Chương một : Tổng quan về hệ điều khiển chuyển động
4.4Kết luận chương bốn
Cỏc kết quả thực nghiệm được thực hiện trờn robot Gryphon EC khi cú tải và khụng tải cho thấy rằng khi sử dụng hàm chuyển mạch là hàm Sat-PI, sai lệch quỹ đạo giảm nhiều, độ chớnh xỏc trong điều khiển tốt hơn so với trường hợp hàm Sat.
Thực nghiệm cho thấy khi sử dụng hàm chuyển mạch Sat-PI, hiện tượng chattering ở mụmen tỏc động lờn cỏc trục suy giảm rừ rệt so với trường hợp dựng hàm Sat.
Hỡnh 4.17 - Kết quả thực nghiệm sai lệch vị trớ của 3 trục khi dựng thuật điều khiển mờ
Cỏc kết quả thực nghiệm cũng chứng tỏ nếu kết hợp điều khiển trượt sử dụng hàm chuyển mạch Sat PI với - ứng dụng thuật điều khiển mờ thỡ chất lượng điều khiển được cải thiện hơn nữa.
Lý thuyết mới dựng hàm Sat PI mà luận ỏn đó nờu ra được minh chứng - qua kết quả mụ phỏng trỡnh bày ở chương ba và kết quả thực nghiệm được thể hiện ở chương này là hoàn toàn phự hợp và đỳng đắn.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
I. KẾT LUẬN
Luận ỏn đó đúng gúp những vấn đề mới như sau:
1. Đề xuất dựng hàm chuyển mạch Sat-PI để giảm một cỏch đỏng kể hiện tượng chattering của điều khiển trượt. Phương phỏp này cú ưu điểm là khối lượng tớnh toỏn nhỏ, thuật điều khiển ớt phức tạp, đỏp ứng nhanh, hệ thống kớn ổn định.
2. Xõy dựng được cấu trỳc mụ hỡnh mụ phỏng với cỏc hàm Signum, Sat và Sat-PI trờn một robot thực (robot Gryphon EC) là một đối tượng phi tuyến mạnh. Việc so sỏnh cỏc kết quả mụ phỏng giữa cỏc trường hợp hàm Signum, hàm Sat và hàm Sat PI đó khẳng định tớnh đỳng đắn của thuật toỏn mà luận - ỏn đó nờu ra trong việc nõng cao chất lượng của hệ điều khiển.
3. Xõy dựng được cấu trỳc mụ hỡnh thực nghiệm trờn một đối tượng cú tớnh phi tuyến mạnh là robot Gryphon EC. Cấu hỡnh này gồm mỏy tớnh được cài đặt phần mềm điều khiển, card xử lý tớn hiệu số ds1103 cho phộp dịch và nạp chương trỡnh trực tiếp trờn nền Simulink của Matlab. Do đú tốc độ tớnh toỏn nhanh, cú thể chỉnh định trực tiếp (online) cỏc thụng số điều khiển và theo dừi đỏp ứng trờn nền thời gian thực. Hệ điều khiển được sử dụng với bộ biến tần và động cơ đồng bộ nam chõm vĩnh cửu cho từng trục của robot Gryphon. Phần thực nghiệm đó chứng tỏ được:
− Với thuật toỏn đề xuất của luận ỏn (hàm Sat-PI), cú khả năng điều khiển hệ phi tuyến bậc cao, sai lệch quỹ đạo được đỏnh giỏ theo phần trăm lượng đặt trong cỏc trường hợp đều thấp hơn so với hàm Sat.
− Hệ điều khiển làm việc ổn định, ớt chịu ảnh hưởng của tải, do đú chất lượng điều khiển được cải thiện đỏng kể.
− Với thuật toỏn đề xuất của luận ỏn hoàn toàn cú thể ứng dụng vào thực tế điều khiển cỏc hệ thống động lực học cú tớnh phi tuyến cao, cú yờu cầu đỏp ứng nhanh và chớnh xỏc.
4. Khi kết hợp thuật toỏn mà luận ỏn đó nờu với việc ứng dụng thuật điều khiển mờ để thay đổi hệ số tớch phõn KI của hàm chuyển mạch Sat-PI, thỡ chất lượng điều khiển được cải thiện tốt hơn nữa.
5. Những vấn đề nghiờn cứu của luận ỏn đó gúp phần khẳng định việc ỏp dụng thuật toỏn đó đề xuất cho bài toỏn điều khiển hệ phi tuyến là giải phỏp đỳng đắn và cần thiết.
II. KIẾN NGHỊ
Phương phỏp mới mà luận ỏn nờu ra đó đạt được kết quả tốt trong mụ phỏng và thực nghiệm cho hệ điều khiển trượt cú cấu trỳc thay đổi, tuy nhiờn việc kết hợp giữa điều khiển trượt - mờ - thớch nghi cựng với việc sử dụng hàm chuyển mạch Sat-PI sẽ làm cho chất lượng điều khiển được cải thiện hơn nữa.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Đào Văn Hiệp (2003), Kỹ thuật Robot, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
2. Cao Tiến Huỳnh (2000), “Điều khiển trượt trờn cỏc mặt tr ợt mờ”, ư Tuyển tập cỏc bỏo cỏo Khoa học Hội nghị Toàn quốc lần thứ ba về Tự động húa, Hà Nội.
3. Cao Tiến Huỳnh (1998), “Về một phương phỏp tổng hợp cỏc hệ điều
khiển cú chất lượng cao”, Tuyển tập cỏc bỏo cỏo Khoa học Hội nghị Toàn quốc lần thứ ba về Tự ộng húađ , Hà Nội.
4. Bựi Quốc Khỏnh, Nguyễn V n Liễn, Phạm Quốc Hải, Dă ương Văn Nghi (1998), Điều chỉnh tự ộng truyền đ động iện, Nhà xuất bản Khoa học và đ Kỹ thuật, Hà Nội.
5. Nguyễn V n Liễn, Nguyễn Mạnh Tiến và ă Đoàn Quang Vinh (2003), Điều khiển ộng c xoay chiều cấp từ biến tần bỏn dẫnđ ơ , Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
6. Phan Xuõn Minh và Nguyễn Doón Phước (2002), Lý thuyết điều khiển mờ (in lần thứ 3), Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
7. Phạm Cụng Ngụ (2001), Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
8. Nguyễn Thương Ngụ (2003), Lý thuyết điều khiển tự ộng thụng th ờng đ ư và hiện ại, Quyển 3: Hệ phi tuyến và hệ ngẫu nhiờnđ , Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
9. Nguyễn Đỡnh Phỳ (1996), Lý thuyết ổn định và ứng dụng, Nhà xuất bản Giỏo dục.
10. Nguyễn Thiện Phỳc (2003), Robot cụng nghiệp, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
11. Nguyễn Doón Ph ớc, Phan Xuõn Minh (1999), ư Điều khiển tối u bền ư vững, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
12. Nguyễn Doón Ph ớc, Phan Xuõn Minh, Hỏn Thành Trung (2002), ư Lý thuyết iều khiển phi tuyếnđ , Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
13. Nguyễn Phựng Quang (2004), Matlab và Simulink dành cho kỹ sư đ iều khiển tự động, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
14. Nguyễn Trọng Thuần (1999), Điều khiển logic và ứng dụng, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
Tiếng Anh
15. A. Sabanovic, Karel Jezernik and Kenzo Wada (1992), “Chattering Free Sliding Modes in Robotic Manipulators Control”, Proc. of the 1992 IEEE/RSJ.
16. Bin Yao, M. Tomizuka (1996), “Smooth Robust Adaptive Sliding Mode Control of Manipulators With Guaranteed Transient Performance”, Trans. of ASME. J. of dynamic Systems.
17. Bin Yao, M. Tomizuka (1996), “Adaptive Robust Control of Robot Manipulators: Theory and Comparative Experiments”, Trans. of ASME. J. of dynamic Systems.
18. Bin Yao (2002), “Nonlinear Adaptive Robust Control”, the invitation lecture in the Summer School for Mechatronics in Danang, Vietnam.
19. Boris Curk, Karel Jezernik (1994), Sliding Mode Control with Perturbation Estimation Application on DD Robot Mechanism, Robotica.
20. Catlos Canudas de Wit, Bruno Siciliano and Georges Bastin (1996), Theory of Robot Control, Spinger-Verlag London Limited.
21. Chae H. An, Chritopher G. Atkeson and John M. Hollerbach (1998), Model-Based Control of a Robot Manipulator, Massachusetts Institute of Technology.
22. Chih-Lyang Hwang, Hung Yueh Lin & Chau Jan (2003), “The - Trajectory Tracking of Robots via a Fuzzy Linear Pulse Transfer Function Matrix Based Variable Structure Control”, IEEE International Conference on Fuzzy System.
23. Chun-Yi Su, Tin-Pui Leung & Yury Stepanenko (February,1993), “Real- Time Implementation of Regressor based Sliding Mode Control - Algorithm for Robotic Manipulators”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 40, No. 1.
24. Faa-Jeng Lin & Rong-Jong Wai (February,2001), “Sliding-Mode- Controlled Slider-Crank Mechanism with Fuzzy Neural Network”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 48, No. 1.
25. G. Bartolini, A. Ferrara, and E. Usai (February,1998), “Chattering Avoidance by Second-Order Sliding Mode Control”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 43, No. 2.
26. Graham C. Goodwin & Kwai Sang Sin (1984), Adaptive Filtering Prediction and Control, Prentice Hall, Inc.
27. H. Yu, L.D. Seneviratne & S.W.E. Earies (November, 1994), “Exponentially Stable Robust Control Law for robot manipulators”, IEE. Proc. – Control Theory Appl., Vol. 4, No. 6.
28. Hassan K. Khalil (2002), Nonlinear system, Prentice Hall.
29. Hideki Hashimoto, Koji Maruyama & Fumio Harashima (February, 1987), “A Microprocessor Based Robot Manipulator Control with - Sliding Mode”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. IE- 34, No. 1.
30. Ioannou, P.A. and Sun J. (1995), Robust Adaptive Control, Prentice Hall - PTR.
31. Itkis U. (1976), Control Systems of Variable Structure, Newyork, NY: Wiley.
32. J.J.E. Slotine and J. A. Coetsee (1986), “Adaptive Sliding Controller Synthesis for non-linear Systems”, INT.J. Control, Vol. 43, No 6, p. 1631 1651- .
33. J. Somlú, B. Lantos and P.T. Cỏt (1997), Advanced robot cotrol, Hungary, Akadộmial Kiadú.
34. Jean-Jacques E. Slotine, Weiping Li (1991), Applied nonlinear control, Prentice Hall.
35. Juergen Ackermann and Vadim Utkin, “Sliding Mode Control Design Based on Ackermann’s Formula”, IEEE Transaction on Automatic Control, Vol. 53, No. 1.
36. K. Jezernik, B. Curk and J. Harnik (1994), “Observer based sliding mode control of a robotic manipulator”, Robotica, Vol. 12, part 5, p. 443-448. 37. K.S. Fu. (1987), Robotics, control sensing, vision and intelligence, Graw
Hill, Inc.
38. L. Sciavicco, B. Siciliano (1996), Modeling and control of robot manipulators, International Editions.
39. Min-Shin Chen, Yean-Ren Hwang & Masayoshi Tomizuka (October, 2002), “A State Dependent Boundary Layer Design for Sliding Mode - Control”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 47, No. 10. 40. Petros A. Ioannou & Jing Sun (1996), Robust Adaptive Control, Prentice
Hall, Inc.
41. Q.P. Ha,Q.H. Nguyen, D.C. Rye and H.F. Durrant Whyte (February, , - 2001), “Fuzzy Sliding-Mode Controllers with Applications”, IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 48, No. 1.
42. S.C.H. Chung & C.L. Lin (March, 1999), “A Transformed Lurộ Problem for Sliding Mode Control and Chattering Reduction”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 44, No. 3.
43. Seung-Bok Choi & Jung-Sik Kim (1997), “A Fuzzy-Sliding Mode Controller for Robust Tracking of Robotic Manipulators”, Mechatronics Vol. 7, No. 2, p. 199-216.
44. Shankar Sastry & Marc Bodson (1989), Adaptive Control: Stability, Convergence and Robustness, Prentice Hall, Inc.
45. Spyros G. Tzafestas & Gerasimos G. Rigatos (1999), “Design and Stability Analysis of a New Sliding-Mode Fozzy Logic Controller of Reduced Complexity”, Machine Intelligence & Robotic Control, Vol. 1, No. 1, p. 27-41.
46. Utkin V.I. (1977), “Survey Paper- Variable Structure System with Sliding Modes”, IEEE Transactions on Automation and Control, AC-22, No. 2, p. 212-222.
47. Utkin V.I. (1978), Sliding mode and their application in variable structure systems, Moscow, Mir.
49. Utkin V.I., Jurgen Guldner (1999), Sliding mode control in elctromechanical systems, Taylor & Francis.
50. W.P. Dayawansa & C.F. Martin (April,1999), “A conserve Lyapunov Theorem for a Class Systems which Undergo Switching”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 44, No. 4.
51. Y. Dote (1987), “Digital signal processor (DSP)- Based Variable Structure Control with equivalent disturbance observer for Robot Manipulator”, Proceeding of the IECON’87.
52. Y. Dote and M. Shinojima (1987), “DSP- Based Variable Structure PI Controller for Robot Manipulator”, Proceeding of the IECON’87.
53. Y.J. Huang (2003), “Variable Structure Control for a Two-Link Robot Arm”, Electrical Engineering 85, pp. 195-204.
54. Yasuhico Dote (1990), Servo Motor and Motion Control Using Digital Signal Processors, Prentice Hall and Texas Instrument.
55. Yu Tang, “Terminal Sliding Mode Control for Rigid Robots”, Automatica, Vol. 34, No. 1, p. 51-56.
56. Z.P. Jiang, I. Mareels & D. Hill (April,1999), “Robust Control of Uncertain Nonlinear Systems via Measurement Feedback”, IEEE Transactions on Automatic Control, Vol. 44, No. 4.
57. Zhang C. Q. and M. Sami Fadali (1996), “Nonlinear Systems Identification Using a Gabor/Hopfield Network”, IEEE Trans. Syst. Man. Cyber. Part B: Cyber, Vol. 26, No. 1, pp. 124- -134.
58. Zhao Z. Y., Tomizuka M. and Isaka S. (1993), “Fuzzy Gain Scheduling of PID Controllers”, IEEE Trans. Syst. Man. Cyber., Vol. 23, No. 5, pp. 1392 1398- .
DANH MỤC CễNG TRèNH CễNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
1. Nguyen Trong Thuan, Le Tan Duy, Vo Quang Vinh, Do Duc Nam, and Phan Van Hien, “On the Optimal Control for Motion of the Manipulator Handling of Goods”, Proc. of the 18th Conf. Of AFEO, Ha Noi 22-24 Nov 2000, pp 546-553.
2. Nguyễn Trọng Thuần, Lờ Tấn Duy, Nguyễn Văn Minh Trớ, “Nghiờn cứu điều khiển trượt cú lớp biờn và việc giảm sai lệch tĩnh trong điều khiển Robot”, Tuyển tập cụng trỡnh khoa học, Hội nghị khoa học lần thứ 19 Kỷ niệm 45 năm thành lập trường ĐHBK Hà Nội, thỏng 10- - 2001.
3. Lờ Tấn Duy, “Nghiờn cứu điều khiển và phõn tớch chuyển động thang mỏy”, Đề tài cấp bộ, đó được hội đồng nghiệm thu thỏng 12-2002. 4. Lờ Tấn Duy, “Thiết kế bộ điều khiển trượt cho hệ tay mỏy Robot”,
Tạp chớ khoa học & Cụng nghệ, Đại học Đà Nẵng Số 4.2003.-
5. Lờ Tấn Duy, “Điều khiển trượt cho tay mỏy Robot hai bậc tự do”, Tạp chớ Khoa học & Cụng nghệ, Đại học Đà Nẵng Số 1(5).2004.- 6. Lờ Tấn Duy, “Bộ điều khiển trượt mới cho hoạt động bền vững của
tay mỏy robot”, Tạp chớ Khoa học & Cụng nghệ, Đại học Đà Nẵng - Số 2(6).2004.
PHỤ LỤC
PL1. SƠ ĐỒ Mễ PHỎNG ROBOT GRYPHON EC
PL2. SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN 3 TRỤC CỦA ROBOT GRYPHON EC
Hỡnh PL.2 - Sơ đồ Matlab Simulink mụ phỏng điều khiển 3 trục của Robot Gryphon EC
PL3. Mễ PHỎNG CÁC TRỤC
PL3.1 Sơ đồ mụ phỏng cho cỏc trục
Ở đõy chỉ trỡnh bày sơ đồ mụ phỏng cho trục 1, cỏc trục 2 và 3 cú sơ đồ tương tự.
PL3.2 Sơ đồ mụ phỏng trong trường hợp hàm signum PL3.2.1. Mụ phỏng Bộ điều khiển Động cơ Hộp số- -
Hỡnh PL.3 - Sơ đồ Matlab Simulink mụ phỏng điều khiển cỏc trục của Robot Gryphon EC
Hỡnh PL.4 - Sơ đồ Matlab Simulink mụ phỏng Bộ điều khiển-Động cơ Hộp số-
PL3.2.2. Sơ đồ mụ phỏng điều khiển động cơ đồng bộ NCVC theo phương phỏp điều khiển tối ưu dũng tỏc động nhanh
PL3.2.3. Khõu điều chỉnh tối ưu dũng
Hỡnh PL.5 - Sơ đồ Matlab Simulink mụ phỏng điều khiển Động cơ đồng bộ NCVC theo phương phỏp điều khiển tối ưu dũng
PL3.2.4. Mụ hỡnh động cơ đồng bộ NCVC
PL3.2.5. Khối điều khiển vị trớ
PL3.3. Sơ đồ mụ phỏng trong trường hợp hàm Sat
Trong hai trường hợp hàm Sat và hàm Sat-PI chỉ khỏc so với trường hợp hàm Signum về cấu trỳc của khối điều khiển vị trớ do đú trong hai trường hợp này chỉ đưa ra sơ đồ mụ phỏng cấu trỳc của khối điều khiển vị trớ.
Hỡnh PL.7 - Sơ đồ Matlab Simulink mụ hỡnh động cơ đồng bộ NCVC
Hỡnh PL.8 - Sơ đồ Matlab Simulink khối điều khiển vị trớ trường hợp hàm Signum
PL3.4. Sơ đồ mụ phỏng trong trường hợp hàm Sat- PI Hỡnh PL.9 - Sơ đồ Matlab Simulink khối điều khiển
vị trớ trường hợp hàm Sat
Hỡnh PL.10 - Sơ đồ Matlab Simulink khối điều khiển vị trớ trường hợp hàm Sat-PI