ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP - LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÁNH TAY ROBOT TRONG MẶT PHẲNG THEO QUỸ ĐẠO ĐƢỢC NHẬN DẠNG TRƢỚC Ngành : TỰ ĐỘNG HÓA Mã số : 605260 Học Viên: HÀ XUÂN VINH Cán HDKH : PGS.TS NGUYỄN NHƢ HIỂN THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐHKT CÔNG NGHIỆP ***** CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÁNH TAY ROBOT TRONG MẶT PHẲNG THEO QUỸ ĐẠO ĐƢỢC NHẬN DẠNG TRƢỚC Học viên : Hà Xuân Vinh Lớp : Cao học K11-TĐH Cán HDKH: PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển CÁN BỘ HƢỚNG DẪN KHOA HỌC HỌC VIÊN PGS.TS Nguyễn Nhƣ Hiển Hà Xuân Vinh BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn công trình tự làm nghiên cứu, luận văn có sử dụng số tài liệu tham khảo nhƣ nêu phần tài liệu tham khảo Tác giả luận văn Hà Xuân Vinh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .3 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .9 MỞ ĐẦU 13 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ĐIỀU KHIỂN MỞ 15 1.1 Tổng quan Robot 15 1.1.1 Lịch sử phát triển 15 1.1.2 Hệ truyền động Robot 16 1.1.2.1 Truyền động điện 16 1.1.2.2 Truyền động khí nén thuỷ lực 17 1.1.3 Vần đề điều khiển cánh tay Robot 17 1.1.3.1 Khái quát 17 1.1.3.2 Vấn đề điều khiển cánh tay Robot 18 1.1.3.3 Động học cánh tay Robot 2DOF 20 1.2 Giới thiệu lý thuyết điều khiển logic mờ 23 1.2.1 Lịch sử phát triển Logic mờ 23 1.2.2 Bộ điều khiển mờ lý tƣởng 24 1.2.3 Điều khiển mờ 25 1.2.3.1 Khối mờ hóa 26 1.2.3.2 Khối hợp thành 26 1.2.3.3 Khối luật mờ 27 1.2.3.4 Khối giải mờ 27 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.2.4 Tính ổn định hệ điều khiển mờ 29 1.2.4.1 Những điểm cần lƣu ý 29 1.2.4.2 Khảo sát tính ổn định hệ mờ 31 1.2.5 Tối ƣu 33 1.2.6 Kết luận điều khiển mờ 33 1.2.6.1 Ƣu điểm 33 1.2.6.2 Khuyết điểm 34 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH BỘ THAM SỐ PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT TRONG MẶT PHẲNG THEO QUỸ ĐẠO ĐƢỢC NHẬN DẠNG TRƢỚC 35 2.1 Khái quát 35 2.2 Tổng hợp điều chỉnh vị trí PID cho động điện chiều 36 2.2.1 Các thông số ban đầu 36 2.2.1.1 Động điện chiều 36 2.2.1.2 Bộ chỉnh lƣu 39 2.2.1.3 Biến dòng: 40 2.2.1.4 Máy phát tốc: 40 2.2.1.5 Cảm biến vị trí: 40 2.2.2 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh dòng (RI): 41 2.2.3 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ ( R ): 45 2.2.4 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh vị trí ( R ) 47 2.2.5 Tính phi tuyến điều khiển vị trí 51 2.3 Xây dựng điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID để điều chỉnh vị trí cho cánh tay Robot 2DOF 53 2.3.1 Đặt vấn đề 53 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.3.2 Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số điều khiển PID 54 2.3.3 Tổng hợp mô hình điều khiển mờ chỉnh định tham số PD 56 2.3.3.1 Biến ngôn ngữ miền giá trị 58 2.3.3.2 Xác định hàm liên thuộc (membership function) 59 2.3.3.3 Xây dựng luật điều khiển 62 2.3.3.4 Luật hợp thành 64 2.4 Kết luận Chƣơng 65 CHƢƠNG : MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG HỆ THỐNG 66 3.1 Mô hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng điều chỉnh PID 66 3.1.1 Mô hình simulink hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng điều chỉnh PID 66 3.1.2 Kết mô điều khiển vị trí cánh tay Robot dùng hiệu chỉnh PID(với trƣờng hợp khối lƣợng tải Mt=0; moment quán tính tải Jt=0) 68 3.2 Mô hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng chỉnh định mờ tham số điều khiển PD 74 3.2.1 Mô hình simulink hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng chỉnh định mờ tham số điều khiển PD 74 3.2.2 Kết mô điều khiển vị trí cánh tay Robot dùng chỉnh định mờ tham số điều khiển PD(với trƣờng hợp khối lƣợng tải Mt=0; moment quán tính tải Jt=0) 75 3.3 So sánh quỹ đạo PID Chỉnh định mờ tham số điều khiển PD 81 3.3.1 Trƣờng hợp Mt = 81 3.3.2 Trƣờng hợp Mt = 83 3.3.3 Trƣờng hợp Mt=3 86 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.Kết luận 91 Kiến nghị 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Dịch chuyển theo quĩ đạo theo điểm đến điểm cánh tay robot .19 Bảng 1.2: Thông số vật lý cánh tay robot 2DOF 20 Bảng 2.1: Các thông số động điện chiều 37 Bảng 2.2: Luật điều khiển Hesokp 62 Bảng 2.3: Luật điều khiển Hesokd 62 Bảng 2.4: Luật điều khiển xây dựng MATLAB 64 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ minh hoạ cánh tay robot n khâu 18 Hình 1.2: Sơ đồ cánh tay robot 2DOF 19 Bảng 1.2: Thông số vật lý cánh tay robot 2DOF 20 Hình 1.3: Sơ đồ khối chức điều khiển mờ 26 Hình 1.4: Sơ đồ xác đị nh trung bì nh tâm 29 Hình 2.1: Sơ đồ thay động điện chiều kích từ độc lập 36 Hình 2.2: Cấu trúc động điện chiều từ thông không đổi 39 Hình 2.3 Sơ đồ khối mạch chỉnh lƣu có điều khiển 39 Hình 2.4: Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện 41 Hình 2.5 42 Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí 44 Hình 2.7 45 Hình 48 Hình 49 Hình 2.10: Sơ đồ cấu trúc hệ điều chỉnh vị trí 51 Hình 2.11 Quan hệ   52 Hình 2.12: Phƣơng pháp chỉnh định mờ tham số điều khiển PID 55 Hình 2.13: Bên chỉnh định mờ 56 Hình 2.14: Sơ đồ điều khiển mờ 56 Hình 2.15: Cấu trúc chỉnh định mờ khớp 57 Hình 2.16: Cấu trúc chỉnh định mờ khớp 57 Hình 2.17: Mô hình rời rạc hóa hàm liên thuộc trapmf biến et, det 59 Hình 2.18: Mô hình hàm liên thuộc trapmf biến Hesokp , Hesokd 60 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 Hình 2.19: Xác định tập mờ cho biến vào et 60 Hình 2.20: Xác định tập mờ cho biến vào det 61 Hình 2.21: Xác định tập mờ cho biến Hesokp 61 Hình 2.22: Xác định tập mờ cho biến Hesokd 62 Hình 3.1: Mô hình hệ thống sử dụng điều khiển PID 66 Hình 3.2 : Mô hình khối điều khiển dòng điện tốc độ động 66 Hình 3.3: Mô hình khối điều khiển dòng điện tốc độ động 67 Hình 3.4: Mô hình khối subsystem1 67 Hình 3.5: Mô hình khối subsystem2 67 Hình 3.6: Mô hình khâu phản hồi vị trí 67 Hình 3.7: Mô hình khâu phản hồi vị trí 67 Hình 3.8: Mô hình Robot 2DOF 68 Hình 3.9: Đồ thị quỹ đạo đặt quỹ đạo thực Robot dùng PID 68 Hình 3.10: Đồ thị sai lệch quỹ đạo dùng PID 69 Hình 3.11: So sánh quỹ đạo góc đặt quỹ đạo góc khớp 70 Hình 3.12: Sai lệch góc khớp 70 Hình 3.13: Tốc độ sai lệch góc khớp 70 Hình 3.14: Dòng điện Động 71 Hình 3.15: Tốc độ Động 71 Hình 3.16: Moment khớp 71 Hình 3.17: So sánh quỹ đạo góc đặt quỹ đạo góc khớp 72 Hình 3.18: Sai lệch quỹ đạo góc khớp 72 Hình 3.19: Tốc độ sai lệch quỹ đạo góc khớp 72 Hình 3.20: Dòng điện Động 73 Hình 3.21: Tốc độ Động 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... THẠC SĨ KỸ THUẬT NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA TÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO HỆ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG CÁNH TAY ROBOT TRONG MẶT PHẲNG THEO QUỸ ĐẠO ĐƢỢC NHẬN DẠNG TRƢỚC Học viên : Hà... THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHỈNH ĐỊNH BỘ THAM SỐ PID ĐỂ ĐIỀU KHIỂN CHUYỂN ĐỘNG ROBOT TRONG MẶT PHẲNG THEO QUỸ ĐẠO ĐƢỢC NHẬN DẠNG TRƢỚC 35 2.1 Khái quát 35 2.2 Tổng hợp điều chỉnh... khiển PD 74 3.2.1 Mô hình simulink hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng chỉnh định mờ tham số điều khiển PD 74 3.2.2 Kết mô điều khiển vị trí cánh tay Robot