(Luận văn thạc sĩ) sử dụng giải thuật di truyền tìm kiếm thông số PID điều khiển robot SCARA bám theo quỹ đạo cho trước

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ MINH NGỌC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN TÌM KIẾM THƠNG SỐ PID ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA BÁM THEO QUỸ ĐẠO CHO TRƯỚC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 S K C0 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ MINH NGỌC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN TÌM KIẾM THÔNG SỐ PID ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA BÁM THEO QUỸ ĐẠO CHO TRƢỚC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ LÊ MINH NGỌC SỬ DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN TÌM KIẾM THÔNG SỐ PID ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA BÁM THEO QUỸ ĐẠO CHO TRƢỚC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ - 605270 Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN VĂN THÁI Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2015 KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI LÝ LỊCH KHOA HỌC (Dùng cho nghiên cứu sinh & học viên cao học) Hình 3x4 I LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ tên: Lê Minh Ngọc Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 09/11/1989 Nơi sinh: Gia Lai Quê quán: Phú Vang, TT Huế Dân tộc: Kinh Địa liên lạc: 58/48, đường số 5, tổ 6, KP 2, p Linh Trung, Q Thủ Đức, TP Hồ Chí Minh Di động: 0933365637 Email: minhngoctd08@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ 2008 đến 2012 Nơi học: Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải TP.Hồ Chí Minh Ngành học: Tự động hóa cơng nghiệp Tên luận văn tốt nghiệp: Robot bậc tự Năm nơi tốt nghiệp: năm 2012 Trường Đại Học Giao Thơng Vận Tải TP Hồ Chí Minh Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo từ: 4/2013 đến 10/2015 Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP Hồ Chí Minh Ngành học: Kỹ thuật điện tử Tên luận văn: Sử dụng giải thuật GA tìm kiếm thơng số PID điều khiển Robot SCARA bám theo quỹ đạo cho trước Ngày nơi bảo vệ luận văn: ngày 18 tháng 10 năm 2015 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh Người hướng dẫn: TS Nguyễn Văn Thái Trình độ ngoại ngữ: Anh văn trình độ B1 i KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Từ 11/2012 đến 08/2013 Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Cty TNHH Jabil Việt Nam Kỹ sư Từ 6/2014 Cty TNHH Wonderful Saigon đến Electric XÁC NHẬN CỦA CƠ QUAN CỬ ĐI Kỹ sư Ngày tháng năm 2015 HỌC (Ký tên, đóng dấu) Ngƣời khai ký tên ii KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp.Hồ Chí Minh, ngày ….tháng …năm 2015 (Ký tên ghi rõ họ tên) Lê Minh Ngọc iii KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI LỜI CẢM ƠN Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Văn Thái tận tình hướng dẫn em suốt trình thực luận văn Xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tồn thể q thầy trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP Hồ Chí Minh giảng dạy, hướng dẫn tạo điều kiện, môi trường học tập tốt cho em Cảm ơn quý thầy cô, anh chị phòng Đào tạo Sau đại học trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh giúp đỡ, giải đáp vướng mắc thủ tục hành cho em thời gian học vừa qua Xin chân thành cảm ơn cha mẹ gia đình ln sát cánh bên ngày tháng khó khăn Con xin nguyện cầu cho cha an lành bình yên Con hứa vững vàng sống Hãy an tâm vào chúng cha nhé! Vì kinh nghiệm kiến thức cịn hạn chế nên q trình thực luận văn, em khơng tránh khỏi thiếu sót sai lầm Em mong góp ý tận tình q thầy Hội đồng bảo vệ để luận văn em hồn chỉnh Xin kính chúc sức khỏe chân thành cảm ơn iv KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI TĨM TẮT Mục đích Luận văn tập trung nghiên cứu việc sử dụng giải thuật di truyền tìm kiếm thơng số PID điều khiển Robot SCARA bám theo quỹ đạo cho trước Giải thuật di truyền hỗ trợ phần mềm MATLAB nhằm tìm thông số Kp, Ki Kd điều khiển PID Bước đầu, tơi tìm thông số PID mong muốn kết mô cho thấy khả tìm kiếm giải thuật GA tốt Vùng tìm kiếm rộng lợi Sau đó, tơi tiến hành kiểm chứng kết tìm kiếm giải thuật di truyền mơ hình thực nghiệm Kết thực nghiệm cho thấy hình dạng quỹ đạo di chuyển Robot tương đối giống kết mô Hạn chế giải thuật GA thời gian đáp ứng chậm so với nhiều phương pháp khác Giải thuật điều khiển đề xuất thực nghiệm việc sử dụng KIT vi điều khiển PIC18F4431 kết nối với Robot SCARA ABSTRACT The major purpose of this thesis is how to apply the Genetic Algorithm (GA) to estimate the PID controller’s parameters: Kp, Ki and Kd which is used to control the robot SCARA’s moving based on a given trajectory planning First, the PID’s parameters are estimated, and the simulation result also show that the proposed algorithm for search using GA is good The large range searching is an advantage After that I perform verifiable the results of the GA on the experimental model The experimental results show the shape and movement trajectory of the Robot that is relatively like the simulation results The GA’s disadvantage is the response time slower than the different methods The indicated control algorithm is experimented by using KIT of PIC18F4431 processing unit to connect with a SCARA Robot v KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Xác nhận cán hướng dẫn Phiếu nhận xét luận văn thạc sỹ Biên chấm luận văn tốt nghiệp thạc sỹ_năm 2015 Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt v Mục lục vi Danh sách chữ viết tắt viii Danh sách hình ix Danh sách bảng xi Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Một số kết nghiên cứu nước 1.1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2 Giới thiệu luận văn 11 1.2.1 Mục đích luận văn 11 1.2.2 Nhiệm vụ giới hạn đề tài 11 1.2.3 Phương pháp thực 12 1.2.4 Tính luận văn 13 Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 14 2.1 Điều khiển vi tích phân tỉ lệ (PID) 14 2.2 Điều khiển thích nghi 14 2.3 Cơ sở lý thuyết Robot 16 vi KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI Chƣơng 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH TỐN VÀ THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN 25 3.1 Xây dựng mơ hình tốn 25 3.2 Thiết kế điều khiển bám theo quỹ đạo hình trịn 29 3.3 Lưu đồ giải thuật di truyền 30 Chƣơng 4: MƠ HÌNH HĨA MƠ PHỎNG 32 4.1 Sơ đồ mô Simulink 32 4.2 Giao diện điều khiển giám sát Visual # 40 4.3 Lưu đồ chương trình C 41 Chƣơng 5: THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG 44 5.1 Giới thiệu sơ mô hình 44 5.2 Kết thực nghiệm 46 Chƣơng 6: KẾT LUẬN 48 6.1 Kết đạt 48 6.2 Hạn chế 49 6.3 Hướng khắc phục phát triển đề tài 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 PHỤ LỤC Phụ lục 1: Code chương trình Mathlab 53 Phụ lục 2: Code chương trình C 58 Phụ lục 3: Code chương trình C# 69 vii KTĐT2013A GVHD: TS NGUYỄN VĂN THÁI int d; for(d=0;d