Sử dụng bộ điều khiển trượt mờ để bù các thành phần nhiễu và sự bất định

và sự bất định của các thông số

5.3.1 Cơ sở của phương pháp

Khi áp dụng bộ điều khiển trượt, ta cần xác định giới hạn của nhiễu và sự bất định thơng số. Cơng việc này địi hỏi phải tính tốn nhiều, đơi khi là khá phức tạp. Ngoài ra, việc giữ cố định thành phần trước hàm sign( )s với giá trị dự phịng lớn đơi khi là không tốt khi nhiễu và sự bất định thông số nhỏ. Để khắc phục hạn chế vừa đề cập, phần này trình bày việc áp dụng luật điều khiển mờ để xử lý thông tin được bổ sung thêm vào f có vai trị như bù nhiễu.

Để thực hiện được, ta định nghĩa các biến ngôn ngữ của s s, (là đầu vào của khâu mờ hóa) là NB(Negative Big), NM(Negative Medium), NS(Negative Small),

ZE(Zero), PS (Positive Small), PM(Positive Medium), PB(Position Big) và các

biến ngôn ngữ của đầu ra cũng tương tự như vậy. Hàm thuộc của các biến ngôn ngữ này được thể hiện như trên Hình 5.9 và Hình 5.10. Trong đó:

Với biến s: NB 7.5, NM  5, NS 2.5,ZE0,PS2.5,PM 5,PB7.5 Với biến s: NB 3300, NM  2200, NS 1100,ZE0,PS1100,PM 2200,

3300

PB .

Với biến v:NB 1, NM  0.65, NS 0.33,ZE0,PS0.33,PM 0.65,PB1.

(a) Miền giá trị của tập mờ liên

y B’(y) 0 B1 B2 y’ S

(b) Miền giá trị của tập mờ không liên

B’(y)

0

B1 B2 B3

97

Hình 5.9: Hàm thuộc biến ngơn ngữ s s, Hình 5.10: Hàm thuộc biến ngôn ngữ v

Luật suy luận mờ được thiết kế theo dạng như sau:

Luật l: Nếu s có giá trị E1l và s có giá trị E2l thì v có giá trị là Gl.

trong đó l1, 2,...,L là số thứ tự các luật mờ, E E G1l, 2l, l lần lượt là các giá trị các biến ngôn ngữ của các biến đầu vào và đầu ra.

Bảng 5.1: Bảng suy diễn mờ cho hệ số v

s sdot NB NM NS ZE PS PM PB NB PB PB PM PM PS ZE ZE NM PB PB PM PS PS ZE NS NS PM PM PM PS ZE NS NS ZE PM PM PS ZE NS NM NM PS PS PS ZE NS NS NM NM PM PS ZE NS NM NM NM NM PB ZE ZE NM NM NM NB NB

Nhằm duy trì chất lượng điều khiển trước những bất định của tham số trên robot, ta có thể đưa thêm thành phần sai lệch của lực điều khiển gây ra bởi sai lệch giữa giá trị ước tính và giá trị thực của các tham số động lực học vào luật điều khiển. Khi đó, luật điều khiển có dạng như sau:

tqi teqtsmctf, tf K v s,sf ( ) (5.4)

trong đó thành phần tf được đưa vào có nhiệm vụ bù phần sai lệch do nhiễu và sự bất định thông số ( , , , )

i

r r q i i i i

d q q q q . Thành phần này sẽ được xác định nhờ suy luận logic mờ phụ thuộc vào mặt trượt s và đạo hàm của nó s. Trong biểu thức (5.4)

f

K là ma trận đường chéo chứa các hệ số khuếch đại chọn trước, còn v s s( , ) nhận giá trị thuộc đoạn [-1, 1] là kết quả sau giải mờ biến ngơn ngữ.

98

Hình 5.11: Sơ đồ khối vòng điều khiển trượt mờ, bù nhiễu và bất định tham số

Với sự chỉnh định này sơ đồ điều khiển robot sử dụng bộ điều khiển trượt mờ bù nhiễu được thể hiện như trên Hình 5.11.

5.3.2 Nội dung mô phỏng

Thực hiện mô phỏng số với đối tượng là robot song song phẳng được xác định trong mục 1.5. Mơ hình có bao gồm cả thành phần mô tả ảnh hưởng của động cơ dẫn động. Các tham số động lực học sử dụng trong bộ điều khiển được lấy bằng 50-80% giá trị chính xác, tức là độ bất định tham số là 20-50%. Trong mơ phỏng số các phương trình vi phân đại số được giải với kỹ thuật ổn định hóa liên kết theo Baumgarte [101].

5.3.3 Kết quả mô phỏng

Các kết quả mô phỏng được đưa ra trên các sau:

Hình 5.12: Tọa độ bàn máy động theo trục x

Hình 5.13: Tọa độ bàn máy động theo trục y

Hình 5.14: Góc nghiêng bàn máy động Hình 5.15: Quỹ đạo chuyển động bàn máy

động 0 2 4 6 8 10 Time [s] 0.5 0.6 0.7 desired SMC FSMC 0 2 4 6 8 10 Time [s] 0.3 0.4 0.5 desired SMC FSMC 0 2 4 6 8 10 Time [s] 0 0.05 0.1 0.15 desired SMC FSMC y [m ] Robot song song Tính Tính Lập trình quỹ đạo Mờ hóa Giải mờ Suy diễn mờ/ luật hợp thành Kfv

99

Hình 5.16: Tọa độ bàn máy động theo phương x: trường hợp 1 – 80% giá trị

chính xác

Hình 5.17: Tọa độ bàn máy động theo phương y: trường hợp 1 – 80% giá trị

chính xác

Hình 5.18: Tọa độ bàn máy động theo phương x: trường hợp 2 – 50% giá trị

chính xác

Hình 5.19: Tọa độ bàn máy động theo phương y: trường hợp 2 – 50% giá trị

chính xác

Các kết quả mô phỏng cho thấy bàn máy động khi được điều khiển bằng bộ điều khiển trượt mờ mờ bám theo quỹ đạo đặt sau thời gian khoảng 0.25s. Sai số giữa giá trị đặt và giá trị thực tế giảm nhanh về 0 và khơng có sự quá điều chỉnh. Kết quả mơ phỏng cịn cho thấy sự hiệu quả của phương án đề xuất sử dụng bộ điều khiển trượt mờ hơn so với bộ điều khiển trượt thơng thường. Mặc dù có các tham số động lực học được lấy để thiết kế bộ điều khiển chỉ bằng 50% đến 80% giá trị chính xác. Điều này cũng cho thấy rằng trong trường hợp, chúng ta có thể thiết kế bộ điều khiển trượt đủ tốt hoặc sử dụng bộ điều khiển trượt mờ thì hồn tồn có thể khơng cần quan tâm sai số của các tham số động lực học quá nhiều, những tham số được xác định từ bài toán nhận dạng.