Phân tích và đề xuất phương pháp điều khiển tay máy công nghiệp trong tình trạng tổn thất cơ chế chấp hành

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Ngọc Trúc PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY CÔNG NGHIỆP TRONG TÌNH TRẠNG TỔN THẤT CƠ CHẾ CHẤP HÀNH LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Ngọc Trúc PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY CƠNG NGHIỆP TRONG TÌNH TRẠNG TỔN THẤT CƠ CHẾ CHẤP HÀNH Ngành : Kỹ thuật điều khiển tự động hóa Mã số : 9520216 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang Hà Nội – 2021 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân tơi hướng dẫn người hướng dẫn khoa học Tài liệu tham khảo luận án trích dẫn đầy đủ Các kết nghiên cứu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Hà Nội, ngày tháng 10 năm 2021 Tác giả luận án Người hướng dẫn khoa học GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang Lê Ngọc Trúc i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến hướng dẫn tận tình Thầy GS.TSKH Nguyễn Phùng Quang suốt trình thực luận án từ giai đoạn hình thành ý tưởng đề tài đến xây dựng kế hoạch bước thực để hồn thành luận án Tơi xin cảm ơn Viện Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa (Đại học Bách khoa Hà Nội) tạo điều kiện thuận lợi cho tơi có mơi trường nghiên cứu cởi mở nghiêm túc sở vật chất cần thiết để thực luận án Và quan trọng có đóng góp trao đổi sâu sắc thiết thực nội dung nghiên cứu q trình thực luận án Tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo Bộ mơn Tự động hóa cơng nghiệp, Bộ mơn Điều khiển tự động (Viện Điện, Đại học Bách khoa Hà Nội) có hướng dẫn chun mơn cần thiết giá trị Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Ban lãnh đạo Khoa Cơ khí Động lực, thầy cô đồng nghiệp Khoa Cơ khí Động lực tạo điều kiện giúp đỡ tơi nhiều thời gian làm nghiên cứu sinh Tôi xin cảm ơn anh/chị/em nghiên cứu sinh Viện Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa, Viện Điện (Đại học Bách khoa Hà Nội) động viên, khích lệ, giúp đỡ tơi nhiều suốt q trình nghiên cứu Tơi xin cảm ơn người bạn thân thiết với chương trình ANOT giúp tơi có thêm nghị lực giai đoạn quan trọng luận án Cuối cùng, tơi dành tình cảm lời cảm ơn chân thành đến gia đình tơi, đặc biệt vợ tôi, EYVTTJ, ủng hộ, chia sẻ tinh thần lẫn vật chất để hồn thành luận án Tác giả luận án Lê Ngọc Trúc ii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Tham số D-H robot ABB IRB 2400 14 Bảng 1.2 Tay máy 6-DOF trở thành 5-DOF bị bó cứng khớp i 16 Bảng 1.3 Phân tích động học khả điều khiển tay máy cơng nghiệp 6-DOF điển hình bị tổn thất chế chấp hành dạng bó cứng khớp 23 Bảng 1.4 Phân tích động học khả điều khiển tay máy cơng nghiệp 6-DOF điển hình bị tổn thất chế chấp hành dạng khớp chuyển động tự 23 Bảng 1.5 Tổng hợp khả điều khiển tay máy cơng nghiệp điển hình bị tổn thất chế chấp hành 26 Bảng 2.1 Tham số D-H robot IRB 120 38 Bảng 2.2 Các khối phục vụ xây dựng mơ hình bán vật lý cho tay máy robot 42 Bảng 2.3 Tham số ma sát quay khớp 50 Bảng 4.1 Tham số D-H robot Serpent 100 Bảng 4.2 Tham số ma sát quay khớp robot Serpent 106 Bảng 4.3 Thiết kế quỹ đạo chuyển động robot 111 Bảng 4.4 Thông số động HF-KP-13 hãng Mitsubishi 125 xiv MỞ ĐẦU Robot tảng cách mạng công nghiệp lần thứ tư Sự phát triển ngày robot nhờ vào tiến công nghệ kỹ thuật số, công nghệ vật liệu, hết công nghệ thông tin Robot công nghiệp có độ ổn định cao, an tồn, linh hoạt, hồn thành nhiệm vụ cách thơng minh Trong tương lai, khó hình dung quy trình sản xuất mà khơng có tham gia robot Nhà máy thơng minh (smart factory) hồn tồn tự động hóa robot hóa tương lai Tay máy công nghiệp (hay robot công nghiệp) ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực nhiều nước, mang lại hiệu to lớn sản xuất cơng nghiệp, quốc phịng, y tế, xã hội, khai thác thềm lục địa, chinh phục vũ trụ Theo báo cáo Liên đoàn giới robot (IFR) công bố vào tháng năm 2020 hội nghị diễn Đức, tổng số robot cơng nghiệp sử dụng tồn cầu tính đến năm 2019 2,7 triệu robot (tăng 12% so với năm 2018) Trong vài năm gần đây, số lượng robot công nghiệp bán theo năm 304.000 (2016), 400.000 (2017), 422.000 (2018), 373.240 (2019) Lĩnh vực sử dụng nhiều công nghiệp sản xuất ô tô công nghiệp điện-điện tử Trong 15 thị trường lớn năm 2019, báo cáo cho thấy nước dẫn đầu danh sách chiếm 73% thị phần tồn cầu Trong đó, Trung Quốc thị trường đứng đầu với 140.000 robot, Nhật Bản (49.900 robot) Mỹ (33.300 robot) Từ đời, tay máy công nghiệp áp dụng nhiều lĩnh vực góc độ thay sức người Nhờ dây chuyền sản xuất tổ chức lại, suất hiệu sản xuất tăng lên rõ rệt Tay máy công nghiệp loại thiết bị có dáng dấp vài chức tay người điều khiển tự động để thực số thao tác sản xuất Chúng lặp lại chương trình thiết kế để di chuyển vật liệu, chi tiết, dụng cụ trực tiếp gia công sản phẩm Khả thay đổi chương trình tính linh hoạt cho phép tay máy cơng nghiệp thích ứng nhanh nhiệm vụ sản xuất thay đổi Các tay máy lắp cố định di chuyển xưởng giá treo Trong hệ thống sản xuất tự động linh hoạt (FMS: Flexible Manufacturing System), tay máy thiết bị chủ yếu để đạt tính linh hoạt dây chuyền sản xuất Trong ngành sản xuất ô tô, tay máy thực công việc sơn, hàn, lắp ráp, Trong sản xuất vật liệu xây dựng, tay máy sử dụng cho dây chuyền nghiền than lò luyện cốc Trong dây chuyền sản xuất kính, tay máy thay cơng nhân cơng đoạn lấy xếp sản phẩm Tay máy sử dụng chủ yếu khâu rót kim loại tháo dỡ khuôn công đoạn đúc kim loại nhà máy khí luyện kim Trong cơng nghiệp đóng tàu, tay máy chiếm tỷ trọng lớn, có ý nghĩa định đến suất chất lượng sản phẩm công đoạn hàn cắt vỏ tàu Trong lĩnh vực sản xuất nhựa, tay máy sử dụng để lấy sản phẩm nhiệt độ cao từ khn ngồi Trong ngành cơng nghiệp điện tử, tay máy SCARA (Selective Compliance Assembly Robot Arm) di chuyển phận vi điện tử từ khay đặt chúng vào bo mạch in với độ xác gần tuyệt đối tốc độ lắp đặt nhanh Tay máy công nghiệp đưa vào phục vụ sản xuất nhằm đạt mục tiêu tăng suất lao động, hạ giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng sản phẩm Tuy nhiên, tình hình sử dụng tay máy công nghiệp sản xuất nước ta hạn chế Trong xu hướng phát triển chung, việc nghiên cứu, sử dụng robot Việt Nam chắn phát triển mạnh mẽ Sự cần thiết đề tài Trong trình tay máy cơng nghiệp hoạt động, lý xảy trường hợp bị lỗi, hỏng chế chấp hành thực nhiệm vụ Khi tay máy khơng thể thực cơng việc làm cách bình thường làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm gây nguy hiểm cho người vận hành Để xử lý vấn đề trên, tay máy thường cài đặt tự động dừng hoạt động có lỗi xảy Trường hợp tay máy không thực công việc độc lập mà cịn liên quan đến cơng đoạn khác dây chuyền sản xuất, dẫn đến dây chuyền phải dừng hoạt động gây thiệt hại định thời gian chờ sửa chữa, thay Với tay máy làm việc môi trường có tính chất đặc biệt như: độc hại, q nóng, q lạnh, nước, ngồi khơng gian, có phóng xạ, việc sửa chữa thay lại khó khăn Xuất phát từ thực tế đó, nghiên cứu sinh lựa chọn hướng đề tài “Phân tích đề xuất phươn pháp điều khiển tay máy công nghiệp tình trạng tổn thất hế chấp hành” Phương hướng nghiên cứu dựa vào dạng tay máy đó, xây dựng mơ hình tay máy hoạt động bình thường bị tổn thất chế chấp hành Tiến hành phân tích, sau đề xuất phương pháp điều khiển phù hợp nhằm hạn chế ảnh hưởng cố tổn thất chế chấp hành cố gắng trì cho tay máy có khả tiếp tục thực thi tác vụ chế chấp hành bị lỗi/hỏng sửa chữa, thay Làm điều góp phần hạn chế thiệt hại gây cố tổn thất chế chấp hành Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng mơ hình tốn học mơ hình bán vật lý cho tay máy cơng nghiệp có xét đến tổn thất chế chấp hành Trên sở tiến hành phân tích khả điều khiển tay máy bị tổn thất chế chấp hành Đề xuất phương pháp điều khiển tay máy chế độ tổn thất chế chấp hành, cố gắng trì hoạt động tay máy đảm bảo yêu cầu chất lượng Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Một tay máy robot dạng chuỗi có nhiều bậc tự Phạm vi nghiên cứu: Các chế chấp hành tay máy robot dùng động điện có vịng điều khiển mơ men lý tưởng; Các khớp tay máy robot khớp quay theo kiểu lề (revolute joint); Các khâu tay máy robot giả thiết có độ cứng lý tưởng; Sử dụng cấu trúc điều khiển tầng với vòng vòng điều khiển mơ men động cơ, vịng ngồi vịng điều khiển vị trí tốc độ khớp Thời gian độ vòng đảm bảo nhanh bé so với thời gian trích mẫu vịng ngồi Do đặc tính động học vòng (bao gồm động cơ) giả thiết bỏ qua thiết kế điều khiển cho vịng ngồi; Thực nghiệm robot có động motor-drives sử dụng mạch điều khiển vịng tích hợp sẵn nhà sản xuất Nên thuật toán điều khiển vịng khơng xét đến, luận án tập trung mơ hình hóa thiết kế điều khiển cho vịng ngồi; Bài tốn điều khiển robot giới hạn cho trường hợp robot tình trạng tổn thất chế chấp hành, xử lý cho dạng tổn thất Phươn pháp n hiên ứu Kết hợp nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm Nghiên cứu lý thuyết mơ hình hóa điều khiển cho tay máy; Nghiên cứu kiểm nghiệm tính tốn lý thuyết mơ phỏng; Nghiên cứu kiểm chứng kết lý thuyết thực nghiệm Ý n hĩa khoa học thực tiễn đề tài a) Ý n hĩa khoa học Luận án nghiên cứu cố tổn thất chế chấp hành xảy tay máy robot Các kết nghiên cứu bao gồm việc phân tích khả điều khiển, phân tích ảnh hưởng, từ đề xuất thuật toán điều khiển cho trường hợp tổn thất chế chấp hành dạng suy giảm mô men theo tỉ lệ nhằm nâng cao chất lượng hệ thống robot Các phân tích dạng tổn thất chế chấp hành làm sở tham khảo cho nghiên cứu việc tiếp tục nâng cao chất lượng hệ thống robot tình trạng tổn thất chế chấp hành Dựa sở lý thuyết điều khiển, đề xuất thiết kế điều khiển có khả hạn chế ảnh hưởng dạng tổn thất chế chấp hành Phương pháp sử dụng mơ hình bán vật lý dựa theo cách tiếp cận dùng mạng vật lý không làm tăng độ tin cậy cho mơ hình tay máy robot mà cịn hỗ trợ việc kết nối, mơ thiết bị mô thời gian thực (Hardware-In-the-Loop: HIL) cho hệ thống robot Do mơ hình tạo thuận lợi cho nghiên cứu có sử dụng thiết bị mô HIL b) Ý n hĩa thực tiễn Chất lượng tính khả thi thuật tốn điều khiển kiểm chứng thông qua kết mô số áp dụng cho robot công nghiệp bậc tự do, bậc tự do, thực nghiệm dạng robot công nghiệp Khi áp dụng vào thực tiễn, hạn chế ảnh hưởng cố tổn thất chế chấp hành dạng suy giảm mô men theo tỉ lệ Điều giúp giảm thiệt hại cho doanh nghiệp sản xuất đơn vị chế tạo tay máy robot Nhữn đón óp luận án Luận án tác giả đóng góp kết sau: (1) Đã xây dựng mơ hình bán vật lý cho robot bậc tự dựa MATLAB/Simscape có bổ sung ảnh hưởng thành phần ma sát (2) Đã phân tích ảnh hưởng tổn thất chế chấp hành đến hoạt động robot khả điều khiển robot xảy tổn thất chế chấp hành (3) Đã xây dựng phương pháp điều khiển trượt thích nghi để điều khiển robot trường hợp suy giảm mô men theo tỉ lệ Bố cục luận án Nội dung luận án trình bày thành chương phần kết luận sau: Chương Tổng quan Giới thiệu robot công nghiệp chế chấp hành thường dùng robot cơng nghiệp Phân tích vấn đề tổn thất chế chấp hành khả điều khiển Từ đó, đề xuất hướng nghiên cứu chuyên sâu dự kiến kết Chương Mơ hình động lực học tay máy robot Trình bày tồn q trình xây dựng dạng ma trận mơ hình động lực học tay máy robot Giới thiệu phương pháp dùng mạng vật lý để mô hình hóa đối tượng vật lý tiến hành xây dựng mơ hình bán vật lý cho tay máy robot Chương Tổn thất chế chấp hành phương pháp điều khiển Phân tích ảnh hưởng cố tổn thất chế chấp hành dạng suy giảm mô men đến chất lượng đáp ứng tay máy robot Thiết kế phương pháp điều khiển nhằm hạn chế ảnh hưởng tình trạng cố gắng trì chất lượng Chương Kết mô thực nghiệm cho dạng tay máy robot Thuật toán điều khiển đưa chương kiểm chứng thông qua mô thực nghiệm cho dạng tay máy robot Các kết mô thực nghiệm phân tích đưa nhận xét Kết luận kiến nghị: Trình bày tóm lược kết đạt luận án, hạn chế, đề xuất hướng nghiên cứu Tổng quan 1.1 Giới thiệu robot công nghiệp Robot công nghiệp (hay tay máy công nghiệp) hệ thống điện phức tạp, hoạt động điều khiển chương trình máy tính Robot cơng nghiệp thực u cầu chuyển động lưu sẵn nhớ chương trình tạo cách trực tuyến Phần khung khí tạo nên cấu hình tay máy robot bao gồm khâu liên kết với khớp Các khớp khớp quay khớp tịnh tiến Các khâu điều khiển chuyển động mô men lực (hay lực) sinh từ chế chấp hành gắn với khớp tương ứng, từ tạo chuyển động cánh tay robot Theo định nghĩa vào năm 1979 Viện Robot Hoa Kỳ (RIA) sử dụng số tài liệu: “Robot công nghiệp cấu thao tác đa chức khả trình, thiết kế để di chuyển vật liệu, phận, công cụ thiết bị chuyên dụng theo quỹ đạo chuyển động lập trình nhằm thực nhiệm vụ khác nhau” [1] Theo Viện tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ (ANSI) [2], Liên đoàn giới robot (IFR) [3], Tiêu chuẩn quốc tế ISO 8373:2012 [4]: “Robot công nghiệp tay máy đa điều khiển tự động, có khả tái lập trình, lập trình chuyển động từ ba trục trở lên, gắn cố định di động để sử dụng ứng dụng tự động hóa cơng nghiệp” 1.2 Các cấu hình robot cơng nghiệp Robot cơng nghiệp có nhiều kích cỡ, hình dạng, cấu hình, số lượng trục bậc tự khác Những yếu tố ảnh hưởng đến không gian làm việc robot Dựa theo tài liệu Cục quản lý sức khỏe an toàn lao động Hoa Kỳ (OSHA) [1], vào cấu hình thiết kế robot cơng nghiệp có loại sau: Rectangular coordinate robot: loại robot có ba khớp tịnh tiến theo ba trục hệ tọa độ Đề-các; Cylindrical robot: loại robot có khớp quay chân đế khớp tịnh tiến Khâu chấp hành cuối trượt theo chiều dọc chiều ngang không gian làm việc; Spherical/Polar coordinate robot: loại robot có hai khớp quay khớp tịnh tiến Các trục khớp tạo không gian làm việc có dạng hình cầu; Articulated arm robot: loại robot có hình dáng mơ tả theo dạng cánh tay người; Gantry Robot: loại robot có dạng giống cầu trục với kích cỡ lớn, có ba khớp tịnh tiến theo ba trục hệ tọa độ Đề-các; SCARA Robot (Selective Compliance Assembly Robot Arm): loại robot có hai khớp song song tạo chuyển động mặt phẳng, trục quay định hướng đặt theo chiều dọc dụng cụ thao tác 147 criteria for detecting failures in industrial robots,” IFAC-PapersOnLine, vol 49, no 1, pp 385–390, Elsevier B.V [107] F Caccavale, P Cilibrizzi, F Pierri, et al (2009), “Actuators fault diagnosis for robot manipulators with uncertain model,” Control Engineering Practice, vol 17, no 1, pp 146–157 [108] R Muradore and P Fiorini (2012), “A PLS-based statistical approach for fault detection and isolation of robotic manipulators,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 59, no 8, pp 3167–3175 [109] M.L McIntyre, W.E Dixon, D.M Dawson, et al (2005), “Fault identification for robot manipulators,” IEEE Transactions on Robotics, vol 21, no 5, pp 1028–1034 [110] A De Luca and R Mattone (2005), “An identification scheme for robot actuator faults,” 2005 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems, IROS, pp 2613–2617, IEEE, Dec , Edmonton, Alta., Canada [111] F Caccavale, A Marino, G Muscio, et al (2013), “Discrete-time framework for fault diagnosis in robotic manipulators,” IEEE Transactions on Control Systems Technology, vol 21, no 5, pp 1858–1873 [112] R Lei and L Chen (2019), “Adaptive fault-tolerant control based on boundary estimation for space robot under joint actuator faults and uncertain parameters,” Defence Technology, vol 15, no , pp 4–971, Elsevier Ltd [113] J Baek, M Jin, and S Han (201 ), “A New Adaptive SlidingMode Control Scheme for Application to Robot Manipulators,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol 63, no 6, pp 3628–3637 [114] L Zhang, Y Wang, Y Hou, et al (2019), “Fixed-time sliding mode control for uncertain robot manipulators,” IEEE Access, vol 7, pp 149750–149763, IEEE [115] Bing Xiao and S Yin (201 ), “An fast reconstruction approach for actuator fault in robot manipulators,” 201 14th International Workshop on Variable Structure Systems (VSS), pp 414–419, IEEE, Jun , Nanjing, China [116] J.E Slotine and W Li (1991), “Applied Nonlinear Control,” Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, USA [117] A.F Filippov (19 0), “Differential equations with discontinuous right-hand side,” Matematicheskii Sbornik (N.S.), vol 51(93), no 1, pp 99– 128 [118] P.H Hammond, Ed (19 ), “Theory of Self-Adaptive Control Systems,” Springer US, Boston, MA, USA [119] D Sworder, Ed (19 ), “Optimal Adaptive Control Systems,” Elsevier Science, New York, NY, USA [120] R Monopoli (1974), “Model reference adaptive control with an augmented error signal,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol 19, no 5, pp 474–484 [121] M.L Tatnall (1977), “Model Reference Adaptive Control Systems: Background and Development,” Measurement and Control, vol 10, no 12, pp 475–487 [122] I.D Landau (1979), “Adaptive Control,” Marcel Dekker, New York, NY, USA 148 [123] K.S Narendra and R V Monopoli, Eds (1980), “Applications of Adaptive Control,” Elsevier (imprint: Academic Press), New York, NY, USA [124] K.S Narendra and A.M Annaswamy (1989), “Stable Adaptive Systems,” Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, USA [125] S.S SASTRY (1984), “Model-Reference Adaptive Control— Stability, Parameter Convergence, and Robustness,” IMA Journal of Mathematical Control and Information, vol 1, no 1, pp 27–66 [126] S Sastry and M Bodson (1989), “Adaptive Control: Stability, Convergence, and Robustness,” Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, USA [127] P V Kokotovíc, Ed (1991), “Lecture Notes in Control and Information Sciences: Foundations of Adaptive Control,” Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, Germany [128] K.J Åström, U Borisson, L Ljung, et al (1977), “Theory and applications of self-tuning regulators,” Automatica, vol 13, no 5, pp 457– 476 [129] K.J Åström and B Wittenmark (1995), “Adaptive Control,” 2nd Ed., Addison-Wesley, New York, NY, USA [130] M Krstic, I Kanellakopoulos, and P Kokotovic (1995), “Nonlinear and Adaptive Control Design,” 1st Ed., John Wiley & Sons Inc., New York, NY, USA [131] I.D Landau, R Lozano, M M’Saad, et al (2011), “Adaptive Control,” 2nd Ed., Springer London, London, UK [132] Z Ding (2013), “Nonlinear and Adaptive Control Systems,” IET, London, UK [133] V V Chalam (2017), “Adaptive Control Systems,” Routledge, Boca Raton, FL, USA [134] B Wei (2018), “Adaptive Control Design and Stability Analysis of Robotic Manipulators,” Actuators, vol 7, no 4, p 89 [135] N.T Nguyen (2018), “Model-Reference Adaptive Control,” Springer International Publishing, Cham [136] A.M Lyapunov (1892), “The General Problem of the Stability of Motion,” Univ Kharkov, Gostekhizdat, Moscow [137] J.P LaSalle (19 0), “Some Extens ons of L ap nov’s Secon Metho ,” IRE Transactions on Circuit Theory, vol 7, no 4, pp 520–527 [138] J.P LaSalle (19 8), “Stability theory for ordinary differential equations,” Journal of Differential Equations, vol 4, no 1, pp 57–65 [139] T Yoshizawa (19 ), “Stab l ty Theory by Lyap nov’s Secon Method,” The Mathematical Society of Japan [140] R.R Gupta and V.V Chalam (1979), “Lyapunov Redesign of Model Reference Adaptive Control Systems (Part I),” IETE Journal of Research, vol 25, no 11, pp 456–458 [141] C.A Desoer and M Vidyasagar (1975), “Feedback Systems: Input–Output Properties,” Elsevier (imprint: Academic Press), New York, NY, USA [142] E.D Sontag (1989), “Smooth stabilization implies coprime factorization,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol 34, no 4, pp 435–443 [143] E.D Sontag (1990), “Further facts about input to state stabilization,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol 35, no 4, pp 473–476 149 [144] V.M Popov (1959), “Criterii de Stabilitate Pentru Sistemele Neliniare de Reglare Automata Bazate pe Utilizarea Transformatei Laplace,” Stud Cerc Energetica (in Romanian), vol 9, no 1, pp 119–135 [145] V.M Popov (19 4), “Hyperstability of Automatic Control Systems with Several Nonlinear Elements,” Revue Roumaine des Sciences Techniques, vol 9, no 1, pp 35–45 [146] V.M Popov (19 ), “Hyperstability of Automatic Control Systems,” Editura Academiei Republicii Socialiste Romania, Bucharest (in Romanian) [147] C.I Byrnes, A Isidori, and J.C Willems (1991), “Passivity, feedback equivalence, and the global stabilization of minimum phase nonlinear systems,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol , no 11, pp 1228– 1240 [148] L Praly, G Bastin, J.-B Pomet, et al (1991), “Adaptive stabilization of nonlinear systems,” Foundations of Adaptive Control Lecture Notes in Control and Information Sciences vol 160, pp 347–433, SpringerVerlag, Berlin, Heidelberg, Germany [149] S Dubowsky and D.T DesForges (1979), “The Application of Model-Referenced Adaptive Control to Robotic Manipulators,” Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, vol 101, no 3, pp 193–200 [150] R Horowitz and M Tomizuka (198 ), “An Adaptive Control Scheme for Mechanical Manipulators—Compensation of Nonlinearity and Decoupling Control,” Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, vol 108, no 2, pp 127–135 [151] A.J Koivo and T.H Guo (1983), “Adaptive Linear Controller for Robotic Manipulators,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol 28, no 2, pp 162–171 [152] G Leininger (1983), “Adaptive control of manipulators using self-tuning methods,” 1st ISRR, Bretton Woods, NH, USA [153] C Lee and M Chung (1984), “An adaptive control strategy for mechanical manipulators,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol 29, no 9, pp 837–840 [154] J.J Craig, P Hsu, and S.S Sastry (1987), “Adaptive Control of Mechanical Manipulators,” The International Journal of Robotics Research, vol , no 2, pp 16–28 [155] J.J Craig (1988), “Adaptive Control of Mechanical Manipulators,” Addison Wesley Publishing Company, Reading, MA, USA [156] (2020), “DS1104 R&D Controller Board,” dSpace GmbH, [Online] Available: www.dspace.com/en/inc/home/products/hw/singbord/ds1104.cfm [157] (2020), “Connector and LED Panels,” dSpace GmbH, [Online] Available: www.dspace.com/en/inc/home/products/hw/singbord/conledpanels.cfm [158] (2020), “Servo Amplifiers & Motors,” Mitsubishi Electric Corp., [Online] Available: www.mitsubishielectric.com/fa/vn_vi/products/drv/servo/ [159] (201 ), “IEEE Recommended Practice for Excitation System Models for Power System Stability Studies,” IEEE Std 421.5-2016, Piscataway, NJ, USA 150 PHỤ LỤC Trong phần Phụ lục này, tác giả trình bày chi tiết trình áp dụng kết mục 2.4 vào xây dựng mơ hình động lực học cho robot IRB 120 hãng ABB có bậc tự tương ứng với khớp quay dạng lề Dựa theo hệ tọa độ khớp mơ tả Hình 2.2 tham số D-H thể Bảng 2.1, ma trận phép biến đổi dễ dàng tính a a c T s c T (A.1) 0 1d T Trong ký hiệu , , , biểu thị cho , , , ,( ) Từ ma trận (A.1), ta tính ma trận từ đến Để giản lược việc trình bày nhiều kết trung gian có tính chất tương tự nhau, tác giả đưa kết cho ma trận sau: T (1,1) cc c c s s T0 (2,1) s s c T0 css T (3,1) c c c c T (1, 2) c (2, 2) s  c6 s 4s 23 s5 c23c1s6  c6 s4s23 s1s5 c23 s6  s1c5 s s6 c4 c6  c1c5 s s6 c4 c6 T0 T (1,3) c1c4 s5 s 23 c1c5 c23 s1s s5 (2,3) c4 s1s5 s 23 c1s s5 c5 c23 s1 T0 (3,3) c c T (1, 4) c1c5 d 6 d (2, 4) s1c5 d 6 d T6 (3, 4) c4 d c23 c1c4 d s5 a3s 23 s1s s5 d 6 c1a s2 c23 s1c4 d s5 a3s 23 s s5 c1d 6 s1a s2 c23 c5 d 6 d 4s 23 a c2 d1 s5 a3 Tiếp theo, trích xuất ma trận quay , , từ ma trận (A.2) Sau , , PL1 , , thay ma trận quay vào (2.10) để tính ma trận tích có hướng Từ tìm vector vận tốc quay theo (2.1) sau:  ω     ω   [ q , , Thay ω J q J J q 0 (A.3) (c 6 x q1 ] với ph ần tử  c5 s4 s6 c4 c6q3 s6 s5 q4 c6 q5  6 z q1c23 s5 c4 s23c5 q2 s5 s4 q3 s5 s4 q4 c5 q6 q ( c4 c5 c6 (A.3) (A.4) vào (2.26) tìm ma trận Jacobi quay   s4 s6 )c23 s 0  c6 s23 s5  c5c6 s4 c4 s6 q2 100000 q 5   6y c5 0 c  c6 s4 23  c4  ccc s6 q3 s 23   c6 scc  6 (2,1) s s R J (1,1) ( c c c R J  c23 s4  s5 J  5236 (3,1) s c c R J (1, 2) c s c R J 6 (2, 2) s R J s (3, 2) s s R Từ vector vị trí điểm trọng tâm khâu ,( p  C    c1 xC c1 zC 1   PL2    p0 (A.7)  C vector p c x (1,1) c C p c x (2,1) s C pC (3,1)c4 xC 4 p (1,1) cx  C   c4 yC 5 s4c5 xC 5 s5 zC5s1 p (2,1) s C  c4 yC 5 s4c5 xC 5 s5 zC5c1 (3,1) ((c5 xC pC p  (1,1) c C   pC   (2,1) s1c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 zC 6c4 c6 yC 6 s6 xC 6s4 a3s23    c1 d 6 zC 6c5 c6 xC 6 s6 yC 6s5 d 4c1c23 c1a2 s2 s1c6 yC 6 s6 xC 6c4 s4c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 zC 6 pC (3,1) s1d 6 zC 6c5 c6 xC 6 s6 yC 6s5 d 4c23 s1a2 s2 c6 yC 6 s6 xC 6c4 s4c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 zC 6 c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 zC 6c4 c6 s4 yC 6 s4 s6 xC6 a3c23 (A.10)d 6 zC 6c5 c6 xC 6 s6 yC 6s5 d s23 a2 c2 d1  Thay (A.7)-(A.10) vào (2.25) tính ma trận Jacobi tịnh tiến theo kết chi tiết cho ma trận J  (1,1)  s1 T6 s1d 6 zC c6  c5c6 xC 6 s6 yC 6s5 d 4c23 s 23 s1a2 s2  c1 c6 yC 6 s6 xC 6c4 s4c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 z C 6 s23 J T  s2   d 6 zC 6c5 c6 xC 6 s6 yC 6s5 d 4c1c23 c1a2 s1 c6 yC 6 s6 xC 6c4 s4c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 zC J (3,1) T6 PL3 J0 T6 J0 T6 J0 J0 T6 T6 J0 J0 T6 T6 J0 J T6 T6 J0 J T6 T6 J0 T6 J T J0 T6 J T6 (1, 2)  d 6 zC 6c5 c6 xC 6 s6 yC 6s5 d 4s1s23 a2 s1c2   d 6 zC 6c5 c6 xC 6 s6 yC 6s5 d 4c23 a2 s2 (3, 2)    (1,3)  z  (2,3)   C6 c x C6 d 6 zC 6c5 c6 xC 6 s6 yC 6s5 d 4c1s23 c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 zC 6c4 c6 s4 yC 6 s4 s6 xC6 a3s1c23   x 6(3,3) s y  d 6 zC 6c5 c6 xC 6 s6 yC 6s5 d 4s1s23  d 6 zC 6c5c6 xC 6 s6 yC 6s5 d 4c23   d  c x  c x C6 (1, 4) c 1   c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 zC 6c4 c6 yC 6 s6 xC 6s4s1  c y C6 (2, 4) s1 c6 yC 6 s6 xC 6c4c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 zC6s4s23 s   a c(3, 4) c  c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 zC 6c4 c6 yC 6 s6 xC 6s4c1 23 (2, 2)(1,5) c  c1c4 s23 s1s4d 6 zC 6c5 c6 xC 6 s6 yC 6 s5 (2, 5) s1 c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 zC 6c23 d 6 zC 6c5 c6 xC 6 s6 yC 6s5c4 s1s23 c1s4 (3,5)d 6 zC 6c5c6 xC 6 s6 yC 6s5c4 c23  s23 c6 xC 6 s6 yC 6c5 s5d 6 zC 6 (1,6) c1c4 c5 yC 6 s4 xC 6c6 s6c4 c5 xC 6 s4 yC 6s23   s5 c1c6 yC 6 s6 xC 6c23 c5 s yC 6 c4 xC 6s1c6  s1s6c5 s xC 6 c4 yC 6 (2, 6) s1c4 c5 yC 6 s4 xC   c6 s6c4 c5 xC 6 s4 yC 6s23 s1s5c6 yC 6 s6 xC 6c23c5 s yC 6 c4 xC 6c1c6 c1s6c5 s4 xC 6 c4 yC 6 PL4 J T   (A.11) Thay ma trận , , I vào (2.30) tìm ma trận quán tính tổng qt M dựa vào tính ma trận C theo dạng thức (2.54) (A.12) M (A.13) C 2 Bằng cách sử dụng phần mềm tính tốn cho biến symbolic (Maple), ta tính ma trận M theo (A.12) ma trận C theo (A.13) Tổng robot IRB 120 tính sau thay kết (A.7)-(A.10) vào (2.18) Và vector thành phần trọng lực mơ hình động lực học thu (2.47) với phần tử g (1) g(2) g ( 3) g ( 4) g ( 5) g (6)     x  a3 m6 a3 m5 a3 m4 m3a3 xC3gs23   d4 m6 d m5 d 4 yC 4m4 zC3 m3gc23 C c6 m6 yC s6 m6    m5 6 z c5  d  m6 C zC m5 s5 xC c4    m6 c6  xC s6 m6  m4 zC 4 m5 yC  s4 xC c6 m6 yC s6 m6 m5 xC 5c5 d 6 zC 6m6 zC m5s5 xC m4c4 s4 d 6 zC 6m6 zC m5c5 s5c6 m6 xC 6 yC s6 m6 m5 xC 5  d4 m6 d m5 d 4 yC 4m4 zC3 m3gc23  c6 m6 xC 6 yC s6 m6 m5 xC5c5  d 6 zC 6m6 zC m5s5 xC m4gc23 s4     c6 m6 yC 6 m6 s6 xC 6 m4 zC 4 m5 yC5gc23c4 d 6 zC 6m6 zC m5c5 s5c6 m6 xC 6 yC s6 m6 m5 xC5 gc23c4  yC    a3 m6 a3 m5 a3 m4 m3a3 xC3gs23 m4  a2 m6 a2 m5 a2 m4 m2 m3a2 xC m2gs2 c2 m2 gyC   c6 m6 yC 6 m6 s6 xC 6 m4 zC 4 m5 yC  xC d 6 zC 6m6 zC m5c5 s5xC c6 m6 yC s6 m6 m5 xC5 c6 m6 xC 6 yC s6 m6 m5 xC 5c5d 6 zC 6m6 zC5 m5s5gs23   ccy 45C6  c6 yC 6 s6 xC 6m6 gs23 s5 PL5 ... tay máy cơng nghiệp có xét đến tổn thất chế chấp hành Trên sở tiến hành phân tích khả điều khiển tay máy bị tổn thất chế chấp hành Đề xuất phương pháp điều khiển tay máy chế độ tổn thất chế chấp. .. DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Ngọc Trúc PHÂN TÍCH VÀ ĐỀ XUẤT PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY CÔNG NGHIỆP TRONG TÌNH TRẠNG TỔN THẤT CƠ CHẾ CHẤP HÀNH Ngành : Kỹ thuật điều khiển. .. tiễn, đặc biệt tay máy robot làm việc công nghiệp 1.5.3 Phân tích khả điều khiển tay máy cơng nghiệp tình trạng tổn thất chế chấp hành 1.5.3.1 Phân tích động học kiểu tay máy cơng nghiệp có khớp