5.1. Điều khiển phản hồi và điều khiển vòng kín.
Khi xét bài toán điều khiển cho một tay máy trong công nghiệp nào đó, trước hết chúng ta sẽ phải mô hình hóa tay máy đó là một cơ cấu – đối tượng được điều khiển, trong đó các cảm biến (sensor) được đặt tại các khớp để giám sát trạng thái của các khớp và các cơ cấu dẫn động (Actuator) được gá tại các khớp để sinh lực (moment) dẫn động các khâu.
Chúng ta luôn muốn điều khiển các khớp của robot bám theo đúng quỹ đạo đã thiết kế. Các phần tử dẫn động làm việc cách nhận lệnh và sinh lực (mô men). Do vậy chúng ta phải sử dụng các hệ điều khiển để tính toán các lệnh phù hợp nhất cho các phần tử này sao cho chúng thực hiện được các quy luật chuyển động mong muốn.
Hình … mô tả quan hệ giữa quỹ đạo thiết kế và kết quả chuyển động theo quỹ đạo mong muốn đó.
Từ các giá trị ban đầu là quy luật qd( )t , quy luật vận tốc qd( )t , quy luật gia tốc
( )
d t
q
mong muốn, bộ điều khiển có nhiệm vụ tính toán vector lực τ, là nguồn động lực để các hệ robot chuyển động với quy luật qvà q. Nhờ các sensor bộ điều khiển có thể đọc được các giá trị này theo thời gian thực. Chú ý rằng toàn bộ các đường tín hiệu trên hình… đều gắn với vector n chiều với n là số khớp của robot.
Có thể nhận thấy rằng, để tính toán mô men τthì một khả năng rất khả quan là sử dụng phương trình động lực học, với đầu vào là qd( )t ,qd( )t và qd( )t được tính toán trong phần thiết kế quỹ đạo. Do vậy, từ kết quả của phần tính toán động lực học, τcó thể được xác định theo công thức: ( ). ( , ). ( ) ( ). ( , ) ( ) τ M q q C q q q G q M q q V q q G q (5.1) Trong đó: ( )
M q là ma trận khối lượng suy rộng vuông cấp n. ( , )
V q q là vector n chiều của các thành phần Coriolis và li tâm. ( ) ( )
G q là vector n chiều các thành phần lực suy rộng của các lực không thế.
τđược tính theo công thức (5.1) sẽ giúp hệ chuyển động theo đúng quỹ đạo mong muốn, nếu mô hình động lực là hoàn toàn đúng, hệ không chịu tác động của nhiễu. Nhìn chung cách duy nhất để xây dựng một hệ điều khiển có hiệu năng cao là phải sử dụng được