1. Trang Chủ
  2. Tự động hoá
  3. Nghiên cứu bộ điều khiển trượt chống rung và mô phỏng PIL cho tay máy robot VNR-T1 5 bậc tự do

Nghiên cứu bộ điều khiển trượt chống rung và mô phỏng PIL cho tay máy robot VNR-T1 5 bậc tự do

Bài viết này là một bước cải tiến mới khi bộ điều khiển trượt chống rung kết hợp với mô phỏng PIL ứng dụng cho robot 5 bậc tự do VNR-T1. Bài viết sử dụng hệ số khuếch đại biến thiên theo hàm mũ trong luật điều khiển trượt để có thể hạn chế độ rung và giảm thời gian quá độ của toàn hệ một cách tốt hơn so với bộ điều khiển trượt cơ bản sử dụng hệ số khuếch đại là hằng số. SỐ 2 (73) 2021 Địa chỉ: - Số 1: Số 24, Thái Học 2, phường Sao Đỏ, thành phố Chí Linh, tỉnh Hải Dương - Số 2: Số 72, đường Nguyễ

Thể loại Tài liệu miễn phí Tự động hoá

Số trang 15

Ngày tạo 4/4/2023 4:12:24 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 3.87 M

Tên tệp

Tải Nghiên cứu bộ điều khiển trượt chống rung và mô ph... (.pdf)

Xem mẫu

  1. SỐ 2 (73) 2021 Địa chỉ: - Số 1: Số 24, Thái Học 2, phường Sao Đỏ, thành phố Chí Linh, tỉnh Hải Dương - Số 2: Số 72, đường Nguyễn Thái Học/Quốc lộ 37, phường Thái Học, thành phố Chí Linh, tỉnh Hải Dương - Điện thoại: (0220) 3882 269 Fax: (0220) 3882 921 Website: http://saodo.edu.vn Email: info@saodo.edu.vn Số 2 (73) 2021 TẠP CHÍ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC ISSN 1859-4190 Địa chỉ Tòa soạn: Trường Đại học Sao Đỏ. Số 24, Thái Học 2, phường Sao Đỏ, thành phố Chí Linh, tỉnh Hải Dương. Điện thoại: (0220) 3587213, Fax: (0220) 3882 921, Hotline: 0912 107858/0936 847980. Số 2 (73) Website: h p://tapchikhcn.saodo.edu.vn/Email: tapchikhcn@saodo.edu.vn. Giấy phép xuất bản số: 1003/GP-BTTT, ngày 06/7/2011 và Giấy phép sửa đổi, bổ sung số: 293/GP-BTTTT 2021 ngày 03/06/2016 của Bộ Thông n và Truyền thông. Mã chuẩn quốc tế số: 47/TTKHCN-ISSN, ngày 21/7/2011 của Cục Thông n Khoa học và Công nghệ Quốc gia. In 2.000 bản, khổ 21 × 29,7cm, tại Công ty TNHH in Tre Xanh, cấp ngày 17/02/2011.
  2. T H ỂLỆG Ử IB À I T Ạ PC H ÍN GHIÊ NCỨUK HOAH Ọ C ,TRƯỜ NGÐ ẠIHỌCS A OÐ Ỏ Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ (ISSN 1859-4190), thường xuyên công bố kết quả, công trình nghiên cứu khoa học và công nghệ của các nhà khoa học, cán bộ, giảng viên, nghiên cứu sinh, học viên cao T ổ n g B iê n t ậ p E d it o r -in -C h ie f học, sinh viên ở trong và ngoài nước. TS. Đỗ Văn Đỉnh Dr. Do Van Dinh 1. P h ó T ổ n g b iê n t ậ p V ic e E d it o r -in - C h ie f học thuộc các lĩnh vực: Điện - Điện tử - Tự động hóa; Cơ khí - Động lực; Kinh tế; Triết học - Xã hội học - TS. Nguyễn Thị Kim Nguyên Dr. Nguyen Thi Kim Nguyen T h ư k ý Tò a so ạn O ff ic e S e c r e t a r y học; Toán học; Vật lý; Văn hóa - Nghệ thuật - Thể dục thể thao... TS. Ngô Hữu Mạnh Dr. Ngo Huu Manh 2. Bài nhận đăng là những công trình nghiên cứu khoa học chưa công bố trong bất kỳ ấn phẩm khoa học nào. 3. H ộ i đ ồ n g B iê n tậ p E d it o ria l B o a rd NGND.TS. Đinh Văn Nhượng - Chủ tịch Hội đồng Poeple's Teacher, Dr. Dinh Van Nhuong - Chairman Trường hợp bài báo phải chỉnh sửa theo thể lệ hoặc theo yêu cầu của Phản biện thì tác giả sẽ cập nhật trên GS.TS. Phạm Thị Ngọc Yến Prof.Dr. Pham Thi Ngoc Yen website. Người phản biện sẽ do toà soạn mời. Toà soạn không gửi lại bài nếu không được đăng. PGS.TSKH. Trần Hoài Linh Assoc.Prof.Dr.Sc. Tran Hoai Linh 4. Các công trình thuộc đề tài nghiên cứu có Cơ quan quản lý cần kèm theo giấy phép cho công bố của cơ PGS.TS. Nguyễn Quốc Cường Assoc.Prof.Dr. Nguyen Quoc Cuong quan (Tên đề tài, mã số, tên chủ nhiệm đề tài, cấp quản lý,…). PGS.TS. Nguyễn Văn Liễn Assoc.Prof.Dr. Nguyen Van Lien 5. GS.TSKH. Thân Ngọc Hoàn Prof.Dr.Sc. Than Ngoc Hoan GS.TSKH. Bành Tiến Long Prof.Dr.Sc. Banh Tien Long 6. Tên tác giả (không ghi học hàm, học vị), font Arial, cỡ chữ 10, in đậm, căn lề phải; cơ quan công tác của các GS.TS. Trần Văn Địch Prof.Dr. Tran Van Dich tác giả, font Arial, cỡ chữ 9, in nghiêng, căn lề phải. GS.TS. Phạm Minh Tuấn Prof.Dr. Pham Minh Tuan 7. Chữ “Tóm tắt” in đậm, font Arial, cỡ chữ 10; Nội dung tóm tắt của bài báo không quá 10 dòng, trình bày PGS.TS. Lê Văn Học Assoc.Prof.Dr. Le Van Hoc PGS.TS. Nguyễn Doãn Ý Assoc.Prof.Dr. Nguyen Doan Y 8. Chữ “Từ khóa” in đậm, nghiêng, font Arial, cỡ chữ 10; Có từ 03÷05 từ khóa, font Arial, cỡ chữ 10, in GS.TS. Đinh Văn Sơn Prof.Dr. Dinh Van Son nghiêng, ngăn cách nhau bởi dấu chấm phẩy, cuối cùng là dấu chấm. PGS.TS. Trần Thị Hà Assoc.Prof.Dr. Tran Thi Ha 9. PGS.TS. Trương Thị Thủy Assoc.Prof.Dr. Truong Thi Thuy TS. Vũ Quang Thập Dr. Vu Quang Thap PGS.TS. Nguyễn Thị Bất Assoc.Prof.Dr. Nguyen Thi Bat GS.TS. Đỗ Quang Kháng Prof.Dr. Do Quang Khang 10. Bài báo được đánh máy trên khổ giấy A4 (21 × 29,7cm) có độ dài không quá 8 trang, font Arial, cỡ chữ 10, TS. Bùi Văn Ngọc Dr. Bui Van Ngoc PGS.TS. Ngô Sỹ Lương Assoc.Prof.Dr. Ngo Sy Luong PGS.TS. Khuất Văn Ninh Assoc.Prof.Dr. Khuat Van Ninh Prof.Dr.Sc. Pham Hoang Hai Trong trường hợp hình vẽ, hình ảnh có kích thước lớn, bảng biểu có độ rộng lớn hoặc công thức, phương GS.TSKH. Phạm Hoàng Hải trình dài thì cho phép trình bày dưới dạng 01 cột. PGS.TS. Nguyễn Văn Độ Assoc.Prof.Dr. Nguyen Van Do Assoc.Prof.Dr. Doan Ngoc Hai 11. Tài liệu tham khảo được sắp xếp theo thứ tự tài liệu được trích dẫn trong bài báo. PGS.TS. Đoàn Ngọc Hải PGS.TS. Nguyễn Ngọc Hà Assoc.Prof.Dr. Nguyen Ngoc Ha - Nếu là sách/luận án: Tên tác giả (năm), Tên sách/luận án/luận văn, Nhà xuất bản/Trường/Viện, lần xuất bản/tái bản. B a n B iê n tậ p E d it o ria l - Nếu là bài báo/báo cáo khoa học: Tên tác giả (năm), Tên bài báo/báo cáo, Tạp chí/Hội nghị/Hội thảo, Tập/ Kỷ yếu, số, trang. ThS. Đoàn Thị Thu Hằng - Trưởng ban MSc. Doan Thi Thu Hang - Head ThS. Đào Thị Vân MSc. Dao Thi Van - Nếu là trang web: Phải trích dẫn đầy đủ tên website và đường link, ngày cập nhật. 12. THÔNG TIN LIÊN HỆ: Địa chỉ Tòa soạn: Trường Đại học Sao Đỏ. Ban Biên tập Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ Số 24, Thái Học 2, phường Sao Đỏ, thành phố Chí Linh, tỉnh Hải Dương. Phòng 203, Tầng 2, Nhà B1, Trường Đại học Sao Đỏ Điện thoại: (0220) 3587213, Fax: (0220) 3882 921, Hotline: 0912 107858/0936 847980. Địa chỉ: Số 24 Thái Học 2, phường Sao Đỏ, thành phố Chí Linh, tỉnh Hải Dương Website: h p://tapchikhcn.saodo.edu.vn/Email: tapchikhcn@saodo.edu.vn. Điện thoại: (0220) 3587213, Fax: (0220) 3882921, Hotline: 0912 107858/0936 847980 Giấy phép xuất bản số: 1003/GP-BTTT, ngày 06/7/2011 và Giấy phép sửa đổi, bổ sung số: 293/GP-BTTTT ngày 03/06/2016 của Bộ Thông n và Truyền thông. Email: tapchikhcn@saodo.edu.vn Mã chuẩn quốc tế số: 47/TTKHCN-ISSN, ngày 21/7/2011 của Cục Thông n Khoa học và Công nghệ Quốc gia. In 2.000 bản, khổ 21 × 29,7cm, tại Công ty TNHH in Tre Xanh, cấp ngày 17/02/2011. Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
  3. TẠP CHÍ LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG SỐ NÀY ĐẠI HỌC SAO ĐỎ Số 2(73) 2021 LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Nghiên cứu bộ điều khiển trượt chống rung và mô phỏng 5 Lê Ngọc Trúc cho tay máy robot VNR - T1 5 bậc tự do Trần Văn Chi Nguyễn Hữu Hải Nguyễn Danh Huy Nguyễn Trọng Các Nguyễn Tùng âm Phương pháp điều khiển chế độ trượt phân cấp - mờ thích 14 Trần Thị Điệp nghi mới cho một lớp các hệ thống Under - Actuated Dương Thị Hoa Nguyễn Thị Sim Thiết kế anten cho hệ thống vô tuyến khả tri sử dụng tụ Nguyễn Việt Hưng điện có điện dung biến thiên dựa trên vật liệu điện môi Nguyễn Trọng Các màng mỏng Thiết kế điều khiển tốc độ động cơ đồng bộ nam châm Lê Đức Thịnh vĩnh cửu sử dụng thuật toán Backtepping kết hợp bộ quan Nguyễn Đạt Thịnh sát nhiều High-gain Trần Văn Khoa Lê Nam Dương Vũ Hoàng Phương Nguyễn Trọng Các Nguyễn Hữu Hải Nguyễn Tùng Lâm LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Nghiên cứu ảnh hưởng các thông số công nghệ miết ép đến Nguyễn Văn Hinh độ nhám bề mặt của chi ết máy Nghiên cứu một số thông số máy may ảnh hưởng tới độ bền 42 Tạ Văn Hiển và tổn thương đường may 301 trên vải giả da Nguyễn Thị Hằng Mạc Thị Hà Ảnh hưởng tải trọng đến khả năng tự hồi phục mòn của phụ 49 Nguyễn Đình Cương gia nano TiC trong dầu bôi trơn CF-4 15W/40 ghiên cứu, dự đoán cấu trúc trong quá trình đông đặc hợp 55 Vũ Hoa Kỳ kim nhôm A356 bằng mô hình MCA 2-D&3-D Đào Văn Kiên Mạc Thị Nguyên Dương Thị Hà Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
  4. TẠP CHÍ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG SỐ NÀY ĐẠI HỌC SAO ĐỎ Số 2(73) 2021 LIÊN NGÀNH CƠ KHÍ - ĐỘNG LỰC Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số công nghệ đến chất 65 Trần Hải Đăng lượng sản phẩm trong công nghệ dập thuỷ nh phôi tấm bằng Vũ Hoa Kỳ mô phỏng số Nguyễn Thị Liễu Nguyễn Thị Thu Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian in chuyển Đỗ Thị Thu Hà nhiệt đến độ rạn bề mặt in trên vải Pe/Co Nguyễn Quang Thoại Đỗ Thị Tần NGÀNH KINH TẾ Ứng dụng lý thuyết tín hiệu đánh giá giá trị chương Nguyễn Minh Tuấn trình đào tạo bậc đại học của khoa Điện, Trường Đại học Trần Thị Hằng Sao Đỏ Nguyễn Thị Ngọc Mai NGÀNH NGÔN NGỮ HỌC Một vài suy nghĩ về việc dạy kỹ năng nghe hiểu tiếng Nguyễn Thị Lan Trung Quốc cho sinh viên trình độ sơ cấp khoa Du lịch và Bùi Thị Trang Ngoại ngữ, Trường Đại học Sao Đỏ LIÊN NGÀNH HÓA HỌC - CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM Nghiên cứu khả năng hấp phụ ion chì trong dung dịch Vũ Hoàng Phương nước của vật liệu chế tạo từ đất sét Trúc Thôn và tro trấu Nguyễn Ngọc Tú Mạc Thị Lê Tách chiết Anthraquinone từ rễ cây ba kích ( Trần Thị Dịu o cinalis), ứng dụng sản xuất kẹo cứng Bùi Văn Tú LIÊN NGÀNH TRIẾT HỌC - XÃ HỘI HỌC - CHÍNH TRỊ HỌC Một số cơ sở lý luận và yêu cầu, quy trình xây dựng, áp Nguyễn Thị Kim Nguyên dụng bộ chỉ số KPI trong giao và đánh giá hiệu quả công việc tại các trường cao đẳng, đại học hiện nay Học tập tấm gương làm việc trách nhiệm, khoa học, Nguyễn Thị Nhan đổi mới của hủ tịch Hồ Chí Minh trong xây dựng tác phong làm việc cho giảng viên các trường đại học hiện nay Một số giải pháp góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động Phạm Thị Hồng Hoa ngoại khóa các học phần lý luận chính trị cho sinh viên Nguyễn Thị Tình Trường Đại học Sao Đỏ Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
  5. LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA SCIENTIFIC JOURNAL SAO DO UNIVERSITY No 2(73) 2021 TITLE FOR ELECTRICITY - ELECTRONICS - AUTOMATION Processor in the loop simula on based an cha ering sliding 5 Le Ngoc Truc mode control for 5 - d of robot VNR-T1 Tran Van Chi Nguyen Huu Hai Nguyen Danh Huy Nguyen Trong Cac Nguyen Tung Lam A novel adap ve fuzzy hierarchical sliding mode control 14 Tran Thi Diep method for a class of Under - Actuated SIMO system Duong Thi Hoa Nguyen Thi Sim An antenna co-design for cogni ve radio systems using thin Nguyen Viet Hung lm barium stron um tanate varactor Nguyen Trong Cac Backstepping based speed control of permanent magnet Le Duc Thinh motors with high-gain disturbance observer Nguyen Dat Thinh Tran Van Khoa Le Nam Duong Vu Hoang Phuong Nguyen Trong Cac Nguyen Huu Hai Nguyen Tung Lam TITLE FOR MECHANICAL AND DRIVING POWER ENGINEERING Research on the in uence of technology parameters Nguyen Van Hinh oscilla ng smoothing on the surface roughness of the machine part Research on some sewing machine parameters that a ect 42 Ta Van Hien seam strength and damage 301 in coated fabric Nguyen Thi Hang Mac Thi Ha oads e ect on self-recovering abrasive capable of nano T C 49 Nguyen Dinh Cuong addi ve in CF-4 15W/40 lubricant Research and simula on structure of A356 alloy when 55 Vu Hoa Ky solidi ca on by MCA 2-D and 3-D Dao Van Kien Mac Thi Nguyen Duong Thi Ha Research on the e ect of technology parameters on the 65 Tran Hai Dang product quality in hydrosta c forming for sheet metal by Vu Hoa Ky simula on Nguyen Thi Lieu Nguyen Thi Thu Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
  6. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SCIENTIFIC JOURNAL SAO DO UNIVERSITY No 2(73) 2021 TITLE FOR MECHANICAL AND DRIVING POWER ENGINEERING Study the e ects of temperature and thermal tranfer prin ng Do Thi Thu Ha me to the point of cracking on the Pe/Co fabric print surface Nguyen Quang Thoai Do Thi Tan Applica on of signal theory to evaluate the value of the Nguyen Minh Tuan undergraduete training program of the faculty of lectricity, Tran Thi Hang Sao Do University Nguyen Thi Ngoc Mai TITLE FOR STUDY OF LANGUAGE Some considera on on teaching Chinese listening 1 uyen Thi Lan comprehension skills for elementary-level students in Faculty Bui Thi Trang of Tourism and Foreign languages, Sao Do University TITLE FOR CHEMISTRY AND FOOD TECHNOLOGY Study on capacity adsorp on of lead ion in water solu on of Vu Hoang Phuong materials prepared from Truc Thon clay and rice husk ash Nguyen Ngoc Tu Mac Thi Le Extract of anthraquinone from (Morinda o cinalis) root for Tran Thi Diu produc on of hard candy Bui Van Tu TITLE FOR PHILOSOPHY - SOCIOLOGY - POLITICAL SCIENCE A number of theore cal and prac cal bases for building and Nguyen Thi Kim Nguyen applying KPI indicators in assigning and evalua ng work performance at colleges and universi es today Study responsible, scien c, innova on work example of Nguyen Thi Nhan President Ho Chi Minh in building working style for lecturers at present universi es Some solu ons to improve e ciency external course poli cal Pham Thi Hong Hoa theory for students of Sao Do University Nguyen Thi Tinh Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
  7. LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Nghiên cứu bộ điều khiển trượt chống rung và mô phỏng PIL cho tay máy robot VNR-T1 5 bậc tự do Processor in the loop simula on based an cha ering sliding mode control for 5-d of robot VNR-T1 Lê Ngọc Trúc1,2, Trần Văn Chi1,2, Nguyễn Hữu Hải , Nguyễn Danh Huy2, Nguyễn Trọng Các , Nguyễn Tùng Lâm2* *Email: lam.nguyentung@hust.edu.vn 1 Trường Đại học Sư phạm kỹ thuật Hưng Yên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 4 Trường Đại học Sao Đỏ Ngày nhận bài: 25/3/2021 Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 02/6/2021 Ngày chấp nhận đăng: 20/6/2021 Tóm tắt Điều khiển trượt đã được nghiên cứu và áp dụng trong nhiều hệ thống công nghiệp do có khả năng bền vững và lớp đối tượng rộng. Hạn chế điều khiển trượt cơ bản là xuất hiện rung trong hệ thống nên người thiết kế phải cân bằng giữa hai tiêu chí là thời gian quá độ và mức độ rung. Bài báo này là một bước cải tiến mới khi bộ điều khiển trượt chống rung kết hợp với mô phỏng PIL ứng dụng cho robot 5 bậc tự do VNR-T1. Bài báo sử dụng hệ số khuếch đại biến thiên theo hàm mũ trong luật điều khiển trượt để có thể hạn chế độ rung và giảm thời gian quá độ của toàn hệ một cách tốt hơn so với bộ điều khiển trượt cơ bản sử dụng hệ số khuếch đại là hằng số. Bộ điều khiển trượt sử dụng hệ số khuếch đại dạng hàm mũ sẽ tạo ra tín hiệu điều khiển lớn trong giai đoạn tiến tới mặt trượt làm tăng tốc độ đạt tới mặt trượt, và duy trì tín hiệu điều khiển nhỏ trong giai đoạn trượt để giảm độ rung. Các kết quả mô phỏng PIL được trình bày cho thấy tính khả dụng của bộ điều khiển trong ứng dụng robot VNR-T1. Từ khóa: Điều khiển trượt; robot công nghiệp; xử lý vòng lặp; chống rung. Abstract Sliding mode control is vastly used in industrial applications due to its robustness and applicability. In sliding mode control, chattering is unavoidable and it is a trade off between chattering level and dynamical responses of the system. The paper introduces a chattering suppression solution and processor in the loop simulation for 5 - d of VNR-T1 robot. Control gain is varying according to exponential function to litmit chattering phenomenonin comparision to conventional sliding mode control. Due to the presence of the exponential varying control gain, the chattering is reduced considerably. The effectiveness of the control is tested via processor in the loop simulation for VNR-T1 robot. Keywords: liding mode control; industrial robot; processor in the loop; anti chattering. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ robot. Việc thiết kế và mô phỏng cho tay máy đa phần chỉ được áp dụng khi đối tượng và bộ điều khiển đều Kể từ khi công trình nghiên cứu [1] viết về mặt trượt, nằm trên phần mềm chuyên dụng của PC. Cũng rất giáo trình giảng dạy robot công nghiệp [8], điều khiển nhiều tác giả đã đề cập đến mô phỏng PIL áp dụng với truyền động điện thông minh [9] được viết ra để nhằm kiểm nghiệm kiểm soát vệ tinh [5], đối tượng động cơ, nghiên cứu các phương pháp điều khiển cho tay máy servo, các bài toán truyền động điện [6]. Tuy nhiên, nghiên cứu này PIL được áp dụng mô phỏng trên đối Người phản biện: 1. PGS. TS. Bùi Đăng Thảnh tượng là tay máy VNR-T1 (5DOF) kết hợp với vi điều 2. PGS. TS. Nguyễn Văn Liễn STM32F407. Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
  8. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Discovery [7] với Matlab Simulink trên máy tính để (1) kiểm nghiệm kết quả trước khi tiến đến thực nghiệm. M (q)q!! + C (q, q! )q! + g (q ) = t Để phát triển hơn nữa từ các nghiên cứu trước bộ điều Trong đó: ´ khiển và đối tượng khi tiến hành mô phỏng ở bài báo 0 = PNL Î là ma trận quán tính suy rộng; này đã được tách riêng kết hợp với vi điều STM32F407 ´ Discovery với Matlab Simulink trên máy tính để kiểm = NL Î là ma trận ly tâm và coriolis; nghiệm kết quả. Quá trình trên là một bước quan trọng ´ J = JN Î là vector thành phần lực trọng trường; không thể thiếu trong quá trình phát triển để đưa các ´ bộ điều khiển áp vào các đối tượng thực. Từ quỹ đạo t = tN Î là vector momen (lực). đặt của khâu chấp hành cuối, qua việc giải bài toán Các tham số vector/ma trận trong (1) được tính bằng động học ngược, ta tìm ra được vector góc đặt của các công thức sau: các khớp. Cùng với mô hình toán học được xây dựng, ( ) 5 ta tiến hành thiết kế bộ điều khiển. Đầu ra của bộ điều M = å mi ( JT0i )T JT0i + JRTi Ii JRi khiển là tín hiệu điều khiển, cụ thể là vector momen. i =1 T Tín hiệu điều khiển này được đưa vào đối tượng điều 1 é ¶M ¶M æ ¶M ö ù C= ê (15 Ä q! ) + ( q! Ä 15 ) - ç ( q! Ä 15 ) ÷ ú khiển là mô hình vật lý ảo mô tả robot VNR-T1 được 2 ê ¶q ë ¶q è ¶q ø úû xây dựng bằng Simscape Multibody, tiếp theo kết hợp T æ ¶P ö với vi điều khiển và matlab chuyển mô phỏng sang PIL g =ç ÷ (2) [10] bước đầu cho việc nhúng thuật toán vào thực tế. è ¶q ø 3. MÔ HÌNH HÓA BỞI SIMSCAPE MULTIBODY 2. MÔ HÌNH TOÁN HỌC CỦA ROBOT Simscape Multibody cung cấp mô phỏng 3D cho các Robot VNR T1 là một loại robot công nghiệp 5 - DOF hệ thống cơ khí đa thành phần chẳng hạn như robot, do công ty AKB Việt Nam nghiên cứu và chế tạo, nó có hệ thống đa thân, hệ thống xe hơi. Simscape Multibody cấu hình và tham số D-H được mô tả như sau: cung cấp các khối liên kết, khớp, cảm biến và các thành phần momen xoắn/lực. Simscape Multibody cho phép người dùng vẽ với các khối đơn giản. Tuy nhiên, hoàn toàn có thể sử dụng CAD để thiết kế (ví dụ như: Autodesk Inventor, SolidWorks,...) và MATLAB/ Simscape Multibody có thể sử dụng các tệp tin CAD để tạo ra hệ thống mô hình. Dựa trên mô hình CAD của robot VNR T1, chúng tôi khai thác Autodesk Inventor để khám phá mô hình robot và xây dựng mô hình 3D của robot VNR T1. Các giá trị xấp xỉ của khối lượng PL, vị trí điểm trọng tâm L và ma trận momen quán tính ,L của từng khâu (biểu diễn trong hệ tọa độ thứ L) lần lượt thể hiện như Bảng 2: Bảng 2. Thông số của robot VNR T1 Hình 1. Mô hình robot và cách gắn hệ tọa độ các khớp Base Bảng 1. Bảng tham số D-H é-13.746ù é13.018 1.188 0 ù Link 1 m1 = 2.7, rC1 = ê-61.394ú 10-3 , I1 = ê 1.188 12.899 -2.491ú10 -3 Khớp qL ê 29.587 ú ê 0 -2.491 17.512ú (m) (m) (rad) ë û ë û L (rad) L L L é-98.497 ù é1.823 0 0 ù ê ú ê ú 1 T p Link 2 m2 = 1.65, rC2 = ê 14.389 ú10-3 , I2 = ê 0 12.602 0 ú 10-3 ê -13.211ú ê 0 0 12.836 úû ë û ë T p é-90.040ù é1.541 0 0 ù Link 3 m3 = 1.6, rC3 = ê 0 ú 10-3 , I3 = ê 0 6.221 0 ú 10-3 p ê 45.566 ú ê 0 0 5.789úû T ë û ë p é 0 ù é 548 0 0 ù 4 =0 =0 Link 4 m4 = 0.6, rC4 = ê 7.648ú 10-3 , I 4 = ê 0 521 0 ú 10-6 ê 3.651ú ê 0 0 302ú ë û ë û 5 = 0,157 =0 é 0 ù é 219 0 0 ù Link 5 m5 = 0.3, rC5 = ê -0.962 ú 10-3 , I 5 = ê 0 244 0 ú 10-6 Dạng ma trận của phương trình động lực học robot mà ê-71.180ú ê 0 0 57ú ë û ë û không xét đến ma sát là: Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
  9. LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Trong đó, các đơn vị khối lượng, chiều dài, tenxơ quán tính được tính theo kg, m và kg, m2. Autodesk Inventor x! = f ( x, u, d , t ) (3) có thể xuất le CAD của robot và tập hợp các le được Trong đó: đưa vào MATLAB Simscape Multibody để tự động tạo mô hình Simscape Multibody của robot VNR T1 với ∈ $ là vector trạng thái; cùng mô tả vật lý. I ([ X là các vector hàm liên tục và một mặt cong trơn n chiều, thường được gọi là mặt trượt, được mô tả bởi một vector P hàm trơn chứa tất cả các quỹ đạo trạng thái mong muốn [ của hệ (theo một chỉ tiêu chất lượng cho trước). T s ( x, t ) = éë s1 ( x, t ) , s2 ( x, t ),É, sm ( x, t )ùû = 0 (4) Mặt trượt (4) trên thường gặp ở dạng tổng quát, vì nó có dạng không dừng (cấu trúc mặt trượt bị thay đổi theo thời gian). Hình 2. Mô hình 3D tay máy robot Nhiều trường hợp, để đơn giản trong điều khiển sau này và khi điều kiện cho phép, người ta chỉ cần sử dụng mặt trượt dừng (có cấu trúc không biến đổi theo thời gian). Nhiệm vụ của điều khiển trượt là phải xác định tín hiệu điều khiển X để đưa hệ (3) tiến về mặt trượt (4) và giữ nó lại trên đó. Ta sẽ ký hiệu tín hiệu điều khiển cần tìm X đó là: ïu = ueq , s ( x,t ) = 0 ì í (5) îu = u N + ueq , s ( x,t ) ¹ 0 ï Trong đó: X T là thành phần tín hiệu giữ [ ở lại trên mặt trượt, tức là nếu đã có: V [ R R = 0 với [R [ R . Thì X T sẽ phải Hình 3. Mô hình Simscape Mul body tạo ra được: V [ khi R ; 4. ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT X1 là thành phần tín hiệu làm cho [ tiến về mặt trượt. Như vậy, ở trường hợp mặt trượt dừng, khi sử dụng 4.1. Tổng quan 1 & hàm Lyaponov xác định dương: = thì điều Điều khiển theo nguyên lý trượt, hay còn gọi là điều 2 kiện đủ để [ tiến về mặt trượt là tín hiệu điều khiển khiển trong chế độ trượt là một phương pháp điều X1 phải tạo ra được: khiển bền vững cho hệ phi tuyến. Đã có rất nhiều nghiên cứu và rất nhiều các thuật toán V! (s ) = sT s! < 0 khi s ( x) ¹ 0` (6) để điều khiển hệ thống này như kỹ thuật điều khiểm Điều kiện này được gọi là điều kiện trượt và sử dụng hybrid, kỹ thuật điều khiển tuyến tính, PID, điều khiển với mặt trượt dừng. Khi đó các thành phần X T và X1 sẽ mờ… những thuật toán trên, mỗi thuật toán đều có ưu được xác định như sau: điểm và nhược điểm riêng của mình nhằm giải quyết được từng khía cạnh của bài toán điều khiển. Tuy Khi hệ (3) là hệ rõ và có cấu trúc: nhiên, vấn đề mấu chốt ở đây là phải xây dựng một x! = f ( x,t ) + B ( x,t ) u thuật toán điều khiển bền vững trước các nhiễu từ bên ngoài, nhiễu tải và bất định thông số mô hình. Trong đó: B ( x,t ) = (b1 ( x,t ) ,...,bm ( x,t )) (7) Để đảm bảo các yêu cầu như đã nêu trên trong bài báo sẽ sử dụng thuật toán điều khiển trượt với luật tiếp cận Từ điều kiện (6) ta có: theo hàm mũ (sliding mode control with exponential ¶s dx ¶s (8) reaching law). Bộ điều khiển trượt đảm bảo được yêu s! ( x,t ) = = éë f ( x, t ) + B ( x, t ) ueq ùû = 0 ¶x dt ¶x cầu có thể điều khiển bền vững, đảm bảo hệ thống *×* vẫn có thể điều khiển được trước những thay đổi của Vậy nếu ma trận: , ∈ không suy biến tải hay các nhiễu và bất định của hệ thống trong điều thì ta có: kiện cho phép. -1 æ ¶s ö ¶s Xét hệ không dừng có tín hiệu vào X >X XP , chứa u eq = - ç B ( x, t ) ÷ f ( x, t ) (9) è ¶x ø ¶x thành phần bất định ([ X ) mô tả bởi: Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
  10. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Từ điều kiện (7) cho mặt trượt (4). Tín hiệu X X T + . thực tế của từng khớp bám theo giá trị đặt. Như vậy ¶s ¶x có thể thấy rằng, việc duy trì quỹ đạo trạng thái trên s! ( x,t ) = mặt trượt đã chọn sẵn sẽ dẫn đến [ → x . Khi V 0 thì ¶x ¶t . phương trình (17) trở thành ] l]. Phương trình này ¶s = ¶x ë ( é f ( x , t ) + B ( x,t ) ueq + D ù û ) (10) chỉ có một nghiệm duy nhất ] 0, hay nó đặc trưng cho hệ động lực học ổn định tiệm cận, từ đó điều kiện bám ¶s [ → x được thỏa mãn. Do đó, vấn đề cần giải quyết = B ( x, t ) D ¶x của luật điều khiển là tìm momen tác động tại các khớp sao cho duy trì được quỹ đạo robot trên mặt trượt. Như vậy, ta chỉ cần chọn sao cho thỏa mãn điều kiện (7) là có thể xác định được tín hiệu điều khiển cho hệ. Tín hiệu điều khiển được thiết kế dựa trên sự tồn tại ¶s của một hàm Lyapunov xác định dương sau: B ( x, t ) D = -Ksign (s ) (11) ¶x V! = s T × s! (21) Trong đó: Suy ra: . là ma trận hằng số dương và hàm VLJ V được định nghĩa như sau: ! T .s! V=s . ì1 khi s > 0 Để hệ ổn định thì < 0 ï . sign ( s ) = í-1 khi s < 0 (12) Xét trường hợp V = 0 ta có: ï0 khi s = 0 î ( x! 2 -x!!1d ) +λ ( x 2 -x! 1d ) =0 (22) Suy ra: = $ = $ K
  11. LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Trong đó: lặp kín với mô hình đối tượng thông qua môi trường mô phỏng. Kiểm tra PIL sẽ giúp xác minh liệu bộ xử lý N = é nij ù Î ! mxm (29) ë û có khả năng chạy mã điều khiển hay không. pi -ai si ni ( si ) = d0i + (1 - d0i ) e (30) Code C được sinh tự động trên Matlab Simulink khi ta sử dụng thư viện nhúng (embedded coder) và liên kết d0 là 1 giá trị xác định dương nhỏ hơn 1, p là 1 giá trị matlab với phần mềm chuyên dụng với STM32F407 nguyên dương và α là 1 giá trị dương. Ta có thể thấy công thức (28) không ảnh hưởng đến sự ổn định của Discovery [7] là STM32CubeMX và Keil MDK-ARM.. hệ vì N(s) luôn dương. Từ (30) ta thấy khi tăng, N(s) Code sẽ được nạp vào vi điều khiển để thay thế cho [ ] [ ] mô hình bộ điều khiển (controller model). Hiện tại thì tiến tới d0, tiến tới , là 1 giá trị lớn hơn [K]. Điều [ ] $% bộ điều khiển là code nằm trên Vi điều khiển, còn đối này có ý nghĩa là tăng trong quá trình tiến về mặt tượng cần điều khiển nằm trên Matlab của máy tính. trượt hay hệ tiến về mặt trượt nhanh hơn. Và ngược Máy tính và Vi điều khiển sẽ giao tiếp và trao đổi dữ [ ] liệu với nhau qua cáp USB (ST-link). lại giảm, N(s) tiến tới 1, tiến tới [K]. Điều này có ý nghĩa khi hệ đã về mặt trượt thì [ ] giảm đồng nghĩa độ rung giảm. Việc chọn s thay vì VLJ V trong (28) cũng nhằm giảm độ rung của hệ. Từ (28) ta có: s! = N -1 Ks (31) Ta cần giải phương trình: f ( x, t ) + B ( x, t ) u N = - N-1Ks (32) Từ đó tính được: Hình 5. Vi điều khiển STM32F407G-DISC Trên cơ sở xây dựng bộ điều khiển trượt cơ bản ta thu được: Các bước để lập trình cho STM32F407G-DISC1 - Xây dựng mô hình trên simulink; uN = ( B ( x,t ) ) -1 (-N -1 Ks - f ( x,t ) ) (33) - Mô phỏng; u N = M éë x!!1d - l ( x 2 - x! 1d ) ùû + Cq+ ! g - Build code (tạo khối PIL); Chọn: - Nạp chương trình cho STM32F407G-DISC1 thông D = -MN -1Ks (34) qua giao tiếp ST-Link; ! -1 Ks s=N - Chạy chương trình và debug. Þ V! = - sT N -1 Ks
  12. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Thông số của bộ điều khiển trượt cơ bản: æ 100 0 0 0 0 ö ç 0 100 0 0 0 ÷ [ K ] = çç 0 0 50 0 0 ÷ ÷ ç 0 0 0 20 0 ÷ è 0 0 0 0 20 ø æ1000 0 0 0 0 ö ç 0 2000 0 0 0 ÷ ç ÷ [K ] = ç 0 0 500 0 0 ÷ ç 0 0 0 2000 0 ÷ ç ÷ è 0 0 0 0 1000 ø Thông số của bộ điều khiển trượt với luật tiếp cận theo hàm mũ: N = diag(n) voi n = 0.6 + 0.6e(-20|si|) Với các thông số mô phỏng trình bày như ở trên, ta thu được kết quả mô phỏng của một số đại lượng ứng với hai trường hợp trượt cơ bản và trượt chống rung như dưới đây: Hình 8. Góc quay của các khớp theo bộ điều khiển trượt chống rung Hình 6. Mô hình PIL gắn với tay máy VNR-T1 Hình 7. Góc quay của các khớp theo bộ điều khiển trượt cơ bản Hình 9. Sai lệch bám theo luật điều khiển trượt cơ bản Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
  13. LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Hình 10. Sai lệch bám theo luật điều khiển trượt Hình 12. Momen cung cấp cho các khớp theo bộ chống rung điều khiển trượt chống rung Nhận xét - Kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển trượt chống rung cho kết quả tối ưu hơn so với bộ điều khiển trượt cơ bản. - Giao tiếp giữa vi điều khiển và matlab ổn định nhưng quá trình nạp bộ điều khiển qua giao tiếp ST-link còn chậm. - Vi điều khiển có thể xử lí ổn định ở chế độ PIL nhưng để phát triển tiếp hệ thống đến HIL thì vẫn còn nhiều hạn chế về kết nối và các cổng giao tiếp I/O. 6. KẾT LUẬN Các bộ điều khiển thiết kế được đều có khả năng điều khiển robot chính xác về mặt quỹ đạo. Tuy nhiên để điều khiển ổn định thì cần có bộ điều khiển trượt với luật tiếp cận hàm mũ hoặc các bộ điều khiển không gây rung, khử nhiễu tốt. Bộ điều khiển trượt chống rung cho kết quả tối ưu hơn so với bộ điều khiển trượt cơ bản. Vi điều khiển có thể xử lí ổn định ở chế độ PIL Hình 11. Momen cung cấp cho các khớp theo bộ nhưng để phát triển tiếp hệ thống đến HIL thì vẫn còn điều khiển trượt cơ bản nhiều hạn chế về kết nối và các cổng giao tiếp I/O. Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
  14. NGHIÊN CỨU KHOA HỌC I LIỆU THAM KHẢO [5]. Santana A, Martins L, Duarte R, Arantes G (2014), Processor-in-the-Loop Simulations [1]. Le Ngoc Truc, Nguyen Tung Lam (2020), Designing Applied to the Design and Evaluation of a Satellite sliding mode control using exponential functions Attitude Control, Computational and Numerical applied for the 5-DOF VNR T1 robo,. Measurement, Simulations. Control, and Automation, vol.1, pp. 1-7. [6]. B. Q. Khánh, N. V. Liễn, P. Q. Hải and D. V. Nghi [2]. M. Chen, S. S. Ge, and B. Ren (2011), Adaptive (2004), Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB tracking control of uncertain MIMO nonlinear Khoa học và Kỹ thuật, 418 tr. systems with input constraints, Automatica, vol. 47, no. 3, pp. 452-465. [7]. Replace STM32F4DISCOVERY, Discovery kit with STM32F407VG MCU* New order code [3]. D. Won, W. Kim, D. Shin and a. C. C. Chung (2015), High-Gain Disturbance Observer-Based STM32F407G-DISC1. Backstepping Control With Output Tracking Error [8]. Nguyễn Mạnh Tiến (2007), Điều khiển robot công Constraint for Electro-Hydraulic Systems, IEEE nghiệp, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 270 trang. Transactions on control systems technology, [9]. Nguyễn Phùng Quang (2002), Truyền động điện vol.23, pp. 787-795. thông minh, NXB Khoa học và Kỹ thuật, 285 trang. [4]. T. Le Ngoc, Q. van Nguyen, and P. Q. Nguyen [10]. By Lars Rosqvist, Roger Aarenstrup, and Kristian (2020), Dynamic Model With a New Formulation of Lindqvist, MathWorks, Processor-In-the-Loop Coriolis/Centrifugal Matrix for Robot Manipulators, Simulation on Embedded Linux Boards (https:// Journal of Computer Science and Cybernetics, www.mathworks.com). vol. 36, no. 1. pp. 89-104. THÔNG TIN TÁC GIẢ Lê Ngọc Trúc - Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Năm 2006: Tốt nghiệp Đại học ngành Điều khiển tự động, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. + Năm 2010: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Điều khiển tự động, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Cơ khí động lực, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên. - Lĩnh vực quan tâm: Điều khiển tự động, robo cs, mô hình hóa hệ thống, động lực học hệ nhiều vật. - Email: lengoctruc@gmail.com. - Điện thoại: 0983 247 911. Trần Văn Chi - Từ 2016-2021: Sinh viên Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, chuyên ngành tự động hóa công nghiệp. - Tóm tắt công việc hiện tại: Sinh viên Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Lĩnh vực quan tâm: Tự động hóa, robot. - Email: tranvanchi98@gmail.com. - Điện thoại: 0845 551 854. Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
  15. LIÊN NGÀNH ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - TỰ ĐỘNG HÓA Nguyễn Hữu Hải - Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Năm 2002: Tốt nghiệp Đại học ngành Tự động hóa, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. + Năm 2006: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Tự động hóa, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội. - Lĩnh vực quan tâm: Tự động hoá. - Email: nguyenhuuhai@haui.edu.vn. - Điện thoại: 0936658826. Nguyễn Danh Huy - Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Năm 1997: Tốt nghiệp Đại học ngành Tự động hoá, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. + Năm 2000: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Tự động hóa Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. + Năm 2019: Tốt nghiệp Tiến sĩ ngành Tự động hóa Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Lĩnh vực quan tâm: Tự động hóa. - Email: huy.nguyendanh@hust.edu.vn. - Điện thoại: 0913 557 899. Nguyễn Trọng Các - Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Năm 2002: Tốt nghiệp Đại học ngành Điện, chuyên ngành Điện nông nghiệp, Trường Đại học Nông nghiệp I Hà Nội (nay là Học viện Nông nghiệp Việt Nam). + Năm 2005: Tốt nghiệp Thạc sĩ ngành Kỹ thuật tự động hóa, chuyên ngành Tự động hóa, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. + Năm 2015: Tốt nghiệp Tiến sĩ ngành Kỹ thuật điện tử, chuyên ngành Kỹ thuật điện tử, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên khoa Điện, Trường Đại học Sao Đỏ. - Lĩnh vực quan tâm: DCS, SCADA, NCS. - Email: cacdhsd@gmail.com. - Điện thoại: 0904 369 421. Nguyễn Tùng Lâm - Tóm tắt quá trình đào tạo, nghiên cứu (thời điểm tốt nghiệp và chương trình đào tạo, nghiên cứu): + Năm 2014: Tốt nghiệp Tiến sĩ tại Đại học Tây Úc. - Tóm tắt công việc hiện tại: Giảng viên Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. - Lĩnh vực nghiên cứu: Tự động hóa. - Email: lam.nguyentung@hust.edu.vn. Tạp chí Nghiên cứu khoa học, Trường Đại học Sao Đỏ, ISSN 1859-4190, Số 2 (73) 2021
nguon tai.lieu . vn
Kiến trúc - Xây dựng Tự động hoá Điện - Điện tử Kĩ thuật Viễn thông Cơ khí - Chế tạo máy Năng lượng Hoá dầu Hoá học Sinh học