Tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NHẬN DẠNG và điều KHIỂN CÁNH TAY máy

Tính cấp thiết của đề tài: Hiện nay trong công nghiệp cũng như giáo dục, có rất nhiều mối quan tâm tới việc nghiên cứu, chế tạo lắp ráp và ứng dụng các loại Robot với những công việc kh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM THỊ BẠCH TUYẾT

ĐỀ TÀI NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY MÁY

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa

Thái Nguyên - 2014

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

PHẠM THỊ BẠCH TUYẾT

ĐỀ TÀI NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY MÁY

Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

Mã số: 60520216 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DÂN KHOA HỌC

Thái Nguyên - 2014

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi tên là: Phạm thị Bạch Tuyết

Học viên: lớp Cao học khóa 14 - Tự động hóa - Trường Đại học kỹ thuật công nghiệp - Đại học Thái Nguyên

Công tác tại: Trường Cao đẳng nghề - Yên Bái

Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đều chỉ rõ nguồn gốc

Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình làm luận văn, tôi đã nhận được rất nhiều góp ý về chuyên môn của cán bộ hướng dẫn, của các nhà khoa học, của các bạn đồng nghiệp Tôi xin gửi tới họ lời cảm ơn sâu sắc

Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn đến Tiến sỹ Nguyễn Hoài Nam đã tâm huyết hướng dẫn tôi trong suốt thời gian qua

Tôi xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các bạn học viên cùng nhóm, các tổ chức Khoa, Trung tâm thí nghiệm, Phòng ban của Trường Đại học Kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên đã có những ý kiến đóng góp quý báu

và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn

Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn bạn bè, gia đình và đồng nghiệp - những người đã luôn ủng hộ và động viên tôi nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tuy nhiên, do bản thân mới bắt đầu trên con đường nghiên cứu đầy thách thức, thời gian, kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu tham khảo còn hạn chế nên chắc chắn bản luận văn còn nhiều thiếu sót Rất mong nhận được sự góp ý của các thầy cô giáo và đồng nghiệp

Tôi xin trân trọng cảm ơn!

iii

MỤC LỤC

Trang phụ bìa .

Lời cam đoan

Lời cảm ơn .

Mục lục .

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

Danh mục các hình vẽ

Danh mục bảng biểu

MỞ ĐẦU

Chương I: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO

1.2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO

1.2.1 Hệ thống điều khiển cánh tay máy một bậc tự do

1.2.2 Thiết kế và chế tạo cánh tay máy một bậc tự do

1.3 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ

1.3.1 Động cơ

1.3.2 Encoder

1.3.3 Hộp giảm tốc

1.3.4 IC L298N

1.3.5 IC SN74HC08N .

1.3.6 Card Arduino

1.4 LẮP RÁP CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO

Chương II: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO

2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

2.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC

2.2.1 Mô hình toán học

i

ii iii

vi viii

x

1

4

4

4

4

6

6

6

8

9

10

10

11

14

16

16

17

17

iv

2.2.2 Moment quán tính của cánh tay máy

2.2.3 Moment quán tính quy đổi về trục động cơ .

2.2.4 Tổng moment quán tính

2.3 NHẬN DẠNG TAY MÁY ………

Chương III: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

3.2 CẤU TRÚC CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ

3.2.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ

3.2.1.1 Mờ hoá

3.2.1.2 Khối luật hợp thành

3.2.1.3 Giải mờ

3.2.2 Phân loại bộ điều khiển mờ

3.2.2.1 Bộ điều khiển mờ tĩnh…

3.2.2.2 Bộ điều khiển mờ động…

3.2.3 Các bước tổng hợp bộ điều khiển mờ

3.3 THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ CHO CÁNH TAY MÁY

3.3.1 Thiết kế bộ điều khiển mờ bằng công cụ Fuzzy trong Matlab

3.3.2 Thiết kế bộ điều khiển mờ cho đối tượng

3.3.2.1 Thiết kế bộ điều khiển mờ tĩnh cho đối tượng

3.3.2.2 Thiết kế bộ điều khiển mờ động cho đối tượng

3.3.2.3 So sánh bộ điều khiển mờ tĩnh và động dùng 3 tập mờ

3.3.2.4 So sánh bộ điều khiển mờ tĩnh và động dùng 5 tập mờ

Chương IV: ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC SỬ DỤNG MATLAB/SIMULINK VÀ THƯ VIỆN ARDUINO………

4.1 GIỚI THIỆU THƯ VIỆN ARDUINO TRONG SIMULINK

4.1.1 Khối Arduino IO Setup

4.1.2 Khối Real - Time Pacer

4.1.3 Khối Motor out

18

19

19

20

25

25

25

25

26

26

27

29

30

31

33

34

34

38

39

40

41

43

47

47

47

48

49

v

4.1.4 Khối Encoder Read

4.2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN THỜI GIAN THỰC SỬ DỤNG BỘ MỜ VÀ ARDUINO

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

PHỤ LỤC

Phụ lục 1

Phụ lục 2

Phụ lục 3

TÀI LIỆU THAM KHẢO

52

53

56

57

57

58

59

60

vii

Matlab/Simulink

21

ix

x

DANH MỤC BẢNG BIỂU

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài:

Hiện nay trong công nghiệp cũng như giáo dục, có rất nhiều mối quan tâm tới việc nghiên cứu, chế tạo lắp ráp và ứng dụng các loại Robot với những công việc khác nhau như: lò đúc, xưởng rèn, xưởng hàn… Robot còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nữa như phục vụ cho máy công cụ, làm khuôn trong công nghiệp đồ nhựa, gắn kính xe hơi, bốc dỡ hàng hóa ra khỏi băng tải và đặt chúng vào các trạm chuyển trung gian…

Thuật ngữ “tay máy” và Robot trong quan niệm của nhiều nhà chuyên môn trong lĩnh vực này không có sự khác biệt Để thuận tiện trong trình bày,

ở đây ta hiểu tay máy là một dạng Robot có cấu tạo mô phỏng theo những đặc điểm cấu tạo cơ bản của cánh tay người Cũng có thể hiểu tay máy là tập hợp các bộ phận và cơ cấu cơ khí được thiết kế để hình thành các khối có chuyển động tương đối với nhau Những Robot thực sự có ích được nghiên cứu để đưa vào những ứng dụng trong công nghiệp lại là những tay máy

Các nhà sáng chế kỹ thuật dựa trên những cơ cấu máy móc có khả năng bắt trước con người, đã cho ra đời những cơ cấu Robot thực sự đầu tiên vào những năm trước đại chiến thế giới thứ hai Vào thời kỳ đó, những cơ cấu như vậy có nhu cầu thực sự để ứng dụng trong môi trường phóng xạ ở các cơ quan nghiên cứu nguyên tử Lúc đầu Robot được gọi là những cơ cấu điều khiển từ

xa (Teleoperator), cơ cấu này có khả năng cầm nắm, nâng hạ, buông thả, xoay lật vật thể trong một không gian xác định Tuy các thao tác tinh vi và khéo léo nhưng tốc độ thao tác còn chậm

Vào năm 1950, cùng với sự phát triển của kỹ thuật điều khiển theo chương trình số, với nền tảng là các cơ cấu điều phối vô cấp (servo), và các hệ điện toán (computation), đã nghiên cứu và chế tạo một thế hệ máy móc tự động cao cấp ra đời đó là Robot

2

Trong thực tế hiện nay các phòng thí nghiệm của trường có một số cánh tay máy nhiều bậc tự do, nhưng không có mô hình toán học tương ứng với chúng, vì chúng được thiết kế và chế tạo cách đây nhiều năm và những tài liệu liên quan hầu như không còn Việc xây dựng mô hình toán học cho những đối tượng này là rất khó khăn

Để phục vụ trong việc nghiên cứu và thí nghiệm ta cần xây dựng mô hình toán học mô tả tính chất động lực học của nó với đầy đủ những yếu tố như: kết cấu cơ khí, điện, điện tử và vật liệu là hoàn toàn khả thi

Từ mô hình toán cụ thể, từ đó có thể phân tích và lựa chọn phương pháp điều khiển thích hợp

Việc xây dựng mô hình toán học cho cánh tay máy trong thực tế là

không hề đơn giản Dựa vào những yếu tố ở trên đề tài nghiên cứu “NHẬN

DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY MÁY” đã được lựa chọn

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Nghiên cứu của chúng tôi góp phần vào tìm hiểu kiến thức về Robot, đưa ra các kết quả mô hình toán học Báo cáo kết quả ứng dụng phương pháp trên mô hình thực, rút kinh nghiệm trong quá trình thực hiện Kết quả của đề tài sẽ là cơ sở và tài liệu tham khảo cho các hướng phát triển trong tương lai

và phục vụ cho những thí nghiệm về Robot

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

- Xây dựng mô hình thực và mô hình toán học cho cánh tay máy một bậc tự do trong phòng thí nghiệm

- Thiết kế bộ điều khiển và mô phỏng kết quả trong Matlab

- Cài đặt bộ điều khiển cho bo mạch Arduino và điều khiển thời gian thực cho cánh tay máy một bậc tự do

- So sánh kết quả giữa mô phỏng và điều khiển thời gian thực

3

4 Dự kiến các kết quả cần đạt được

- Có được mô hình toán học cho cánh tay máy một bậc tự do

- Thiết kế bộ điều khiển cho cánh tay máy một bậc tự do đảm bảo tính

ổn định cũng như yêu cầu chất lượng được đặt ra

5 Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết:

- Nghiên cứu các phương pháp nhận dạng cánh tay máy

Nghiên cứu thực nghiệm:

- Xác định mô hình toán học và các tham số cho cánh tay máy một bậc

tự do trên mô hình thật

Đề tài sẽ trình bày theo những nội dung sau:

Chương I: Thiết kế, chế tạo và lắp ráp cánh tay máy một bậc tự do Chương II: Xây dựng mô hình toán học cho cánh tay máy một bậc tự

do

Chương III: Thiết kế bộ điều khiển và mô phỏng

Chương IV: Điều khiển thời gian thực sử dụng Matlab/Simulink và

thư viện Arduino

Kết quả và kiến nghị

4

Chương I THIẾT KẾ, CHẾ TẠO VÀ LẮP RÁP CÁNH TAY MÁY

MỘT BẬC TỰ DO

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO

Thông thường các tay máy có trên một bậc tự do Số bậc tự do hay bậc chuyển động của tay máy là số khả năng chuyển động độc lập của nó trong không gian hoạt động Trong lĩnh vực Robot người ta hay gọi mỗi khả năng chuyển động là một trục (có thể là chuyển động thẳng dọc theo hoặc song song với một trục, hoặc chuyển động quay quanh trục), tương ứng theo đó là một toạ độ suy rộng dùng để xác định vị trí của trục trong không gian hoạt động Mỗi trục của tay máy đều có cơ cấu tác động và cảm biến vị trí được điều khiển bởi một bộ xử lý

Robot được ứng dụng rất rộng rãi, vì vậy những Robot thực sự có ích

và được nghiên cứu để đưa vào những ứng dụng trong công nghiệp lại là những cánh tay máy Cánh tay máy là một hệ thống được sử dụng rất nhiều Trong đó cánh tay máy một bậc tự do là một đối tượng đơn giản nhất có thể thiết kế và chế tạo trong phòng thí nghiệm, đồng thời cũng có thể áp dụng nhiều thuật toán điều khiển khác nhau để điều khiển nó chẳng hạn như PID kinh điển, hệ mờ, mạng nơ-ron và các bộ điều khiển phi tuyến khác

Thông qua chế tạo mô hình thực chúng ta có thể làm chủ được công nghệ và giảm chi phí hơn nhiều so với việc mua mới một hệ thống hoàn chỉnh

1.2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO CÁNH TAY MÁY MỘT BẬC TỰ DO

1.2.1 Hệ thống điều khiển cánh tay máy một bậc tự do

Về mặt truyền động và điều khiển, Robot được cấu tạo từ các khối cấu trúc cơ khí hoạt động nhờ các cơ cấu tác động Các cơ cấu tác động này có thể

- Computer Core i3, 1,8 Hz, Ram 4G - Phần mềm Matlab 2012a

- Động cơ DC Encoder V2 (tích hợp đĩa Encoder 334 xung, và một hộp giảm tốc)

- IC L298N

- IC SN74HC08N

- Card điều khiển Arduino

- Mạch cầu H

- Tay máy được làm bằng hợp kim nhôm có kích thước:

Chiều dài: l = 0,25m Chiều dày: d = 0,004m

Chiều rộng: r = 0,014m Khối lượng: M = 0,004kg

Cấu trúc mô hình bàn thí nghiệm cánh tay máy một bậc tự do được biểu diễn:

Hình 1.1: Sơ đồ khối mô hình thí nghiệm

Card Arduino

Computer, Matlab

Động cơ DC Encoder, Cánh tay máy

6

1.2.2 Thiết kế và chế tạo cánh tay máy một bậc tự do

Trong quá trình thiết kế và chế tạo cánh tay máy một bậc tự do, vật liệu được lựa chọn và sử dụng để làm mô hình tay máy là một thanh nhôm (đồng chất), cùng với tính toán đã đưa ra kích thước cánh tay máy phù hợp với động

cơ sau đó sử dụng máy tiện, máy phay, máy cắt, máy khoan CNC để chế tạo cánh tay máy theo số liệu thiết kế với kích thước (như hình1.2)

Khi thiết kế chúng tôi đã lựa chọn động cơ điện một chiều kích từ độc

lập có gắn thiết bị đo góc và tốc độ Encoder

Động cơ hoạt động được với các thông số:

- Điện áp nguồn DC: 5V ÷ 12V (tối đa 31V)

- Dòng điện không tải: 35mA ÷ 42mA

- Dòng điện có tải: 0,4A ÷ 1A

- Tốc độ: 1000vg/p ÷ 4300vòng/phút

7

Hình 1.3: Động cơ DC + Encoder + Giảm tốc

Hình 1.4: Kí hiệu các đầu nối với động cơ

5 Kênh B, dây màu xanh lá cây

6 GND, dây màu đen

1.3.2 Encoder

Hình 1.5: Encoder Encoder (được tích hợp với động cơ) dùng để đo góc Đồng thời chuyển đổi vị trí góc thành tín hiệu nhị phân và nhờ tín hiệu này có thể xác định được vị trí trục động cơ hoặc cánh tay máy, tín hiệu ra của Encoder cho dưới dạng tín hiệu xung

Xác định tốc độ của động cơ và đo vị trí góc của cánh tay nhờ Encoder với các thông số:

9

- Điện áp: 5V

- Dòng tiêu thụ: 20mA

- Chuẩn Jack: 2.0

- Có 334 xung, 2 kênh ra A và B cùng tần số nhưng lệch pha 90 độ

- Số xung mỗi kênh: 334

10

- Khoảng cách 2 vít bắt vào hộp giảm tốc: 1,7cm

1.3.4 IC L298N

IC L298N là một mạch bán dẫn tích hợp trong một khối, có 15 chân

Nó có thể kiểm soát không chỉ một mà là hai động cơ Với điện áp ra lớn, sai

số tín hiệu ra nhỏ và tản nhiệt tốt Do đó chúng tôi lựa chọn IC L298N cho

12

Để thu thập được dữ liệu từ mô hình thực của cánh tay máy, chúng tôi

đã sử dụng card Arduino Uno để kết nối với máy tính, điều khiển động cơ và

đo vị trí góc của cánh tay máy

Các thông số kỹ thuật của Arduino như sau:

Vi điều khiển Atmega 328

Điện áp làm việc 5V

Điện áp nguồn vào 7 ÷ 12V

Điện áp nguồn vào giới hạn 6 ÷ 20V

Đầu vào ra số I/O 14 (6 kênh ra)

Các chân vào tương tự 6

Dòng điện vào cho 1 I/O) 40 mA

Dòng điện vào cho điện áp 3.3V 50 mA

Uno được kết nối với 1 mạch cầu H (vì động cơ điều khiển cánh tay máy quay

2 chiều)

Card Arduino Uno được kết nối với máy tính bằng cáp USB, chúng tôi

13

dùng mô phỏng Simulink trên Matlab để giao tiếp với Arduino và điều khiển

mô hình thực Arduino Uno có thể được hỗ trợ thông qua kết nối USB hoặc với một nguồn cung cấp điện bên ngoài từ 6 ÷ 20 volts Nếu sử dụng nguồn pin dưới 5 volts Arduino có thể không ổn định Nếu sử dụng nhiều hơn 12V, các bộ điều chỉnh điện áp có thể bị quá nóng và làm hỏng Vì vậy điện áp nguồn vào nên sử dụng từ 7 ÷ 12 volts

* Các chân điện của card Arduino Uno như sau:

+ Đầu vào và đầu ra:

Arduino có 14 chân đầu vào, đầu ra hoạt động ở điện áp 5 volts Nguồn

- Serial: 0 (RX) và 1 (TX) Chân này được kết nối với các chân tương ứng của Atmega 8U2 USB - to - TTL nối tiếp chip

- Chân số 2 và 3 được nối với Encodor trên động cơ

- PWM: Các chân 3, 5, 6, 9, 10, và 11 cung cấp đầu ra PWM 8 bit Chân 5,6 được đưa ra điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ

- LED: 13 Có một built - in LED kết nối với pin kỹ thuật số 13 Khi pin

có giá trị cao, đèn LED bật, khi pin có giá trị thấp đèn LED tắt

- TWI: A4 hoặc SDA pin và A5 hoặc SCL pin

15

a Mặt trước b Mặt bên

Hình 1.11: Mô hình cánh tay máy trong phòng thí nghiệm

16

Chương II XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC CHO CÁNH TAY MÁY MỘT

BẬC TỰ DO

2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Mô hình toán học là một hình thức mô tả khoa học và cô đọng các khía

cạnh thiết yếu của một hệ thống thực, có thể đã có sẵn hoặc tự phải xây dựng Một mô hình toán phản ánh hệ thống thực từ một góc nhìn nào đó phục vụ hữu ích cho mục đích sử dụng Mô hình toán không những giúp ta hiểu rõ hơn

về thế giới thực, mà còn cho phép thực hiện được một số nhiệm vụ phát triển

mà không cần sự có mặt của quá trình và hệ thống thiết bị thực Mô hình toán giúp cho việc phân tích kiểm chứng tính đúng đắn của một giải pháp thiết kế được thuận tiện và ít tốn kém, trước khi đưa giải pháp vào triển khai

Trong các bước thực hiện nhiệm vụ phát triển, mô hình toán học cần phải xác định các mục đích sau đây:

- Hiểu rõ hơn về quá trình sẽ cần phải điều khiển và vận hành

- Tối ưu hoá thiết kế công nghệ và điều kiện vận hành hệ thống

- Thiết kế sách lược và cấu trúc điều khiển

- Lựa chọn bộ điều khiển và xác định các tham số cho bộ điều khiển

- Phân tích và kiểm chứng các kết quả thiết kế

- Mô phỏng trên máy tính

Xác định rõ mục đích sử dụng của mô hình là một việc hết sức cần thiết, bởi mục đích sử dụng quyết định tới việc lựa chọn phương pháp mô hình hoá cũng như mức độ chi tiết và chính xác của mô hình sau này

Chúng tôi xây dựng mô hình toán cho cánh tay máy một bậc tự do nhằm mục đích để thiết kế bộ điều khiển và mô phỏng hệ thống điều khiển

17

trước khi đưa bộ điều khiển vào điều khiển thời gian thực

2.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC

2.2.1 Mô hình toán học

Hệ tay máy một bậc tự do được mô tả như hình 2.1

Hình 2.1: Mô hình cánh tay máy một bậc tự do Trong đó:

1 - Động cơ

2 - Cánh tay máy

3 - Trụ đỡ động cơ

Mô hình cánh tay máy một bậc tự do gồm 01 động cơ điện một chiều

có hộp giảm tốc và một cánh tay máy Hệ tay máy này có thể quay quanh một trục nhờ vào moment tác dụng lên trục động cơ Vị trí của cánh tay θ(t) được xác định là góc hợp bởi trục thẳng đứng và phương của cánh tay như hình 2.1

θ: Vị trí góc của cánh tay [rad]

ω: Vận tốc góc của cánh tay [rad/s]

β: Hệ số ma sát nhớt [N.m.s]

M: khối lượng của cánh tay máy [kg]

] ℓ: Chiều dài của cánh tay máy [m]

u: Điện áp đầu vào [V]

Như vậy để có mô hình toán cụ thể cho cánh tay máy ta phải xác định

tôi sẽ trình bày cách xác định các thông số này

2.2.2 Moment quán tính của cánh tay máy

Cánh tay máy được thiết kế bằng nhôm, là một thanh đồng chất có dạng

19

hình hộp dẹt Vì vậy áp dụng định lý Huygens - Steiner có thể tính moment quán tính của cánh tay máy (thanh đồng chất) đối với trục quay đi qua một đầu thanh và vuông góc với thanh như sau:

3

t

phải qui đổi moment quán tính về trục động cơ, bởi vì động cơ được gắn với cánh tay máy thông qua hộp giảm tốc

2.2.3 Moment quán tính qui đổi về trục động cơ

Theo [3] công thức tính moment quán tính qui đổi về trục động cơ là:

2

t tr

J J

- 46,8: Thông số của nhà sản xuất cung cấp

- N: là tỉ số truyền của hộp giảm tốc

2.2.4 Tổng moment quán tính

động cơ được tính như sau:

m tr

máy một bậc tự do trong phòng thí nghiệm như (2.9):

Trong thực tế, các động cơ được các nhà sản xuất cung cấp đầy đủ các

nhiên đó là những hãng sản xuất lớn, giá thành đắt hơn Ở đây chúng tôi sử dụng động cơ rẻ tiền, có xuất sứ từ Trung Quốc, do đó những thông số này thường được cung cấp không đầy đủ và thiếu chính xác

Để khắc phục tình trạng này, chúng tôi làm thí nghiệm trên Simulink/

21

- Độ rộng bước nhảy được chọn ngẫu nhiên: T = (0.1 ÷ 2) (giây)

- Thời gian chạy phát ra tín hiệu điện áp đầu vào mẫu: 100 (giây)

Bước 2:

Đo vị trí góc T của cánh tay máy trên mô hình thực

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống đo góc của cánh tay máy sử dụng Matlab/Simulink

Quan sát tín hiệu ra θ là vị trí góc của phương trình (2.9) và so sánh với

vị trí góc thực T của cánh tay máy (hình 2.4)

Màu xanh: là vị trí góc thực của cánh tay máy

Màu đen: là vị trí góc từ mô hình toán

Màu đỏ: là sai số giữa vị trí góc thực của cánh tay máy và vị trí góc từ

mô hình toán

Vi tri goc thuc cua canh tay may

Vi tri goc tu mo hinh toan

Hình 2.4-a: Vị trí góc thực và ước lượng từ mô hình toán

24

Hình 2.4 a,b: Là một ví dụ minh họa trong quá trình làm thực nghiệm

4, 5 và 6 nhiều lần

Bước 6:

Nếu sai số giữa vị trí góc θ của phương trình (2.9) và so sánh với vị trí

lục 3)

Kết thúc các bước này, khi mà sai số giữa vị trí góc θ của phương trình

(2.9) với vị trí góc thực T là nhỏ và có thể chấp nhận được

chúng tôi sẽ thiết kế bộ điều khiển cho mô hình cánh tay máy thực Do sai số của các thông số trên được xác định còn lớn nên chúng tôi chưa xác định được mô hình toán đủ tin cậy, cho nên chúng tôi chọn bộ điều khiển mờ cho

hệ thống này

Ở các chương tiếp theo, chúng tôi sẽ trình bày về bộ điều khiển mờ và thiết kế bộ điều khiển mờ cho mô hình cánh tay máy thực Sau đó sẽ tiến hành điều khiển thời gian thực

3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, và việc ra đời nhiều phương pháp điều khiển hiện đại Các nhà nghiên cứu đã và đang tiến hành nghiên cứu cải thiện bộ điều khiển để nâng cao chất lượng điều khiển, trong

đó có lý thuyết điều khiển mờ Với những ưu điểm của điều khiển mờ so với các phương pháp kinh điển là có thể tổng hợp được bộ điều khiển mà không cần biết trước mô hình toán của đối tượng Trong kỹ thuật, việc áp dụng lý thuyết điều khiển mờ để xây dựng các bộ điều khiển cũng khá đa dạng, ví dụ như:

- Bộ điều khiển mờ

- Bộ điều khiển mờ thích nghi

- Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số PID

3.2 CẤU TRÚC CỦA BỘ ĐIỀU KHIỂN MỜ

3.2.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển mờ

Cấu trúc một bộ điều khiển mờ cơ bản thể hiện trên hình 3.1 gồm 3 khối: mờ hoá đầu vào, luật hợp thành và giải mờ đầu ra