Việc thiết kế bộ điều khiển (PID, mờ, ... ) đối với hệ thống robot + các bộ dẫn động có nhiều cách, chẳng hạn nhƣ:
- Xác định mơ hình tốn học của hệ thống (bao gồm robot và các bộ dẫn động), sau đó tính tốn lựa chọn các bộ điều chỉnh (P, PD, PI, PID, ...) để hệ làm việc đạt yêu cầu mong muốn.
- Xác định hệ dẫn động, mơ hình tốn học của bộ dẫn động và thiết kế bộ điều khiển (P, PI, PD, PID, ...) cho hệ dẫn động theo yêu cầu điều khiển robot (quĩ đạo, vị trí, ...), xem robot nhƣ là đối tƣợng chấp hành, sau đó mơ phỏng hệ thống (gồm robot + hệ dẫn động) và tiến hành hiệu chỉnh các bộ điều khiển để đạt đƣợc yêu cầu đặt ra. Đây cũng chính là nhiệm vụ trong tâm của đề tài nghiên cứu này.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 35
CHƢƠNG 2:
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG HỌC NGƢỢC ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT 2 KHÂU
2.1 Khái quát
Để tổng hợp bộ điều chỉnh vị trí, chúng ta tiến hành tổng hợp điều khiển vị trí động cơ theo ba vịng kín sau:
- Vòng trong cùng điều chỉnh dòng điện, - Vòng thứ hai điều chỉnh tốc độ động cơ, - Vịng ngồi cùng điều chỉnh vị trí.
Khi tổng hợp các vòng điều chỉnh để xác định các thông số của bộ điều chỉnh, chúng ta có thể sử dụng các phƣơng pháp thiết kế nhƣ: phƣơng pháp tối ƣu Modul, phƣơng pháp tối ƣu đối xứng, phƣơng pháp Zieger-Nichols, ...
Nhằm thực hiện hoàn thành nhiệm vụ của đề tài đã đặt ra, tác giả thực hiện trình tự các bƣớc sau:
- Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng điện, mạch vòng điều chỉnh tốc độ, mạch vịng điều chỉnh vị trí bằng các bộ điều chỉnh PID theo phƣơng pháp tối ƣu đối xứng và tối ƣu Modun.
- Tổng hợp mạch vịng điều chỉnh vị trí cho hai trƣờng hợp: bộ điều khiển mờ.
- So sánh kết quả để đánh giá và kết luận.
Tất cả các quá trình tổng hợp ban đầu đều đƣợc thực hiện cho hai động cơ điện một chiều sử dụng cho hai trục khớp của robot. Dể đơn giản hố việc tính tốn, chúng ta giả sử tỉ số truyền r = 1, hay nói cách khác, xem trục động cơ chính là trục khớp của cánh tay (động cơ có thể đƣợc xem là gắn trực tiếp tại khớp quay của robot).
Một điều cần chú ý nữa là, trong các vịng điều chỉnh đều có phản hồi. Để có đƣợc tín hiệu phản hồi, chúng ta sử dụng các bộ cảm biến dịng (cho phản hồi
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 36
dòng), máy phát tốc (cho phản hồi tốc độ) và cảm biến vị trí có thể dùng encoder, ... Tất cả các bộ cảm biến để có tín hiệu phản hồi đều đƣợc đặc trƣng bởi hàm truyền quán tính bậc nhất với các hằng số thời gian trễ cho trƣớc.
Ngồi ra, khi tổng hợp vịng điều khiển tốc độ và vị trí cho động cơ điện một chiều, tín hiệu phản hồi đƣợc lấy từ đầu ra vận tốc và vị trí của động cơ, nhƣng khi đƣa mơ hình robot 2 khâu vào hệ thống, các tín hiệu này đƣợc lấy từ tốc độ và vị trí góc quay của cánh tay robot.
2.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh vị trí PID cho động cơ điện một chiều.
2.2.1 Các thông số ban đầu.
2.2.1.1 Động cơ điện một chiều. 2.2.1.1.1 Động cơ điện một chiều 2.2.1.1.1 Động cơ điện một chiều
Động cơ điện một chiều đã và đang đƣợc sử dụng rất phổ biến trong các hệ thống truyền động điện vì có nhiều ƣu điểm. Ngoài ra, đây là loại động cơ đa dụng và linh hoạt, có thể đáp ứng yêu cầu mơmen, tốc độ và vị trí. Sơ đồ mạch điện thay thế nhƣ (Hình 2.1) .