Thông tin tài liệu
ĐẠ I HỌ C THÁ I NGUYÊN TRƯỜ NG ĐẠ I HỌ C KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG ROBOT CÓ SỬ DỤNG THUẬT TOÁN GIẢM BẬC MÔ HÌNH NGUYẾN ĐẠI TÙNG THI NGUYÊN - 2011 ĐẠ I HỌ C THÁ I NGUYÊN TRƯỜ NG ĐẠ I HỌ C KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG ROBOT CÓ SỬ DỤNG THUẬT TOÁN GIẢM BẬC MÔ HÌNH Ngnh: TỰ ĐỘNG HÓA M s: Học viên: NGUYỄN ĐẠI TÙNG Người HD khoa học: PGS. TS NGUYỄN HỮU CÔNG THI NGUYÊN - 2011 ĐẠ I HỌ C THÁ I NGUYÊN TRƯỜ NG ĐẠ I HỌ C KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG ROBOT CÓ SỬ DỤNG THUẬT TOÁN GIẢM BẬC MÔ HÌNH Học viên: NGUYỄN ĐẠI TÙNG Lớp: K12 - TĐH Người HD khoa học: PGS. TS NGUYỄN HỮU CÔNG Người hướng dẫn khoa học PGS. TS NGUYỄN HỮU CÔNG Học viên NGUYỄN ĐẠI TÙNG Ban giám hiệu Khoa Sau Đại học Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trì nh nghiên cứ u củ a tôi . Cc kết qu, số liệ u nêu trong luậ n văn là trung thự c và chưa từ ng đượ c công bố trong bấ t kỳ công trì nh nà o khá c. Tc giả lun văn Nguyễn Đại Tùng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜ I CẢ M ƠN Tc gi chân thnh cm ơn s hưng dn tn tnh ca PGS .TS Nguyễ n Hữu Công trong suố t quá trì nh hon thnh lun văn ny. Tc gi xin chân thnh cm ơn s gip đ ca cc thy cô gio Khoa Điện tử, Khoa Điện trườ ng Đạ i họ c Kỹ thut Công nghiệp Thá i Nguyên đã to điều kiện gip đ tn tnh trong việc nghiên cu đề ti. Cui cng tc gi xin chân thnh cm ơn s gip đ ca Ban gim hiệ u, Khoa Sau Đi học trườ ng Đạ i họ c Kỹ thut Công nghiệp Thá i Nguyên đã cho phé p và tạ o điề u kiệ n thuậ n lợ i để tá c giả hoà n thà nh bả n luậ n văn nà y. Tc giả Nguyễn Đại Tùng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Mục lục Lờ i cam đoan Lờ i cả m ơn Mục lục Danh mụ c cá c bả ng Danh mụ c cá c hì nh vẽ, đồ thị Mở đu 1 1. Tính cấp thiết ca đề ti 1 2. Ý nghĩa khoa học v thc tiễn 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG ROBOT 1.1 Tổng quan về robot công nghiệp 3 1.1.1 Robot và Robotics 3 1.1.2 Robot công nghiệp 7 1.2 T động ho v robot công nghiệp 8 1.2.1 Ti trọng 10 1.2.2 Tm vi 10 1.2.3 Độ phân gii không gian 10 1.2.4 Độ chính xc 11 1.2.5 Độ lặp li 12 1.2.6 Độ nhn 12 1.3 Chất lượng qu trnh lm việc v cc bi ton điều khiển robot 13 1.3.1 Yêu cu về chất lượng trong điều khiển robot 13 1.3.2 Cc bi ton điều khiển robot 14 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.3.2.1 Bi ton điều khiển động học ngược robot 14 1.3.2.2 Bi ton điều khiển cân bằng robot 15 1.4 Bi ton điều khiển cân bằng robot 15 1.4.1 Mô hnh ton học ca hệ Robot 16 1.4.2 Phn cơ khí ca Robot 18 1.4.2.1 Thân Robot 18 1.4.2.2 Cơ cấu li 19 1.4.2.3 Cơ cấu chuyển động 20 1.4.2.4 Cơ cấu thăng bằng 21 1.5 Kết lun chương 1 24 CHƯƠNG 2 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH DẠNG H ÁP DỤNG CHO ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG ROBOT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢM BẬC MÔ HÌNH 2.1 Gii thiệu chung 25 2.2 Thut ton điều khiển định dng vòng H ∞ 26 2.2.1 Điều khiển định dng vòng H ∞ 26 2.2.2 Thiết kế bộ điều khiển định dng vòng H ∞ đ bc 29 2.2.2.1 La chọn hm định dng 29 2.2.2.2 Kết qu mô phỏng 29 2.3 Cc phương php gim bc mô hnh 32 2.3.1 Gii thiệu 32 2.3.2 Pht biểu bi ton gim bc mô hnh 32 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3.3 Cc phương php gim bc cơ bn 33 2.3.2.1 Phương php ghép hợp 35 2.3.2.2 Phương php trên cơ sở trng khp ti cc thời điểm 37 2.3.2.3 Phương php nhiễu x kỳ dị 40 2.3.2.4 Phương php cân bằng nội 41 2.3.2.5 Cc phương php sử dụng phép gn đng ti ưu 42 2.3.2.6 Phương php ti ưu theo trng thi 43 2.3.4 Kết lun 45 2.4. Gim bc mô hnh theo phương php cân bằng nội .46 2.5 Kết lun chương 2 48 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIẢM BẬC CÂN BẰNG CHO BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG ROBOT 3.1 Gim bc bộ điều khiển hệ thng điều khiển cân bằng theo phương php cân bằng 50 3.2 Chất lượng qu độ ca bộ điều khiển gc v cc bộ điều khiển gim bc 54 3.3 Sử dụng bộ điều khiển gim bc cho hệ thng điều khiển cân bằng robot 56 3.3.1 Bộ điều khiển gim bc 3 điều khiển cân bằng robot 56 3.3.2 Sử dụng bộ điều khiển gim bc 1 điều khiển cân bằng robot 58 3.3.3 So snh hệ điều khiển cân bằng robot dng bộ điều khiển gim bc 1 theo phương php cân bằng v theo PSO 59 3.4 Kết lun chương 3 62 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn PHỤ LỤC TÓM TẮT LUẬN VĂN Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn Danh mục cc bảng Bảng Tên bả ng Trang 1.1 S lượng Robot sn xuất ở một s nưc công nghiệp pht triển 6 1.2 Thông s động cơ DC ca robot 21 3.1 Tham s ca cc hệ gim bc trong mô hnh không gian trng thi v mô hnh hm truyền. 52 [...]... điều khiển cân bằng cho robot thì có rất nhiều thuật toán điều khiển như: - Điều khiển định dạng vòng H∞ - Điều khiển định dạng vòng H2 - Điều khiển định dạng vòng H2/H∞ - Điều khiển tối ưu - Điều khiển thích nghi Trong giới hạn luận văn này tác giả lựa chọn xây dựng hệ thống điều khiển cân bằng robot theo thuật toán điều khiển định dạng H∞ Thuật toán điều khiển định dạng vòng H∞ là một kỹ thuật điều. .. http://www.lrc-tnu.edu.vn robot dùng bộ điều khiển gốc bậc 6 và bộ điều khiển giảm bậc 3 Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển cân bằng robot dùng 3.3 bộ điều khiển gốc bậc 6 và bộ điều khiển giảm bậc 3 56 Sơ đồ mô phỏng Simulink hệ thống điều khiển cân bằng 3.4 robot dùng bộ điều khiển gốc bậc 6 và bộ điều khiển giảm 57 bậc 1 Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển cân bằng robot dùng 3.5 bộ điều khiển. .. bánh có thể được ứng dụng rộng sang lĩnh vực điều khiển cho robot đi bằng hai chân, như robot ASIMO, bởi vì nguyên tắc điều khiển cân bằng là như nhau Có một số phương pháp được sử dụng để điều khiển cân bằng cho robot hai bánh, đó là: cân bằng bằng cách sử dụng một bánh đà (flywheel); cân bằng bằng cách di chuyển tâm trọng lực và cân bằng nhờ lực hướng tâm Trong các phương pháp trên, cân bằng bằng... pháp điều khiển căn bằng robot dựa theo nguyên lý “con quay hồi chuyển” Xây dựng phần cứng hệ thống điều khiển cân bằng robot thu được mô hình hàm truyền của hệ thống điều khiển cân bằng robot là dạng hàm truyền bậc 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 24 CHƢƠNG 2 THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN ĐỊNH DẠNG H ÁP DỤNG CHO ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG ROBOT VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢM BẬC MÔ HÌNH... tài Nghiên cứu sử dụng thuật toán giảm bậc mô hình và ứng dụng thuât toán toán giảm bậc mô hình cho bài toán điều khiển cân bằng robot có sử dụng bánh đà, khả năng di chuyển trên hai bánh là phương tiện hiệu quả và linh động, dễ dàng xoay trở trong điều kiện không gian chật hẹp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN... bậc 6 và bộ điều khiển giảm bậc 1 57 Sơ đồ mô phỏng Simulink hệ thống điều khiển cân bằng 3.6 robot dùng bộ điều khiển gốc bậc 6 và bộ điều khiển giảm 59 bậc 1 theo PSO và theo phương pháp giảm bậc cân bằng Kết quả mô phỏng hệ thống điều khiển cân bằng robot dùng 3.7 bộ điều khiển gốc bậc 6 và bộ điều khiển giảm bậc 1 theo 60 PSO và theo phương pháp giảm bậc cân bằng Số hóa... http://www.lrc-tnu.edu.vn 23 Hình 1.14 Trục đỡ bánh đà Trục đỡ bánh đà là phần tử quan trọng, yêu cầu có độ chính xác gia công cao Hình ảnh hoàn thiện Robot như trên Hình 1.15 Hình 1.15: Mô hình robot 1.5 Kết luận chương 1 Bài toán điều khiển cân bằng robot là một trong các bài toán điều khiển quan trọng trong hệ thống điều khiển robot Để thiết kế hệ thống điều khiển cân băng robot có nhiều phương pháp, trong... gia tốc, rung động và va chạm Robot công nghiệp hiện đại thường duy trì cả hai mạch điều khiển là điều khiển vị trí trên cơ sở bài toán động học ngược, và điều khiển lực trên cơ sở mô hình động lực học hệ thống 1.3.2 Các bài toán điều khiển robot Trong điều khiển robot thường gặp một số bài toán điều khiển như sau: 1.3.2.1 Bài toán điều khiển động học ngƣợc Robot Bài toán động học ngược được đặc biệt... đến bài toán điều khiển cân bằng robot 1.4 Bài toán điều khiển cân bằng robot Để giữ cân bằng robot chuyển động bằng 2 bánh có thể thực hiện theo các nguyên lý như sau: - Nguyên lý cân bằng động lượng : Cho robot chuyển động tịnh tiến (phía trước hoặc phía sau) sao cho động lượng mà chuyển động tịnh tiến tạo ra thoả mãn phương trình cân bằng động lượng, tức là duy trì tổng động lượng của robot bằng không... đưa ra vào năm 1992 và kể cả các nghiên cứu sau này về lý thuyết điều khiển H2/H∞, bộ điều khiển thu được thường có bậc cao (bậc của bộ điều khiển được xác định là bậc của đa thức mẫu) Bậc của bộ điều khiển cao có nhiều bất lợi khi chúng ta đem thực hiện điều khiển trên robot, vì mã chương trình phức tạp Vì vậy, việc giảm bậc bộ điều khiển mà vẫn đảm bảo chất lượng có một ý nghĩa thực tiễn Số hóa bởi . và thực tiễn của đề tài Nghiên cứu sử dụng thuật toán giảm bậc mô hình và ứng dụng thuât toán toán giảm bậc mô hình cho bài toán điều khiển cân bằng robot có sử dụng bánh đà, khả năng di. ca bộ điều khiển gc v cc bộ điều khiển gim bc 54 3.3 Sử dụng bộ điều khiển gim bc cho hệ thng điều khiển cân bằng robot 56 3.3.1 Bộ điều khiển gim bc 3 điều khiển cân bằng robot. 48 CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP GIẢM BẬC CÂN BẰNG CHO BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN CÂN BẰNG ROBOT 3.1 Gim bc bộ điều khiển hệ thng điều khiển cân bằng theo phương php cân bằng 50 3.2 Chất lượng
Ngày đăng: 04/10/2014, 06:36
Xem thêm: nghiên cứu điều khiển cân bằng robot có sử dụng thuật toán giảm bậc mô hình, nghiên cứu điều khiển cân bằng robot có sử dụng thuật toán giảm bậc mô hình