ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - HÀ XUÂN VINH NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÁNH TAY ROBOT TRONG MẶT PHẲNG THEO QUỸ ĐẠO ĐƯỢC NHẬN DẠNG TRƯỚC Chuyên ngành : Tự Động Hóa Mã số: TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT THÁI NGUYÊN - 2010 Cơng trình hồn thành ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN NHƯ HIỂN Phản biện 1: TS Nguyễn Văn Vỵ Phản biện 2: TS Trần Xuân Minh Luận văn bảo vệ Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ ngành Tự động hóa Đại học Thái Nguyên vào ngày tháng 08 năm 2010 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm thông tin Học liệu – Đại học Kỹ Thuật Công Nghiệp Thái Nguyên - Trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên MỞ ĐẦU Theo trình phát triển xã hội, nhu cầu nâng cao sản xuất chất lượng sản phẩm ngày đòi hỏi ứng dụng rộng rãi phương tiện tự động hóa sản xuất Xu hướng tạo dây chuyền thiết bị tự động có tính linh hoạt cao hình thành phát triển mạnh mẽ Vì ngày tăng nhanh nhu cầu ứng dụng người máy để tạo hệ sản xuất tự động linh hoạt Robot đóng vai trị quan trọng tự động hố linh hoạt cơng tác vận chuyển bổ trợ cho máy CNC, dây chuyền lắp ráp, sơn hàn tự động, thao tác lặp lặp lại, vùng nguy hiểm Ưu điểm quan trọng kỹ thuật robot tạo nên khả linh hoạt hóa sản xuất Để hệ điều khiển Robot (ĐKRB) có độ tin cậy, độ xác cao, giá thành hạ tiết kiệm lượng nhiệm vụ hệ ĐKRB phải đảm bảo giá trị yêu cầu đại lượng điều chỉnh điều khiển Khi thiết kế hệ ĐKRB mà sử dụng hệ điều chỉnh tự động truyền động, cần phải đảm bảo hệ thực tất yêu cầu công nghệ, tiêu chất lượng yêu cầu kinh tế Đối với hệ ĐKRB, việc lựa chọn sử dụng biến đổi, loại động điện, thiết bị đo lường, cảm biến, điều khiển đặc biệt phương pháp điều khiển có ảnh hưởng lớn đến chất lượng điều khiển bám xác quỹ đạo hệ Đặc điểm hệ thống ĐKRB thực điều khiển bám theo quỹ đạo phức tạp đặt trước không gian, nhiên dịch chuyển trọng tâm chuyển động thành phần mơmen qn tính hệ thay đổi, điều dẫn đến thơng số động học hệ thay đổi theo quỹ đạo chuyển động đồng thời xuất lực tác động qua lại, xuyên chéo chuyển động thành phần hệ với Các yếu tố tác động làm cho hệ ĐKRB mang tính phi tuyến, gây cản trở lớn cho việc mô tả nhận dạng xác hệ thống ĐKRB Căn vào nhận xét, đánh giá trên, chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng Điều khiển mờ cho hệ điều khiển chuyển động cánh tay Robot mặt phẳng theo quỹ đạo nhận dạng trước ” để làm đề tài nghiên cứu Nội dung luận văn chia thành chương: Chương 1: Tổng quan Robot Điều khiển mờ Chương 2: Thiết kế điều khiển mờ chỉnh định tham số PID để điều khiển chuyển động cánh tay Robot mặt phẳng theo quỹ đạo nhận dạng trước Chương 3: Mô đánh giá chất lượng hệ thống Các kết luận kiến nghị Tơi xin trân trọng bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy PGS TS Nguyễn Như Hiển – người hướng dẫn tận tình giúp đỡ tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Tơi xin chân thành cám ơn thầy cô Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp đóng góp nhiều ý kiến tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp tạo điều kiện thuận lợi mặt để tơi hồn thành khóa học Tơi xin chân thành cám ơn! Thái Nguyên, ngày 30 tháng 07 năm 2010 Người thực Hà Xuân Vinh CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ĐIỀU KHIỂN MỞ 1.1 Tổng quan Robot 1.1.1 Lịch sử phát triển Đầu thập kỷ 60 kỷ XX, công ty AMF Mỹ quảng cáo loại máy tự động vạn gọi “Người máy công nghiệp” Ngày nay, thiết bị điều khiển tự động thực chức thay người để tiến hành thao tác sản xuất nhiệm vụ khác gọi robot Cùng với phát triển không ngừng lý thuyết điều khiển, nhu cầu sử dụng robot công nghiệp, người ta nghiên cứu ứng dụng thực tế phương pháp điều khiển robot cánh tay robot, ví dụ như: - Các phương pháp điều khiển kinh điển, sử dụng điều khiển PID nhằm đảm bảo cho điểm tác động cuối (end-effector) tay máy dịch chuyển bám theo quỹ đạo định trước; - Các phương pháp điều khiển đại: điều khiển tối ưu, điều khiển thích nghi, điều khiển bền vững (điều khiển mờ, điều khiển trượt, …) 1.1.2 Hệ truyền động Robot 1.1.2.1 Truyền động điện 1.1.2.2 Truyền động khí nén thuỷ lực 1.1.3 Vần đề điều khiển cánh tay Robot 1.1.3.1 Khái quát Cấu trúc robot thường bao gồm thành phần như: - Cánh tay robot, Hệ thống, Dụng cụ gắn khâu chấp hành cuối, Các cảm biến, Các điều khiển, Các phần mềm lập trình, Cánh tay robot thành phần quan trọng, định khả làm việc robot Mơ hình cấu trúc chung cánh tay robot gồm n khâu Hình 1.1 z0 z3 z2 zn q3 khớp z1 khớp khâu qn khâu q2 khâu n q1 y0 x0 Hình 1.1: Sơ đồ minh hoạ cánh tay robot n khâu 1.1.3.2 Vấn đề điều khiển cánh tay Robot Trong phạm vi đề tài này, tác giả tập trung vào việc nghiên cứu điều khiển cánh tay robot với giới hạn sau: - Điều khiển cánh tay robot hai khâu quay (Hình 1.2) hai bậc tự (2DOF) với thơng số cho Bảng 1.2 - Hệ dẫn động gồm hai động điện chiều kích từ độc lập dùng để tạo mô men quay cho hai khớp robot - Phương thức dịch chuyển theo quỹ đạo y y y2 J2 l1 lg1 θ z J1 m1 m2 θ2 lg2 l2 Hình 1.2: Sơ đồ cánh x robotx2DOF x2 tay Bảng 1.2: Thông số vật lý cánh tay robot 2DOF Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị tính Chiều dài khâu l1 0,26 m Chiều dài khâu l2 0,26 m lg1 0,0983 m lg2 0,0229 m Khối lượng khâu m1 6,5225 kg Khối lượng khâu m2 2,0458 kg I1 0,1213 kg.m2 I1 0,1213 kg.m2 g 9,81 m/s2 Khoảng cách đến trọng tâm khâu Khoảng cách đến trọng tâm khâu Mơ men qn tính khâu thứ Mơ men qn tính khâu thứ Gia tốc trọng trường 1.1.3.3 Động học cánh tay Robot 2DOF a Động học thuận b Động học ngược c Động lực học cánh tay robot 2DOF 1.2 Giới thiệu lý thuyết điều khiển logic mờ 1.2.1 Lịch sử phát triển Logic mờ 1.2.2 Bộ điều khiển mờ lý tưởng 1.2.3 Điều khiển mờ Sơ đồ khối điều khiển gồm có khối: khối mờ hóa (fuzzifiers), khối hợp thành, khối luật mờ khối giải mờ (defuzzifiers) hình Đầu vào X Khối hợp thành Khối mờ hóa Giải mờ (Defuzzifiers) Đầu Y Khối luật mờ Hình 1.3: Sơ đồ khối chức điều khiển mờ 1.2.3.1 Khối mờ hóa 1.2.3.2 Khối hợp thành 1.2.3.3 Khối luật mờ 1.2.3.4 Khối giải mờ 1.2.4 Tính ổn định hệ điều khiển mờ 1.2.5 Tối ưu 1.2.6 Kết luận điều khiển mờ CHƯƠNG THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH BỘ THAM SỐ PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT TRONG MẶT PHẲNG THEO QUỸ ĐẠO ĐƯỢC NHẬN DẠNG TRƯỚC 2.1 Khái quát Để tổng hợp điều chỉnh vị trí, tiến hành tổng hợp điều khiển vị trí động theo ba vịng kín sau: - Vòng điều chỉnh dòng điện, - Vòng thứ hai điều chỉnh tốc độ động cơ, - Vòng ngồi điều chỉnh vị trí Một điều cần ý là, vịng điều chỉnh có phản hồi Để có tín hiệu phản hồi, sử dụng cảm biến dòng (cho phản hồi dòng), máy phát tốc (cho phản hồi tốc độ) cảm biến vị trí dùng encoder, Tất cảm biến để có tín hiệu phản hồi đặc trưng hàm truyền quán tính bậc với số thời gian trễ cho trước 2.2 Tổng hợp điều chỉnh vị trí PID cho động điện chiều 2.2.1 Các thông số ban đầu 2.2.1.1 Động điện chiều a Động điện chiều Bảng 2.1: Các thông số động điện chiều Thông số Ký hiệu(1) Giá trị Đơn vị tính Cơng suất danh định Pđm 220 Tốc độ định mức nđm 3000 Điện áp định mức Uđm 100 V Dòng điện định mức Iđm 6,0 A Mơ men qn tính J1 9,2x10-4 Hằng số sức phản điện động Kb 0,247 Hằng số từ thông động Ka 0,284 Điện trở phần ứng Ru 1,8 Ω Điện cảm phần ứng Lu 0,0049 H Hệ số ma sát Fm 0,055 Khả mang tải M 134 10 W v /ph k g.m2 V s/rad N m/A N m N R ω (p) = + 4Tsω p K = Kω P + ω I R.K ω p 8Tsω p K1.C u Tc (2-25) Vậy Rω khâu tỷ lệ - tích phân (PI) 2.2.4 Tổng hợp mạch vịng điều chỉnh vị trí ( Rϕ ) Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh vị trí cịn lại hình 2.8: Khi dùng chuẩn tối ưu modul ϕđ(p) Rϕ Khi dùng chuẩn tối ưu đối xứng (-) Kr p K vt + pTvt Hình Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ dùng chuẩn tối ưu đối xứng ta có hàm truyền đối tượng: K vt Kω S0ϕ (p) = (1 + 4Tsω p ) p (1 + pTvt ) Kr Chọn: τσ = Tvt ta có: 15 (2-33) R ϕ (p) = Rϕ Kω (1 + 4Tsω p) K r K vt 2Tvt (2-34) = KϕP + KϕD p Với: Kϕ P = Kω K r K vt 2Tvt & Kϕ D = Kω 2.Tsω K r K vt Tvt (2-35) Rϕ khâu tỷ lệ - đạo hàm (PD) 2.2.5 Tính phi tuyến điều khiển vị trí 2.3 Xây dựng điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID để điều chỉnh vị trí cho cánh tay Robot 2DOF 2.3.1 Đặt vấn đề 2.3.2 Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 2.3.3 Tổng hợp mơ hình điều khiển mờ chỉnh định tham số PD Hình 2.14: Sơ đồ điều khiển mờ − Bộ điều khiển mờ cần input output − Hai input sai lệch vị trí góc (et) đạo hàm sai lệch vị trí góc (det) khớp − Hai output tín hiệu điều khiển Hesokp Hesokd (đã chuẩn hóa) cho PD 2.3.3.1 Biến ngơn ngữ miền giá trị Miền giá trị biến đầu vào (sai lệch ) chọn là: 16 et1 = {-3,14 3,14}; (đơn vị tính: rad) et2 = {-3,14 3,14}; (đơn vị tính: rad) Ta chọn tập giá trị ngôn ngữ sau: et = {âm nhiều, âm vừa, âm , khơng, dương ít, dương vừa, dương nhiều} Với ký hiệu: NB = âm nhiều, NM = âm vừa, NS = âm ít, ZE = không, PS = dương , PM =dương vừa, PB = dương nhiều, ta viết lại tập giá trị ngôn ngữ biến sai lệch vị trị et cho hai khớp sau: et1 = { NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} et2 = { NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} Miền giá trị biến đầu vào đạo hàm sai lệch det chọn là: det1 = et1 = {-3.14, 3.14} (đơn vị tính: rad/s) det2 = et2 = {-3.14, 3.14} (đơn vị tính: rad/s) det1 = { NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} det2 = { NB, NM, NS, ZE, PS, PM, PB} Miền giá trị biến đầu Hesokp Hesokd chuẩn hóa là: Hesokp = Hesokd = {0, 1} Ta chọn tập giá trị ngôn ngữ sau: {nhỏ , nhỏ vừa, vừa , lớn} Với ký hiệu: S = nhỏ, MS = nhỏ vừa, M = vừa, B = lớn, ta viết lại tập giá trị ngôn ngữ biến sai lệch vị trị et cho hai khớp sau: Hesokp = { S, MS, M, B } Hesokd = { S, MS, M, B } 2.3.3.2 Xác định hàm liên thuộc (membership function) 17 NB NM NS ZE PS PM PB S MS M B 0.8 Degree of membership 0.8 Degree of membership 0.6 0.4 0.2 0.4 0.2 -15 0.6 -10 -5 et1 10 15 Hình 2.17: Mơ hình rời rạc hóa 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 HesoKP1 0.6 0.7 0.8 0.9 Hình 2.18: Mơ hình hàm liên thuộc hàm liên thuộc trapmf biến et, det trapmf biến Hesokp , Hesokd Rời rạc hóa hàm liên thuộc biến đầu vào et, det μNB = {-4.078 -3.245 -3.035 -2.198} μNM = {-3.035 -2.198 -1.989 -1.151} μNS = {-1.989 -1.151 -0.9414 -0.1046} μZE = {-0.9414 -0.1046 0.1046 0.9414} μPS = { 0.1046 0.9414 1.151 1.989} μPM = {1.151 1.989 2.198 3.035} μPB = {2.198 3.035 3.245 4.078} Rời rạc hóa hàm liên thuộc đầu Hesokp , Hesokd : μS = {-0.2999 -0.03332 0.03333 0.3} μMS = {0.03333 0.3 0.3666 0.6332 } μM = {0.3666 0.6332 0.6998 0.9667} μB = {0.6998 0.9667 1.033 1.301} 2.3.3.3 Xây dựng luật điều khiển Xây dựng luật điều khiển cần ý lỗ hổng Ta biểu diễn luật điều khiển dạng ma trận sau : Bảng 2.2: Luật điều khiển Hesokp 18 Hesokp det NB NS ZE PS PM PB NB B B B B B B B NM M M B B B M M NS S S MS M MS S S ZE S S S MS S S S PS S S MS M MS S S PM M M B B B M M PB et NM B B B B B B B Bảng 2.3: Luật điều khiển Hesokd det Hesokd NB NS ZE PS PM PB NB S S S S S S S NM MS MS S S S MS MS NS M MS MS S MS MS M ZE B M MS MS MS M B PS M MS MS S MS MS M PM MS MS S S S MS MS PB et NM S S S S S S S Cách biểu diễn ma trận tiện lợi bao quát Ta thấy có 49 luật Các luật điều khiển thiết lập dựa mệnh đề hợp thành với hai điều kiện hai kết luận 2.3.3.4 Luật hợp thành 2.4 Kết luận Chương 19 Việc áp dụng lô-gic mờ cho tạo điều khiển mờ, mờ lai, với tính chất tốt nhằm đáp ứng yêu cầu điều khiển tự động, ví dụ điều khiển đối tượng phức tạp Ngoài ra, điều khiển mờ cho phép lặp lại tính chất điều khiển kinh điển Việc thiết kế điều khiển mờ đa dạng, qua việc tổ chức nguyên tắc điều khiển chọn tập mờ cho biến ngôn ngữ cho phép người ta thiết kế điều khiển mờ khác Khối lượng công việc cần thực thiết kế điều khiển mờ khơng phụ thuộc vào đặc tính đối tượng Điều có nghĩa q trình xử lý điều khiển mờ với nguyên tắc điều khiển cho đối tượng có đặc tính động học khác hồn tồn CHƯƠNG MƠ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 3.1 Mô hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng điều chỉnh PID 3.1.1 Mơ hình simulink hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng điều chỉnh PID 20 Hình 3.1: Mơ hình hệ thống sử dụng điều khiển PID 3.1.2 Kết mơ điều khiển vị trí cánh tay Robot dùng hiệu chỉnh PID(với trường hợp khối lượng tải Mt=0; moment quán tính tải Jt=0) * Kết quỹ đạo di chuyển Robot theo quỹ đạo đặt Quy dao SAI LECH QUY DAO 0.2 0.03 0.025 0.15 Sai lech Toa Y 0.02 0.1 0.015 0.05 0.01 0.005 Quy dao dat Quy dao thuc Robot -0.05 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 10 12 14 16 18 20 T hoi gian t Toa X Hình 3.9: Đồ thị quỹ đạo đặt quỹ đạo Hình 3.10: Đồ thị sai lệch quỹ thực Robot dùng PID đạo dùng PID Dựa vào đồ thị quỹ đạo đặt quỹ đạo thực di chuyển cánh tay Robot, đồ thị sai lệch quỹ đạo, ta nhận thấy rằng: + Trong khoảng thời gian từ giây đến 10 giây: Đây khoảng thời gian cánh tay Robot di chuyển đến vị trí đầu quỹ đạo Do Robot đáp ứng chậm 21 momen sinh cánh tay lớn, nên hệ thống dao động với biên độ dao động lớn khoảng 10% giá trị lớn đặt quỹ đạo Thời gian dao động khoảng 2s Sai số xác lập khoảng 0.005, điều đáp ứng đầu hệ thống trễ so với giá trị đầu vào Điều hợp lí hệ thống ln có thời gian đáp ứng trễ + Tại t=10s đến 20s: Do có thay đổi đường quỹ đạo, điều làm thay đổi chiều quay động hai khớp, nên dẫn đến dao động tín hiệu trước xác lập Tuy nhiên, biên độ dao động tín hiệu quỹ đạo đầu nhỏ nhiều, sai số xác lập nhỏ nhiều khoảng 0,001 3.2 Mô hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng chỉnh định mờ tham số điều khiển PD 3.2.1 Mơ hình simulink hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng chỉnh định mờ tham số điều khiển PD Hình 3.23: Mơ hình hệ thống sử dụng chỉnh định tham số điều khiển PD 3.2.2 Kết mơ điều khiển vị trí cánh tay Robot dùng chỉnh định mờ tham số điều khiển PD(với trường hợp khối lượng tải Mt=0; moment quán tính tải Jt=0) 22 * Kết quỹ đạo di chuyển Robot theo quỹ đạo đặt Q yd o u a S I L C Q YD O A E H U A S i le h a c 5 T ad Y o o 0 0 0 Q y d od t u a a Q y d o th c R b t u a u oo - 0 5 0 5 5 0 5 1 T o g nt h i ia T ad X o o Hình 3.28: Đồ thị quỹ đạo đặt quỹ đạo Hình 3.29: Đồ thị sai lệch quỹ đạo dùng Robot dùng Fuzzy Fuzzy 3.3 So sánh quỹ đạo PID Chỉnh định mờ tham số điều khiển PD 3.3.1 Trường hợp Mt = a Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot D t i s i le hq yd oR b t oh a c u a o o s i le hq y d om a c u a [ ] S i le hq y d oPD a c u a I S i le hq y d oF Z Y a c u a UZ 00 2 00 1 00 0 1 T o g n[s h i ia ] Hình 3.42: Sai lệch quỹ đạo dùng PID Fuzzy b Sai lệch góc quay hai khớp cánh tay Robot 23 D th g c q a kh p o i o u y o D t i g cq a k o o h o u y h p T h ug c q a d t in ie o uy a T h ug c q a th c PD in ie o uy u I T h ug c q a th c F z y in ie o uy u uz g c q a [ra ] o u y d g cq a [ a ] o u y r d - 01 - 02 - 03 5 - 04 - 06 T h ug c q a d t in ie o u y a T h u g c q a th c P in ie o u y u ID T h u g c q a th c Fu in ie o u y u zzy - 05 1 - 0 2 10 Th i g n [s] o ia T o g n [s h i ia ] Hình 3.43: Đồ thị góc quay khớp Hình 3.44: Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy giá trị đặt, PID Fuzzy D thi sai lech goc quay khop o D thi sai lech goc quay khop o 0.0 0.0 goc sai lech [rad] goc sai lech [rad] Sa le i ch q PID Sa le i ch q F Z Y U Z Sa lech q PID i Sa lech q FU Z i ZY 0 -0.01 -0.02 -0 -0 -0.03 -0.04 0.0 2 12 -0 0 20 10 14 Thoi gian [s] Thoi gian [s] Hình 3.46: Đồ thị sai lệch góc quay Hình 3.45: Đồ thị sai lệch góc khớp PID Fuzzy quay khớp PID Fuzzy c Sai lệch tốc độ góc quay hai khớp D t i s i le h to d g c q a k o o h a c c o o u y h p D t i s i le hto d g c q a k o o h a c c o o u y h p S i le h to d q PD a c c o I S i le h to d q F Z Y a c c o UZ t c d s i le h[ a ] o o a c r d to d s i le h [ra ] c o a c d -0 -0 -0 -0 S i le h to d q PD a c c o I S i le h to d q F Z Y a c c o UZ - - - 1 - 0 2 1 T o ga [s h i i n ] T o g n [s h i ia ] Hình 3.47: Đồ thị sai lệch tốc độ góc Hình 3.48: Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp PID Fuzzy khớp PID Fuzzy 3.3.2 Trường hợp Mt = a Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot 24 D th s i le h q y d o R b t o i a c u a o o s i le h q y d o ] a c u a [m S i le h q y d o P a c u a ID S i le h q y d o F Z Y a c u a UZ 0 0 0 0 0 1 T o g n [s h i ia ] Hình 3.49: Đồ thị góc sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy Dựa vào đồ thị so sánh hai sai lệch quỹ đạo dùng PID dùng chỉnh định mờ tham số điều khiển PD, ta thấy độ sai lệch quỹ đạo hai trường hợp gần Tuy nhiên biên độ dao động thời gian độ chỉnh định mờ giảm so với điều khiển PID b Sai lệch góc quay hai khớp cánh tay Robot Do thi goc quay khop D thi goc quay khop o 0.1 T h ug in ie oc q y d ua at T h ug in ie oc q y th ua uc PID T h ug in ie oc q y th ua uc F uzzy 2.5 -0 goc quay [rad] goc quay [rad] -0 -0 1.5 -0 0.5 -0 -0 6 10 16 -0.5 Tin hieu goc quay dat Tin hieu goc quay thuc PID Tin hieu goc quay thuc Fuzzy Thoi gian [s] Hình 3.50: Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy 10 12 14 16 18 20 Hình 3.51: Đồ thị góc quay khớp giá trị đặt, PID Fuzzy Do thi sai lech goc quay khop D th s i le h g c q a k o o i a c o u y h p 0.08 S i le h q PD a c I S i le h q F Z Y a c UZ Sa lech q PID i Sa lech q FU Z i ZY 0.06 goc sai lech [rad] g c s i le h [ra ] o a c d Thoi gian [s] 0 -0 -0 0.04 0.02 -0.02 -0 -0.04 -0 -0 0 1 -0.06 2 10 12 16 18 Thoi gian [s] T o g n [s h i ia ] Hình 3.52: Đồ thị sai lệch góc quay 25 Hình 3.53: Đồ thị sai lệch góc khớp PID Fuzzy quay khớp PID Fuzzy Sai lệch góc hai khớp hai trường hợp PID, chỉnh định mờ gần Biên độ dao động trường hợp chỉnh định mờ nhỏ trường hợp PID c Sai lệch tốc độ góc quay hai khớp D th s i le h to d g c q a k o o i a c c o o u y h p S i l c t c d q PD a eh o o I S i l c t cd q F ZY a eh o o UZ 03 to d s i le h [ra ] c o a c d t cd s i l c [ a ] o o a ehr d D t i s i l c t cd g cq a k o oh a eho o o u y hp 04 02 01 - 01 - 02 - - - 03 - 04 S i le h to d q PD a c c o I S i le h to d q F Z Y a c c o UZ - 1 - 0 2 T o ga [ ] hi i ns 1 T o g n [s h i ia ] Hình 3.54: Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp Hình 3.55: Đồ thị sai lệch tốc độ góc PID Fuzzy khớp PID Fuzzy Trong hai đồ thị trên, ta thấy tốc độ sai lệch góc dùng chỉnh định mờ gần thời gian xác lập, dùng PID có sai lệch lớn tốc độ góc Điều có nghĩa tốc độ bám quỹ đạo dùng chỉnh định mờ tốt dùng PID 3.3.3 Trường hợp Mt=3 a Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot D th s i le hq y d oR b t o i a c u a o o s i le hq y d om a c u a [ ] S i le h q y d oPD a c u a I S i le h q y d oF Z Y a c u a UZ 0 0 0 0 0 1 T o g n[ ] h i ia s Hình 3.56: Đồ thị sai lệch quỹ đạo PID Fuzzy b Sai lệch góc quay hai khớp cánh tay Robot 26 D th g c q a k o o i o u y h p D th g c q a k o o i o u y h p T h ug c q a d t in ie o uy a T h ug c q a th c PD in ie o uy u I T h ug c q a th c F z y in ie o uy u uz g c q a [ra ] o u y d g c q a [r d o u y a ] - - - - 0 - 0 - 0 1 T h ug c q a d t in ie o u y a T h u g c q a th c PD in ie o u y u I T h u g c q a th c F z y in ie o u y u u z - 0 2 1 T o g n [s h i ia ] T o g n [s h i ia ] Hình 3.58: Đồ thị góc quay khớp Hình 3.57: Đồ thị góc quay khớp giữa giá trị đặt, PID Fuzzy giá trị đặt, PID Fuzzy Do thi sai lech goc quay khop Do thi sai lech goc quay khop 0.08 0.08 Sai lech q1 PID Sai lech q1 FU Z Z Y 0.06 Sai lech q2 PID Sai lech q2 FU ZZY 0.06 goc sai lech [rad] goc sai lech [rad] 0.04 0.02 -0.02 -0.04 0.04 0.02 -0.02 -0.06 -0.04 -0.08 -0.1 10 12 14 16 18 -0.06 20 Thoi gian [s] 10 12 14 16 18 20 Thoi gian [s] Hình 3.59: Đồ thị sai lệch góc Hình 3.60: Đồ thị sai lệch góc quay quay khớp PID Fuzzy khớp PID Fuzzy c Sai lệch tốc độ góc quay hai khớp D th s i le h to d g c q a k o o i a c c o o u y h p D th s i le h to d g o i a c c o oc q a k o u y h p S i le a ch to d q P c o ID S i le a ch to d q F Z Y c o UZ -0 -0 4 -0 -0 -0 -0 S i le a ch to d q P D c o I S i le a ch to d q F Z Y c o UZ to d s i le h [ra ] c o a c d to d s i le h [ra ] c o a c d -0 1 -0 2 1 T o g n [s h i ia ] Th g oi ian [s ] Hình 3.62: Đồ thị sai lệch tốc độ Hình 3.61: Đồ thị sai lệch tốc độ góc góc khớp PID Fuzzy khớp PID Fuzzy Trong trường hợp khối lượng tải Mt tăng lên 3kg, ta thấy rõ tính ưu việt chỉnh định mờ so với điều khiển PID tải tăng việc hạn chế biên độ dao động, tăng khả bám theo quỹ đạo 27 NHẬN XÉT: - Khi cánh tay chuyển động theo quỹ đạo, ta phải đưa cánh tay Robot vị trí ban đầu Việc chọn vị trí ban đầu phải thích hợp để cấu không sinh lực cản lớn, momen cản lớn - Sai lệch tốc độ trình chuyển động cánh tay Robot so với tốc độ quỹ đạo đặt tốt (gần 0) so với dùng PID Biên độ dao động thời điểm độ sai lệch quỹ đạo giảm - Khi chọn tập giá trị mờ luật điều khiển thích hợp luật điều khiển mờ giúp cho hệ đạt độ xác cao, với giá trị đặt nhỏ - Hệ thống mô xét trường hợp cánh tay Robot mang phụ tải khác nhau, điều chứng tỏ tính bền vững cao hệ điều khiển Như hệ thống làm việc chế độ khơng tải có tải, điều khiển mờ chỉnh định tham số PID đảm bảo chất lượng tĩnh động tốt dùng điều khiển PID kinh điển KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1.Kết luận - Trong luận văn nghiên cứu khảo sát cho số kết sau: + Khảo sát tổng quan Robot , Điều khiển mờ q trình tính tốn đề cập đến thơng số: Kp, Kd, Ki , momen quán tính, momen cản, quỹ đạo Robot Từ mơ cho kết quả: Quỹ đạo, sai lệch quỹ đạo, sai lệch tốc độ, đáp ứng dòng điện, tốc độ, momen Với kết giúp cho việc khảo sát, đánh giá hiệu chỉnh nâng cao chất lượng hệ thống + Để nâng cao chất lượng cánh tay Robot chuyển động bám theo quỹ đạo mặt phẳng nhận dạng trước, luận văn nghiên cứu ứng dụng điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID, với hệ thống điều khiển chất lượng bám theo quỹ đạo cánh tay Robot nâng lên nhiều so với hệ điều khiển PID kinh điển: Làm giảm biên độ giao động thời điểm 28 độ (như thời điểm bắt đầu chuyển động cánh tay, thời điểm cánh tay Robot thay đổi chiều chuyển động theo hướng di chuyển quỹ đạo), giảm sai lệch quỹ đạo thực so với quỹ đạo đặt (