Đang tải... (xem toàn văn)
Luận văn Điều khiển robot hai bánh tự cân bằng sử dụng điều khiển trượt Bài báo này giới thiệu một bộ điều khiển trượt mới, sử dụng hàm chuyển mạch là hàm tích phân-bão...
HUTECH B GIÁO DC VÀ ÀO TO TRNG I HC K THUT CÔNG NGH TP.HCM HOÀNG NGUYÊN PHC IU KHIN ROBOT HAI BÁNH T CÂN BNG S DNG K THUT IU KHIN TRT LUN VN THC S CHUYÊN NGÀNH: THIT B, MNG VÀ NHÀ MÁY IN MÃ S : 60.52.50 Tp. H Chí Minh, tháng 06 nm 2012 HUTECH B GIÁO DC VÀ ÀO TO TRNG I HC K THUT CÔNG NGH TP.HCM HOÀNG NGUYÊN PHC IU KHIN ROBOT HAI BÁNH T CÂN BNG S DNG K THUT IU KHIN TRT LUN VN THC S CHUYÊN NGÀNH: THIT B, MNG VÀ NHÀ MÁY IN MÃ S : 60.52.50 HNG DN KHOA HC: PGS. TSKH. H C LC TS. NGUYN THANH PHNG Tp. H Chí Minh, tháng 06 nm 2012 HUTECH CÔNG TRÌNH C HOÀN THÀNH TI TRNG I HC K THUT CÔNG NGH TP. HCM Hng dn khoa hc : PGS. TSKH. H C LC TS. NGUYN THANH PHNG Cán b chm nhn xét 1: PGS. TS. BÙI XUÂN LÂM Cán b chm nhn xét 2: TS. NG VN HNG Lun vn Thc s đc bo v ti Trng i hc K thut Công ngh thành ph H Chí Minh ngày 14 tháng 07 nm 2012. Thành phn Hi đng đánh giá lun vn Thc s gm: 1. TS. NGUYN HÙNG Ch tch Hi đng 2. PGS.TS. BÙI XUÂN LÂM Phn bin 1 3. TS. NG VN HNG Phn bin 2 4. TS. TRNG VIT ANH y viên 5. TS. H VN HIN Th ký Xác nhn ca Ch tch Hi đng đánh giá lun vn và Khoa qun lý chuyên ngành sau khi lun vn đã đc sa cha (nu có). Ch tch Hi đng đánh giá Lun vn Qun lý chuyên ngành TS. NGUYN HÙNG TS. NGUYN THANH PHNG HUTECH TRNG H K THUT CÔNG NGH TP. HCM PHÒNG QLKH – TSH CNG HÒA XÃ HI CH NGHA VIT NAM c lp - T do - Hnh phúc Tp. H Chí Minh, ngày 15 tháng 09 nm 2011 NHIM V LUN VN THC S H tên hc viên: HOÀNG NGUYÊN PHC Gii tính: Nam. Ngày, tháng, nm sinh: 12/04/1970 Ni sinh: Gia đnh. Chuyên ngành: Thit b, mng và nhà máy đin MSHV:1081031020. I. TÊN TÀI. iu khin robot hai bánh t cân bng s dng k thut điu khin trt. II. NHIM V VÀ NI DUNG. 1. Nhim v ca đ tài: - Nghiên cu phng pháp điu khin trt. - Xác đnh mô hình toán hc ca h thng robot hai bánh t cân bng. - Thit k b điu khin s dng phng pháp trt. - Mô phng b điu khin s dng Matlab đi vi h thng robot hai bánh t cân bng. - Nhn xét kt qu đt đc và so sánh vi các kt qu đã đc nghiên cu trong và ngoài nc. 2. Ni dung ca đ tài: Ni dung lun vn gm 3 phn: Phn 1: Nghiên cu phng pháp điu khin trt, h thng robot hai bánh t cân bng, t đó nhn dng các vn đ cn gii quyt đ phc v cho vic thit k b điu khin. HUTECH Phn 2: Xác đnh mô hình toán hc ca h thng robot hai bánh t cân bng, xây dng mô hình con lc ngc trên xe hai bánh bng phn mm mô phng Matlab. Phn 3: Thit k b điu khin trt điu khin n đnh ti đim cân bng cho h thng robot hai bánh t cân bng và mô phng h thng trên Matlab. Phân tích và nhn xét kt qu mô phng. III. NGÀY GIAO NHIM V: ngày 15 tháng 09 nm 2011. IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIM V: ngày 15 tháng 06 nm 2012. V. HNG DN KHOA HC: PGS. TSKH. H c Lc. TS. Nguyn Thanh Phng. Hng dn khoa hc Qun lý chuyên ngành PGS. TSKH. H C LC TS. NGUYN THANH PHNG HUTECH LI CAM OAN Tôi xin cam đoan rng lun vn vi ni dung: “iu khin robot hai bánh t cân bng s dng k thut điu khin trt” là công trình nghiên cu ca riêng tôi, di s hng dn ca PGS.TSKH. H c Lc và TS. Nguyn Thanh Phng. Các s liu, kt qu mô phng nêu trong lun vn là trung thc, có ngun trích dn và cha đc công b trong các công trình nghiên cu khác. Tp. H Chí Minh, ngày 15 tháng 06 nm 2012 Thc hin HOÀNG NGUYÊN PHC HUTECH LI CM N May mn thay, khi tôi đc bc chân đn i hc K Thut Công Ngh thành ph H Chí Minh, ni tôi đã đc dìu dt đn bn b tri thc bi nhng ngi Thy, Cô, Anh, Ch vi tm lòng hy sinh, tn ty và bao dung. Xin cm n trng i hc K thut Công ngh thành ph H Chí Minh, cùng quý Thy, Cô đã tn tình truyn đt kin thc và to mi điu kin tt nht cho lp chúng tôi và cá nhân tôi trong sut hc trình Cao hc. Vi lòng tri ân sâu sc, tôi mun nói li cm n đn PGS.TSKH. H c Lc và TS. Nguyn Thanh Phng_ nhng ngi Thy đã nhit tình hng dn và ch bo cho tôi trong sut thi gian thc hin nghiên cu này. Cám n tt c các bn trong khóa hc, nhng ngi cùng chung chí hng trong con đng tri thc đ tt c chúng ta có đc kt qu ngày hôm nay. Cm n gia đình và nhng ngi thân đã đng viên, h tr tôi trong sut thi gian thc hin nghiên cu này. Xin trân trng và chân thành gi li tt c ni đây lòng tri ân sâu sc nht. Tp. H Chí Minh, ngày 15 tháng 06 nm 2012 Thc hin HOÀNG NGUYÊN PHC HUTECH TÓM TT Vn đ điu khin con lc ngc di đng đã đc nghiên cu mnh t nhng yêu cu đt ra là thc hin nhanh và chính xác. Cu trúc c khí đây đc chia làm ba phn chính, mt là con lc vi mt bc t do đc đt trên đ quay quanh trc thng đng hoc chuyn đng trt tuyn tính. đt đc tính chính xác cao, h thng điu khin con lc ngc di đng đc thit k thông qua k thut điu khin trt. K thut này là phng pháp điu khin bn vng, nó to ra ngõ vào đ mang li qu đo mong mun cho h thng. Trình t thit k ca nó là đu tiên chn ra mt trt tha đáp ng vòng kín trong không gian trng thái và sau đó thit k b điu khin sao cho qu đo h thng trng thái theo mt trt và trên nó. Lun vn trình bày ba vn đ. Th nht, mô hình toán hc tuyn tính, làm tin đ phát trin h thng điu khin. Th hai, k thut điu khin trt đc phát trin đ n đnh và bám theo h thng. Sau cùng, mô phng và da vào kt qu đ kim chng gii thut đã điu khin. HUTECH ABSTRACT Inverted pendulum control problems have been intensively studied due to the challenging demand of fast and precise performance, where the mechanical structure can be divided into three main types: One is a pendulum with one degree of freedom (DOF) mounted on a base rotating around the vertical axis or actuated by a linear slide. For achieving high-precision performance the control system for the mobile inverted pendulum is designed via sliding mode control (SMC) in this thesis. SMC is a robust control method which generates an input to yield a desired trajectory for a given system. Its design procedure is to first select a sliding surface that satisfies the desired closed-loop performance in the state space, and then to design a controller such that the system state trajectories are forced toward the sliding surface and stay on it. This thesis considers the control system design for a mobile inverted pendulum via sliding mode technique. Firstly, a linear mathematical model was used in order to facilitate the development of an efficient control system. Secondly, sliding mode controllers were developed for stabilizing and tracking this system. Lastly, the simulations were given to validate of the proposed controllers. HUTECH i MC LC DANH MC CÁC T VIT TT iii DANH MC CÁC BNG iv DANH MC CÁC HÌNH NH v M U 1 Chng 1: TNG QUAN 2 1.1 Th nào là xe hai bánh t cân bng 2 1.2 Ti sao phi thit k robot hai bánh t cân bng 4 1.3 u, khuyt đim 6 1.3.1 u đim 6 1.3.2 Khuyt đim 6 1.4 Kh nng ng dng 6 1.5 Tình hình nghiên cu trong và ngoài nc 6 1.5.1 Mt s dng xe hai bánh t cân bng dùng trên robot 6 1.5.2 Tình hình nghiên cu trong và ngoài nc 10 1.6 Nhu cu thc t 11 1.7 Mc đích ca đ tài 11 1.8 Nhim v và gii hn ca đ tài 12 1.8.1 Nhim v ca đ tài 12 1.8.2 Gii hn ca đ tài 12 1.9 Phng pháp nghiên cu 12 [...]... hi hai bánh t hai bánh t thi ho robot 12 1.9 Nhi 1.9.1 Nhi - Nghiên c - Mô ph Matlab bánh t - Nh 1.9.2 Gi i ch 1.10 , ki H U TE ph C H c - Nghiên c - Ti cân b tài li - Tìm hi nh - bánh t - Tìm hi hai bánh b - Thi h nh ên Matlab Phân tích và 13 2.2 T V th ph phi tuy thi tính tr Trong vi ín c C H thái vòng l c t ch v k y H U TE th nhau và có thành công v nhà nghiên c k l C gi ho tính phi tuy tuy robot. .. Phân b (a) Robot di chuy (b) Robot khi lên d (c) Robot khi xu Vi tr k lái thì xe /robot s (c) 5 bánh chính s Nhi th (m Khi di chuy kh gã, và ch Khi di chuy và có th làm robot b o b trong giao thông không g gàng, không linh ho không h H U TE chuy hay 20o Vi C H húng di chuy (a) Hình 1.6: Phân b (a) Robot khi lên d (b) hai bánh xe khi di chuy (b) Robot khi xu Khi nó lên d bánh d gi ra s Chính vì v r 6... Hi ay có hai ki M (hình 1.1) Vi ng ch H U TE chuy C H di chuy Hình 1.1: Murata Robot Hai là, lo c và tr trong lòng bàn tay (hình 1.2) 3 Hình 1.2: nBot Trên th C H V tìm cách xác robot so v H U TE không (a) Hình 1.3: Mô t (a) tr N nó m kéo tr thì t khác nhau, nên xe scooter hai bánh t (b) gi 4 Hình 1.4: Mô t 1.3 T Nh và m xe ph C H bánh xe, v lo H U TE hai bánh lái (a) (b) Hình 1.5: Phân b (a) Robot di... ho òng… Có th 1.6 Tình hình nghiên c T ýt c 1.6.1 M g dùng trên robot nBot nBot do David P.Ander nghiên c 7 mà ph C H tr Hình 1.7: nBot H U TE Balance bot I Balance-bot I (do Sanghyuk, Hàn Qu b ho b h ki Hình 1.8: Balance Bot I là m 8 Balancing robot (bBot) ã th Robot này có th C H b tài robot hai bánh t Hình 1.9: Balancing robot H U TE Robot JOE 1.10: JOE B (SHARC floating point), FPGA XILINC, 12 b... Equibot ch Lo 1.12: Rolling Robot c a Toyota 10 M l làm tr công nghi 1.6.2 Tình hình nghiên c Khái ni nghiên c v lãnh v còn h ,t ã th Mô hình d M s H U TE v Ki l ki h hi C H di chuy xu khi theo ki Nh khi ph Ackermann[18] B Toàn b h s bám theo tr 11 1.7 Nhu c Hi ngày càng ô nhi dàng xoay chuy , không s thi n sát… trong cu t h V C H m các robot hai chân (biped – robot, humanoid – robot) ngh ch gi H U TE... cho mô ph ng 49 v DANH M CÁC HÌNH 1.1: Murata Robot 2 1.2: nBot 3 1.3: Mô t 3 1.4: Mô t 4 4 5 1.5: Phân b hai bánh xe khi di chuy C H 1.6: Phân b 1.7: nBot 7 1.8: Balance Bot I 7 H U TE 1.9: Balancing robot .8 1.10: JOE ... 7 1.8: Balance Bot I 7 H U TE 1.9: Balancing robot .8 1.10: JOE .8 1.11: Equibot 9 1.12: Rolling Robot c a Toyota 9 2.1: Tính toán gi 2.2: Tính toán biên c ~ 18 x ~ (i ) 19 x 20 20 21 . t mt hoc hai bánh ph đ đ. Hin nay có hai kiu gi cân bng đi vi robot ch có hai bánh xe. Mt là, loi có hai bánh xe có trc bánh xe song. sao phi thit k robot hai bánh t cân bng Nhng robot di đng xây dng hu ht là nhng robot di chuyn bng ba bánh xe, vi hai bánh lái đc lp