot công nghiệp 30 2.1.2 Phƣơng trình Lagrange_Euler 30 2.1.3 Phƣơng trình động lực học tay máy 31 2.1.4 Động lực học tay máy bậc tự 36 2.2 XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN HỌC CHO TAY MÁY HAI BẬC TỰ DO CĨ TÍNH ĐẾN ĐÀN HỒI 38 2.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 40 CHƢƠNG THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ CÁNH TAY ROBOT HAI BẬC TỰ DO CĨ TÍNH ĐẾN ĐỘ ĐÀN HỒI 41 3.1 MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA TAY MÁY HAI BẬC TỰ DO 41 3.2 PHƢƠNG ÁN SỬ DỤNG BĐK PID 43 3.2.1 Sơ đồ cấu trúc HTĐK Robot sử dụng PID 44 3.2.2 Sơ đồ mô HTĐK Robot sử dụng PID nhƣ sau 44 3.3 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HTĐK ROBOT SỬ DỤNG BĐK PID MỜ 45 3.4 XÂY DỰNG BĐK PID MỜ CHO ROBOT KHÂU 45 3.4.1 Thiết kế điều khiển mờ cho khâu 45 3.4.2 Thiết kế điều khiển mờ cho khâu 49 3.4.3 Sơ đồ mô HTĐK Robot khâu sử dụng điều khiển PID mờ 53 3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG 54 CHƢƠNG MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 55 4.1 CÁC THƠNG SỐ CỦA MƠ HÌNH ROBOT HAI BẬC TỰ DO 55 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 55 4.2.1 So sánh quỹ đạo hệ thống hai trƣờng hợp: Xét đến biến dạng khơng xét đến biến dạng vị trí (q1,q2) = (pi/2,0) (pi/3,pi/6) 55 4.2.2 Khi chƣa có tác động nhiễu 58 4.2.3 Khi có nhiễu nhỏ tác động 58 4.2.4 Khi có nhiễu lớn tác động 59 4.2.5 Khi có nhiễu Sin tác động 60 4.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao) DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 3.1 Tên bảng Số lƣợng Robot nƣớc công nghiệp phát triển Ảnh hƣởng điều khiển Kp, Ki, Kd Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ Các tham số PID theo phƣơng pháp Chien-Hrones-Reswick Các tham số PID theo phƣơng pháp Chien-Hrones-Reswick Các tham số PID theo phƣơng pháp Chien-Hrones-Reswick Các tham số PID theo phƣơng pháp Chien-Hrones-Reswick Cơ sở luật cho khâu Trang 16 17 17 18 18 18 19 48 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Số hiệu hình a b 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6a 1.6b 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 1.17 1.18 2.1 2.2 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 Tên hình Trang Cấu trúc động học tay máy hai bậc tự Biến dạng cánh tay robot sai lệch vị trí trục theo lý thuyết Các thành phần Robot cơng nghiệp Robot hoạt động theo tọa độ Đề Các Robot kiểu toạ độ trụ Robot hoạt động theo hệ toạ độ cầu Robot hoạt động theo hệ tọa độ góc Robot kiểu SCARA Các hệ toạ độ khâu động liên tiếp Cấu trúc hệ thống điều khiển Đáp ứng nấc hệ hở có dạng S Xác định số khuếch đại tới hạn Đáp ứng nấc hệ kín k = kth Đáp ứng nấc hệ thích hợp cho phƣơng pháp Chien-HronesReswick Quan hệ diện tích tổng số Sơ đồ khối hệ thống điều khiển kín Sơ đồ khối chức điều khiển mờ Sơ đồ xác định trung bình tâm Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ Hệ mờ với lọc mờ cho tín hiệu chủ đạo x Cấu trúc hệ mờ lai Cascade Robot hoạt động theo hệ tọa độ góc Hệ robot đàn hồi Sơ đồ khối Robot khâu Sơ đồ khối khâu Robot Sơ đồ kích thích lực  lên khâu Robot 2 8 9 10 12 15 16 17 17 18 Góc quay Teta1, Teta2 khâu 1, khâu có kích thích lực  Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Robot sử dụng PID Sơ đồ mô HTĐK Robot khâu sử dụng PID Sơ đồ cấu trúc HTĐK Robot khâu sử dụng BĐK mờ Các biến vào/ khâu 43 19 20 23 25 26 26 27 36 38 42 42 43 44 44 45 45 Số hiệu hình 3.9 3.10 3.11 3.12 3.13 3.14 3.15 3.16 3.17 3.18 3.19 3.20 3.21 3.22 3.23 3.24 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 Tên hình Trang Bộ điều khiển mờ cho khâu Hàm liên thuộc e1 Hàm liên thuộc de1 Hàm liên thuộc Torque 1 Luật hợp thành đầu vào đầu cho khâu Quan hệ đầu vào đầu theo LHT cho khâu Bề mặt điều khiển khâu Các biến vào/ khâu Bộ điều khiển mờ cho khâu Hàm liên thuộc e2 Hàm liên thuộc de2 Hàm liên thuộc Torque2 Luật hợp thành đầu vào đầu cho khâu Quan hệ đầu vào đầu theo luật hợp thành khâu Bề mặt điều khiển khâu Sơ đồ khối mô HTĐK Robot khâu sử dụng BĐK PID mờ Quỹ đạo khớp vị trí có góc quay pi/2 Quỹ đạo khớp vị trí có góc quay Quỹ đạo khớp vị trí có góc quay pi/3 Quỹ đạo khớp vị trí có góc quay pi/6 Đáp ứng đầu Teta1,TeTa2 với điều khiển PID mờ chƣa có nhiễu tác động Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với PID chƣa có nhiễu tác động Nhiễu nhỏ tác động vào hệ thống Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với điều khiển PID mờ có nhiễu nhỏ tác động Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với PID có nhiễu nhỏ tác động Nhiễu lớn tác động vào hệ thống Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với điều khiển PID Mờ có nhiễu lớn tác động Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với PID có nhiễu lớn tác động Nhiễu Sin tác động vào hệ thống Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với điều khiển PID mờ Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với PID có nhiễu sin tác động 46 47 47 47 48 48 49 49 50 51 51 51 52 52 53 54 56 56 57 57 58 58 58 59 59 60 60 60 61 61 61 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Robot công nghiệp đƣợc ứng dụng rộng rãi ngành sản xuất đại.Với ƣu điểm độ xác cao, thao tác lặp lại liên tục, tiêu tốn lƣợng làm việc môi trƣờng khắc nghiệt Các quốc gia phát triển hàng đầu giới sức ứng dụng robot vào ngành cơng nghiệp chủ chốt nhằm đạt tới trình độ cơng nghiệp hóa tự động hóa cao Tuy nhiên, nhƣợc điểm lớn hệ tay máy chƣa linh hoạt nhƣ ngƣời chƣa đảm bảo tính ổn định chất lƣợng Do đó, để nâng cao hiệu sử dụng robot cần phải đẩy mạnh nghiên cứu công nghệ chế tạo công nghệ điều khiển mà việc nghiên cứu luật điều khiển xây dựng điều khiển cho hệ tay máy quan trọng Từ có nhiều cơng trình nghiên cứu đời phân bổ dung sai chế tạo cho khâu cấu trúc, nghiên cứu chiến lƣợc điều khiển giám sát tích cực có phản hồi nhiều thơng số với độ xác chế tạo khí thơng thƣờng, cơng trình hiệu chỉnh lời giải tốn động học ngƣợc để khắc phục sai số quy tròn tính tốn v.v Mặc dù siết chặt chất lƣợng chế tạo, thiết kế, cải thiện chiến lƣợc điều khiển để nâng cao độ xác động h ọ c, động lực học robot, nhƣng biến dạng cấu trúc trạng thái tĩnh tác động dƣới ảnh hƣởng tải trọng đƣợc xem xét Để hồn thiện tranh chung v ề độ xác robot cơng nghiệp, bên cạnh cơng trình có khơng thể thiếu m ộ t nghiên cứu v ề tính tốn bù sai s ố đ i ể m cuối dƣới ảnh hƣởng tải trọng Với lý trên, tác giả lựa chọn việc xây dựng phƣơng pháp bù sai số biến dạng đàn hồi cấu trúc dƣới ảnh hƣởng ngoại lực, sau thiết kế điều khiển PID - Mờ với mong muốn đạt đƣợc tiêu chất lƣợng hệ thống để hoàn thiện phƣơng pháp nói Mục tiêu nghiên cứu  Nắm bắt đƣợc lí thuyết điều khiển PID phƣơng pháp điều chỉnh tham số Kp, Ki, Kd  Nắm bắt ứng dụng điều khiển Mờ  Tập trung xây dựng mơ hình tốn xác định mối quan hệ biến dạng khâu tạo thành cánh tay khâu tác động cuối, sau tính tốn định lƣợng, sai lệch đƣợc sử dụng làm thông tin cho mạch bù chuyển vị hệ thống điều khiển PID Mờ  Ứng dụng điều khiển PID Mờ nhằm hiệu chỉnh lại xác vị trí khâu cuối Robot  Sử dụng đƣợc phần mềm MATLAB SIMULINK làm cơng cụ xây dựng mơ hình mơ kết so sánh, kết luận 54 Hình 3.24 Sơ đồ khối mô HTĐK Robot khâu sử dụng BĐK PID mờ Trong đó: - Các đầu vào hệ thống điều khiển tín hiệu SP1 SP2 đặt trƣớc - Các đầu hệ thống điều khiển: Teta1 Teta 3.5 KẾT LUẬN CHƢƠNG Chƣơng trình bày khái niệm điều khiển PID điều khiển Mờ, từ thiết kế điều khiển PID Mờ để tổng hợp đƣợc ƣu điểm hai điều khiển Mờ PID đồng thời hạn chế nhƣợc điểm điều khiển PID nhằm nâng cao chất lƣợng hệ điều khiển chuyển động 55 CHƢƠNG MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 4.1 CÁC THƠNG SỐ CỦA MƠ HÌNH ROBOT HAI BẬC TỰ DO Ta thực mô tay máy robot hai bậc tự có thơng số vật lý sau: - Chiều dài khớp 1: l1 = m - Chiếu dài khớp 2: l2 = m - Khối lƣợng khớp 1: m1 = kg - Khối lƣợng khớp 2: m2 = kg - Momen quán tính khớp 1: J1 = 0,05 kg - Momen quán tính khớp 2: J2 = 0,05 kg - Chiều dài từ trục quay đến trọng tâm khớp 1: lg1 = 0,04 m - Chiều dài từ trục quay đến trọng tâm khớp 2: lg2 = 0,04 m - Khối lƣợng tải: mt = kg - Momen quán tính tải: Jt = 0.1 kg - Gia tốc trọng trƣờng: g = 9,81 m/ - Mật độ khối lƣợng: ρ1 = ρ2 = 0.2 kg m1 - Hệ số biến dạng đàn hồi: (EI)1 = (EI)2 = 1N m2 4.2 KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Để tiện cho việc đánh giá phƣơng án sử dụng điều khiển mờ, ta khảo sát phƣơng án sử dụng điều khiển PID đối tƣợng trƣờng hợp: 4.2.1 So sánh quỹ đạo hệ thống hai trƣờng hợp: Xét đến biến dạng không xét đến biến dạng vị trí (q1,q2) = (pi/2,0) (pi/3,pi/6) Với: - 1, 2 : góc quay khâu 1, trƣờng hợp không xét đến biến dạng đàn hồi - 1 ,  : Góc quay khâu 1, trƣờng hợp xét đến biến dạng đàn hồi Các thông số vật lý hai trƣờng hợp đƣợc xét nhƣ đƣợc cho mục 4.1 56 θ1 Hình 4.1 Quỹ đạo khớp vị trí có góc quay pi/2 θ2 Hình 4.2 Quỹ đạo khớp vị trí có góc quay 57 θ1 Hình 4.3 Quỹ đạo khớp vị trí có góc quay pi/3 θ2 Hình 4.4 Quỹ đạo khớp vị trí có góc quay pi/6 58 4.2.2 Khi chƣa có tác động nhiễu - Đáp ứng điều khiển PID Mờ: kết mơ hình 4.5 Sp Sp Teta2 Teta1 Hình 4.5 Đáp ứng đầu Teta1,TeTa2 với điều khiển PID mờ chưa có nhiễu tác động - Đáp ứng điều khiển PID: kết mô hình 4.2 Teta1 Sp Teta1 Sp Hình 4.6 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với PID chưa có nhiễu tác động Nhận xét: Nhìn vào hình 4.5 hình 4.6 ta thấy đáp ứng đầu Teta1 Teta theo phƣơng pháp sử dụng điều khiển PID mờ bám sát giá trị đặt mong muốn với thời gian độ dƣới s khơng có q chỉnh, cịn theo phƣơng pháp sử dụng điều khiển PID đảm bảo giá trị xác lập mong muốn, nhƣng thời gian độ kéo dài s tồn độ chỉnh (trên dƣới 1.2) 4.2.3 Khi có nhiễu nhỏ tác động Khi có nhiễu nhỏ tác động vào hệ thống điều khiển Nhiễu có dạng nhƣ sau Hình 4.7 Nhiễu nhỏ tác động vào hệ thống 59 - Đáp ứng điều khiển PID mờ kết mơ nhƣ hình 4.8 Sp Sp Teta2 Teta1 Hình 4.8 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với điều khiển PID mờ có nhiễu nhỏ tác động - Đáp ứng điều khiển PID: kết mơ hình 4.9 Teta2 Sp Teta1 Sp Hình 4.9 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 4.8) sử dụng điều khiển PID (hình 4.9), ta thấy chất lƣợng đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 sử dụng điều khiển PID mờ tốt nhiều so với trƣờng hợp sử dụng điều khiển PID Mặc dù có tác động nhiễu, nhƣng đáp ứng đầu khâu sử dụng điều khiển PID mờ ổn định đạt chất lƣợng tốt (về thời gian độ độ chỉnh) Nhƣ có nhiễu nhỏ tác động, chất lƣợng đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 sử dụng điều khiển PID có chất lƣợng điều khiển hơn, đặc tính điều khiển Teta1 Teta2 cịn có dao động 4.2.4 Khi có nhiễu lớn tác động Khi có nhiễu lớn tác động vào hệ thống điều khiển Nhiễu có dạng nhƣ hình 4.10 60 Hình 4.10 Nhiễu lớn tác động vào hệ thống - Đáp ứng điều khiển PID mờ: kết mơ hình 4.11 Teta1 Teta2 Hình 4.11 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với điều khiển PID Mờ có nhiễu lớn tác động - Đáp ứng điều khiển PID: kết mô hình 4.12 Teta2 Teta1 Hình 4.12 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với PID có nhiễu lớn tác động Nhận xét: Quan sát đáp ứng điều khiển có nhiễu lớn tác động sử dụng điều khiển PID mờ (hình 4.11) sử dụng điều khiển PID (hình 4.12), ta thấy: Chất lƣợng đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 sử dụng điều khiển PID mờ tốt nhiều so với trƣờng hợp sử dụng điều khiển PID (tƣơng tự nhiễu có biên độ nhỏ) Nhƣng với tác động nhiễu lớn điều khiển PID khơng có khả đƣa gócTeta1 giá trị xác lập bị rơi vào chế độ khơng ổn định Tín hiệu Teta2 ổn định tựa xác lập Để hạn chế nhƣợc điểm ta cần giảm hệ số Kp 4.2.5 Khi có nhiễu Sin tác động Khi có nhiễu sin tác động vào hệ thống điều khiển Nhiễu có dạng nhƣ hình 4.13 61 Hình 4.13 Nhiễu Sin tác động vào hệ thống - Đáp ứng điều khiển mờ: kết mơ hình 4.14 Hình 4.14 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với điều khiển PID mờ có nhiễu sin tác động - Đáp ứng điều khiển PID: kết mô hình 4.15 Hình 4.15 Đáp ứng đầu Teta1, TeTa2 với PID có nhiễu sin tác động Nhận xét chung: Ta thấy đối tƣợng nghiên cứu đối tƣợng phi tuyến, có tác động khớp trình chuyển động nhƣng điều khiển PID 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 q chỉnh Tín hiệu điều khiển không bị rơi vào trạng thái làm việc xấu, biên độ tín hiệu điều khiển biến đổi khơng q lớn Chất lƣợng điều khiển tốt Các nhiễu đƣợc xét chiều dài cánh tay Robot, khối lƣợng cánh tay Robot (khối lƣợng cánh tay Robot thay đổi vài trƣờng hợp: thay đổi góc quay, nâng cấp, thay mới…), khối lƣợng tải Trong đó, thay đổi khối lƣợng tải 62 nhƣ cánh tay Robot ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng điều khiển Khi tải nhỏ, thay đổi khối lƣợng tải thƣờng ảnh hƣởng đến chất lƣợng điều khiển, chất lƣợng điều khiển tốt bị ảnh hƣởng Khi tải lớn thay đổi khối lƣợng ảnh hƣởng đến chất lƣợng điều khiển khơng cịn tốt Khi cần hiệu chỉnh điều khiển mờ phù hợp với ngƣỡng tải cho phép 4.3 KẾT LUẬN CHƢƠNG Tất điều khiển đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định sau thời gian độ hệ thống chuyển từ vị trí sang vị trí khác Bộ điều khiển PID có số lần dao động thời gian qúa độ ngắn nhƣng có độ điều chỉnh lớn nên hệ thống hoạt động hiệu thực tế mà không gian làm việc yêu cầu xác với sai lệch điều khiển nhỏ Đồng thời thời gian độ lớn nên với hệ thống yêu cầu đáp ứng nhanh điều khiển PID khơng đảm bảo u cầu trình điều khiển Bộ điều khiển PID Mờ có tiêu chất lƣợng hệ thống tốt hẳn so với điều khiển PID Độ điều chỉnh nhỏ, thời gian độ ngắn, số lần dao động Vì điều khiển PID Mờ có phạm vi ứng dụng rộng hơn, ứng dụng hệ thống có yêu cầu chất lƣợng cao, ổn định Tuy nhiên việc thiết kế điều khiển PID Mờ dựa vào kinh nghiệm thực nghiệm khơng có cơng thức tốn học tổng quát Định hƣớng nghiên cứu phát triển đề tài tiếp tục nghiên cứu thực nghiệm để tiến điều khiển PID Mờ nhằm đạt đƣợc tiêu chất lƣợng tốt hơn, hoàn thiện điều khiển việc điều khiển vị trí cánh tay máy Phát triển nhằm nâng cao phạm vi ứng dụng, khả kháng nhiễu, nâng cao tiêu chất lƣợng ứng dụng rộng rãi hệ thống thực tế 63 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau thời gian nghiên cứu làm việc nghiêm túc, đƣợc giúp đỡ nhiệt tình TS Nguyễn Hồng Mai thầy giáo Tổ mơn Tự động hóa, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, đến tác giả hoàn thành luận văn thời gian dự kiến Luận văn nghiên cứu ứng dụng phƣơng pháp điều khiển PID Mờ để nâng cao chất lƣợng điều khiển chuyển động cho tay máy hai bậc tự Luận văn tổng hợp điều khiển mờ điều khiển PID để đƣa điều khiển tối ƣu, tổng hợp đƣợc ƣu điểm hai điều khiển đồng thời khắc phục đƣợc nhƣợc điểm điều khiển PID đƣa hệ thống trạng thái xác lập nhanh Các kết nghiên cứu đƣợc tóm tắt nhƣ sau: - Tổng quan tay máy công nghiệp hai bậc tự - Xây dựng phƣơng trình động lực học tay máy công nghiệp, cụ thể tay máy hai bậc tự có tính đến đàn hồi - Tổng hợp điều khiển PID Mờ cho tay máy hai bậc tự - Kết nghiên cứu đƣợc kiểm chứng phần mềm mô matlab simulink cho tay máy hai bậc tự cho thấy tính đắn xác lý thuyết Mặc đù dừng lại đối tƣợng tay máy hai bậc tự nhƣng loại đối tƣợng có tính phi tuyến mạnh cho thấy khả mở rộng lớn đối tƣợng điều khiển Việc xây dựng điều khiển để áp dụng cho tay máy công nghiệp để phù hợp với môi trƣơng làm việc khắc nghiệt nhƣ nhiệt độ, rung lắc, nhiễu bên ngoài… trình nghiên cứu thử nghiệm phức tạp Nội dung luận văn dừng lại mức độ mô Trong thời gian tới, có điều kiện tác giả xin tiếp tục tiếp cận ứng dụng vào mơ hình thực nghiệm để kiểm chứng lại phƣơng pháp điều khiển mở rộng việc thiết kế điều khiển TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phạm Thành Long, Vũ Đức Vƣơng, “Nâng cao độ xác vị trí hƣớng tốn động học ngƣợc robot”, Tạp chí khí Việt Nam, số 3, tháng 3/ 2012 [2] Phạm Thành Long, Lê Thị Thu Thủy, Phạm Thành Đức, “Tính tốn bù sai số vị trí định hƣớng robot công nghiệp dƣới ảnh hƣởng tải trọng”, Tạp chí KHCN trường ĐH kỹ thuật, số 81, tr 81 – 85 [3] Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh (1999), Lý thuyết điều khiển mờ, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [4] Nguyễn Dỗn Phƣớc (2002), Lý thuyết điều khiển tuyến tính, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật [5] Nguyễn Doãn Phƣớc, Phan Xuân Minh, Hán Thành Trung (2003), Lý thuyết điều khiển phi tuyến, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật Tiếng Anh [6] B Subudhi, A.S Morris “Dynamic modelling, simulation and control of a manipulator with flexible links and joints”, Department of Automatic Control & Systems Engineering, University of Sheffield, Mappin Street, Sheffield S1 3JD, UK, 17 July 2002 [7] Chen, K.-Y et al., A self-tuning fuzzy PID-type controller design for unbalance compensation in an active magnetic bearing, Expert Systems with Applications (2009), doi:10.1016/j.eswa.2008.10.055 [8] Chaeyoun Oh, “Modeling and control of a two-arm elastic robot in gravity” 1990, Retrospective Theses and Dissertations Paper 9402 [9] C Chevallereau and Y Aoustin, Non-linear control laws for a two flexiblelink robot: Comparison of applicability domains, 1992 IEEE Internat Conf on Robotics and Automation 2(1992) 748-753 [10] D.S Kwon and W.J Book, An inverse dynamic method yielding flexible manipulator state trajectories, American Control Conf., San Diego, California, 1990 [11] E Bayo and M.A Serna, Penalty formulation for the dynamic analysis of elastic mechanisms, J Mechanisms, Transmission and Automation in Design (1989) 321-327 [12] Jose Alvarez-Ramirez, Ilse Cervantes, PID regulation of robot manipulators with elastic joint, Asian Journal of Control, Vol 5, No 1, pp 32-38, March 2003 [13] Mark W Spong, “CONTROL OF FLEXIBLE JOINT ROBOTS”, UNIVERSITY OF ILLINOIS AT URBANA-CHAMPAIGN, 2-1990 [14] PAOLO Rocco, WAYNEJ BOOK “MODELLING FOR TWO-TIM:E SCALE FORCEIPOSITION CONTROL OF FLEXIBLE ROBOTS”, Dipartimento di Elettronica e Informazione Politecnico di Milano [15] R.H Cannon Jr and E Schmitz, Initial experiments on the end-point control of a flexible one-link robot, Internat J Robotics Research 3(3) (1984) 62-75 [16] S.K Biswas and R.D Klafter, Dynamic modeling and optima control of a flexible robotic manipulators, 1988 IEEE Internat Conf on Robotics and Automation, Vol (1988) pp 15-20 [17] Stig Moberg (2010), “Modeling and Control of Flexible Manipulators”, Department of Electrical Engineering Linköping University, SE–581 83 Linköping, Sweden [18] Valdecir Bottega, Rejane Pergher, Jun S O Fonseca, Simultaneous Control and Piezoelectric Insert Optimization for Manipulators with Flexible Link, J of the Braz Soc of Mech Sci & Eng, April-June 2009, Vol XXXI, No / 105 [19] W.J Book, Modeling, design and control of flexible manipulators arms:Status and trends, NASA Conf on Space Telerobotics, Vol (1989) I1-24 ... khóa – Robot Công Nghiệp; Phƣơng pháp giả định; Biến dạng đàn hồi; Tay máy cứng; Tay máy mềm; Điều khiển PID Mờ DESIGN OF FUZZY PID CONTROLLER FOR POSITION CONTROL OF MANIPULATOR WITH ELASTIC LINK... trúc HTĐK Robot sử dụng PID 44 3.2.2 Sơ đồ mô HTĐK Robot sử dụng PID nhƣ sau 44 3.3 SƠ ĐỒ CẤU TRÚC HTĐK ROBOT SỬ DỤNG BĐK PID MỜ 45 3.4 XÂY DỰNG BĐK PID MỜ CHO ROBOT KHÂU ... Kd Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ Các tham số PID theo phƣơng pháp Ziegler-Nichols thứ Các tham số PID theo phƣơng pháp Chien-Hrones-Reswick Các tham số PID theo phƣơng