nghiên cứu và ứng dụng bộ điều khiển mờ cho hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay ROBOT trong mặt phẳng theo quỹ đạo được nhận dạng trước

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP --- LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG D

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG 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

ĐƯỢC NHẬN DẠNG TRƯỚC

Ngành : TỰ ĐỘNG HÓA

Mã số : 605260 Học Viên: HÀ XUÂN VINH Cán bộ HDKH : PGS.TS NGUYỄN NHƯ HIỂN

THÁI NGUYÊN - 2010

Trang 2

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 ĐƯỢC NHẬN DẠNG TRƯỚC

Học viên : Hà Xuân Vinh

Lớp : Cao học K11-TĐH Cán bộ HDKH: PGS.TS Nguyễn Như Hiển

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Nguyễn Như Hiển

HỌC VIÊN

Hà Xuân Vinh BAN GIÁM HIỆU KHOA SAU ĐẠI HỌC

Trang 3

3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này là công trình do tôi tự làm và nghiên cứu, trong luận văn có sử dụng một số tài liệu tham khảo nhƣ đã nêu trong phần tài liệu tham khảo

Tác giả luận văn

Trang 4

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC CÁC BẢNG 8

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 9

MỞ ĐẦU 13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ROBOT VÀ ĐIỀU KHIỂN MỞ 15

1.1 Tổng quan về Robot 15

1.1.1 Lịch sử phát triển 15

1.1.2 Hệ truyền động trong Robot 16

1.1.2.1 Truyền động điện 16

1.1.2.2 Truyền động khí nén và 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 của cánh tay Robot 2DOF 20

1.2 Giới thiệu về 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 tưởng 24

1.2.3 Điều khiển mờ cơ bản 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

Trang 5

5

1.2.4 Tính ổn định của hệ điều khiển mờ 29

1.2.4.1 Những điểm cần lưu ý 29

1.2.4.2 Khảo sát tính ổn định của hệ mờ 31

1.2.5 Tối ưu 33

1.2.6 Kết luận về điều khiển mờ 33

1.2.6.1 Ưu điểm 33

1.2.6.2 Khuyết điểm 34

CHƯƠNG 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 ĐƯỢC NHẬN DẠNG TRƯỚC 35

2.1 Khái quát 35

2.2 Tổng hợp bộ điều chỉnh vị trí PID cho động cơ điện một chiều 36

2.2.1 Các thông số ban đầu 36

2.2.1.1 Động cơ điện một chiều 36

2.2.1.2 Bộ chỉnh lưu 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 của bộ điều khiển vị trí 51

2.3 Xây dựng bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID để điều chỉnh vị trí cho cánh tay Robot 2DOF 53

2.3.1 Đặt vấn đề 53

Trang 6

2.3.2 Bộ điều khiển mờ chỉnh định tham số bộ điều khiển PID 54

2.3.3 Tổng hợp mô hình bộ điều khiển mờ chỉnh định bộ tham số PD 56

2.3.3.1 Biến ngôn ngữ và miền giá trị của nó 58

2.3.3.2 Xác định hàm liên thuộc (membership function) 59

2.3.3.3 Xây dựng các luật điều khiển 62

2.3.3.4 Luật hợp thành 64

2.4 Kết luận Chương 2 65

CHƯƠNG 3 : MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG 66

3.1 Mô phỏng hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng bộ điều chỉnh PID 66

3.1.1 Mô hình simulink hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng bộ điều chỉnh PID 66

3.1.2 Kết quả mô phỏng điều khiển vị trí của cánh tay Robot dùng bộ hiệu chỉnh PID(với trường hợp khối lượng tải Mt=0; moment quán tính tải Jt=0) 68

3.2 Mô phỏng hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng bộ chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PD 74

3.2.1 Mô hình simulink hệ thống điều khiển chuyển động cánh tay Robot sử dụng bộ chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PD 74

3.2.2 Kết quả mô phỏng điều khiển vị trí của cánh tay Robot dùng bộ chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PD(với trường hợp khối lượng tải Mt=0; moment quán tính tải Jt=0) 75

3.3 So sánh quỹ đạo giữa PID và Chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PD 81

3.3.1 Trường hợp Mt = 0 81

3.3.2 Trường hợp Mt = 1 83

3.3.3 Trường hợp Mt=3 86

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91

Trang 7

Trang 8

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Dịch chuyển theo quĩ đạo và theo điểm đến điểm của cánh tay robot 19

Bảng 1.2: Thông số vật lý của cánh tay robot 2DOF 20

Bảng 2.1: Các thông số của động cơ điện một 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 bằng MATLAB 64

Trang 9

9

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 của cánh tay robot 2DOF 20

Hình 1.3: Sơ đồ khối chức năng của bộ điều khiển mờ 26

Hình 1.4: Sơ đồ xác định trung bình tâm 29

Hình 2.1: Sơ đồ thay thế động cơ điện một chiều kích từ độc lập 36

Hình 2.2: Cấu trúc của động cơ điện một chiều khi từ thông không đổi 39

Hình 2.3 Sơ đồ khối mạch chỉnh lưu 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 của hệ điều chỉnh vị trí 44

Hình 2.7 45

Hình 2 8 48

Hình 2 9 49

Hình 2.10: Sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh vị trí 51

Hình 2.11 Quan hệ giữa  và  52

Hình 2.12: Phương pháp chỉnh định mờ tham số bộ điều khiển PID 55

Hình 2.13: Bên trong bộ chỉnh định mờ 56

Hình 2.14: Sơ đồ bộ điều khiển mờ 56

Hình 2.15: Cấu trúc bộ chỉnh định mờ khớp 1 57

Hình 2.16: Cấu trúc bộ chỉnh định mờ khớp 2 57

Hình 2.17: Mô hình rời rạc hóa hàm liên thuộc trapmf của biến et, det 59

Hình 2.18: Mô hình hàm liên thuộc trapmf của biến Hesokp , Hesokd 60

Trang 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 ra Hesokp 61

Hình 2.22: Xác định tập mờ cho biến ra Hesokd 62

Hình 3.1: Mô hình hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID 66

Hình 3.2 : Mô hình khối điều khiển dòng điện và tốc độ động cơ 1 66

Hình 3.3: Mô hình khối điều khiển dòng điện và tốc độ động cơ 2 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 1 67

Hình 3.7: Mô hình khâu phản hồi vị trí 2 67

Hình 3.8: Mô hình Robot 2DOF 68

Hình 3.9: Đồ thị quỹ đạo đặt và quỹ đạo thực của 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 và quỹ đạo góc ra của khớp 1 70

Hình 3.12: Sai lệch góc của khớp 1 70

Hình 3.13: Tốc độ sai lệch góc của khớp 1 70

Hình 3.14: Dòng điện Động cơ 1 71

Hình 3.15: Tốc độ của Động cơ 1 71

Hình 3.16: Moment khớp 1 71

Hình 3.17: So sánh quỹ đạo góc đặt và quỹ đạo góc ra của khớp 2 72

Hình 3.18: Sai lệch quỹ đạo góc khớp 2 72

Hình 3.19: Tốc độ sai lệch quỹ đạo góc khớp 2 72

Hình 3.20: Dòng điện Động cơ 2 73

Hình 3.21: Tốc độ Động cơ 2 73

Trang 11

data error !!! can't not

read

Trang 12

read

Trang 13

read

Trang 14

read

Trang 15

read

Trang 17

read

Trang 18

read

Trang 19

read

Trang 20

read

Trang 21

read

Trang 22

read

Trang 23

read

Trang 24

read

Trang 26

read

Trang 27

read

Định dạng
Số trang	27
Dung lượng	290,61 KB