Hệ vận hành song phƣơng trong môi trƣờng truyền thông không có trễ…

Từ cấu trúc hệ robot master – slave vận hành từ xa được phân tích và lựa chọn trong mục 3.1.4, có thể biểu diễn một hệ vận hành song phương dưới dạng các mạng 2 cửa nối tầng như hình 3.13

Hình 3.13. Cấu trúc hệ robot chủ tớ vận hành song phương từ xa khi môi trường truyền thông không có trễ

Sơ đồ trên gồm 3 thành phần được nối tầng với nhau là khối Master, khối truyền thông (Communication block) và khối Slave. Trong 3 thành phần trên có thể thấy Master (với giả thiết ban đầu) và Slave (theo mục 3.1.4) là những hệ thụ động. Như vậy, tính thụ động của toàn hệ master-slave vận hành song phương chỉ còn phụ thuộc vào tính chất của khối truyền thông. Nếu khối truyền thông cũng là thụ động thì toàn bộ hệ thống cũng là thụ động.

Ta có: - vector đầu vào khối truyền thông T  T

m s

48

- vector đầu ra khối truyền thông T  T m sd y  F x

Theo mục 2.1.3 có thể tính được năng lượng cấp vào khối truyền thông như sau: Pin x yTl lx yTr r x FmT. mx FsdT s (3-10) Nếu khối truyền thông không có thời gian trễ thì xm xsd, Fm Fs. Do đó:

Pin x FTm. mx FsdT s 0 (3-11) Vậy khối truyền thông là một hệ không tổn hao. Suy ra hệ vận hành song phương có phản hồi lực không có trễ truyền thông là một hệ thụ động và nó là một hệ ổn định. Ta cũng xác định được các thông tin về lực:

Lực đặt lên slave: Fs Kp(xsd xs)K xi( sd xs)Kp(xmxs)K xi( mxs) Phản lực đặt lên master: Fm Fs Kp(xsd xs)K xi( sd xs)Kp(xmxs)K xi( mxs) Điều này cho thấy khả năng vận hành song phương của hệ. Khi tác động lực lên master, slave sẽ bám theo các thông tin về tốc độ và vị trí do master gửi đến. Ngược lại, khi tác động lực lên slave (giả thiết master chuyển động tự do) dễ nhận thấy master cũng bám theo các thông tin về tốc độ và vị trí của slave do tác dụng của phản lực Fm đặt lên master.

Dưới đây là kết quả mô phỏng cho phần chứng minh ở trên. Trong phần mô phỏng này cũng như các phần mô phỏng ở phía sau các đường nét đứt biểu diễn cho các đáp ứng của master còn các đường nét liền biểu diễn cho các đáp ứng của slave. Hình 3.14 là kết quả mô phỏng trong trường hợp người vận hành tác động lực vào master (Fh=1) còn slave chuyển động tự do, không tương tác với môi trường (Fe=0). Kết quả mô phỏng chỉ ra rằng khi không có trễ truyền thông hệ ổn định, đáp ứng tốc độ và vị trí của slave bám sát tốc độ và vị trí của master.

Để đánh giá khả năng vận hành song phương của hệ thống, trong phần mô phỏng tiếp theo (Hình 3.15), ta để master chuyển động tự do, lực do người vận hành tác động vào tay máy master Fh = 0. Tại không gian làm việc, môi trường sẽ tác động lên tay máy Slave một lực Fe thay đổi theo qui luật hình sin. Kết quả mô phỏng cũng cho thấy trong trường hợp này, đáp ứng tốc độ và vị trí của master bám sát theo tốc độ và vị trí của slave.

49

Hình 3.14 Đáp ứng tốc độ và vị trí của slave theo giá trị đặt được gửi từ master khi không có trễ truyền thông

Hình 3.15 Đáp ứng của master theo slave khi master chuyển động tự do lực tương tác giữa slave với môi trường biến đổi điều hòa

3.3. Hệ vận hành song phƣơng trong môi trƣờng truyền thông có trễ

Trong thực tế, các hệ vận hành song phương thường được thực hiện với khoảng cách rất xa, do đó phải mất một khoảng thời gian T1 để slave có thể nhận được thông tin từ master gửi đi và phải mất một khoảng thời gian T2 để master nhận được thông tin từ slave gửi về. Tiếp theo ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của thời gian trễ đến tính ổn định của các hệ vận hành song phương có phản hồi lực với giả thiết rằng thời gian trễ truyền thông từ master đến slave và từ slave về master là như nhau và bằng T.

50

Khi hệ master-slave có trễ truyền thông, ta có thể biểu diễn lại sơ đồ hình 3.14 như sau:

Hình 3.16 Cấu trúc hệ robot chủ tớ vận hành song phương từ xa khi môi trường truyền thông có trễ

Khi hệ vận hành song phương có trễ truyền thông, ta có:

xsd x t Tm(  ) (3-12) Fm F t Ts(  ) Mặt khác có lực đặt lên slave: F ts( )Kpxsd( )t x ts( )K xi sd( )t x ts( ) (3-13) Từ (3-12) và (3-13) có: Lực đặt lên slave: F ts( )Kpx t Tm(  )x ts( )K x t Ti m(  )x ts( ) (3-14) Phản lực đặt lên master: F tm( )Kpx tm( 2 )T x t Ts(  )K x ti m( 2 )T x t Ts(  ) (3-15) Phần sau đây tiến hành khảo sát trong hai trường hợp: có trễ truyền thông không

phản hồi lực; có trễ truyền thông có phản hồi lực. Việc khảo sát thực hiện bằng mô phỏng trên phần mềm Matlab-SIMULINK. Trong các đồ thị, đường nét liền biểu diễn các đáp ứng của slave còn đường nét chấm biểu diễn các đáp ứng của master.