Xem mẫu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRẦN ANH QUÝ
ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP TRƢỢT
ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT SCARA
NHIỀU BẬC TỰ DO
Chuyên ngành : Tự động hóa
Mã số:
60.52.60
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2014
Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ANH DUY
Phản biện 1: PGS.TS. BÙI QUỐC KHÁNH
Phản biện 2: TS. VÕ NHƢ TIẾN
Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 09 tháng
11 năm 2014
* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng trong các lĩnh
vực cơ khí, điện tử, thì sự tích hợp của 3 lĩnh vực đó là tự động hóa
cũng phát triển và được coi là ngành mũi nhọn trong quá trình hiện
đại hóa và công hiệp hóa đất nước. Sản phẩm của tự động hóa rất
nhiều nhưng robot thì thể hiện tất cả trong ba lĩnh vực trên.
Đặc điểm cơ bản của hệ thống điều khiển robot là thực hiện
được điều khiển bám theo một quỹ đạo phức tạp đặt trước trong
không gian, tuy nhiên khi dịch chuyển thì trọng tâm của các chuyển
động thành phần và mômen quán tính của hệ sẽ thay đổi, điều đó dẫn
đến thông số động học của hệ cũng thay đổi theo quỹ đạo chuyển
động. Do vậy, khi điều khiển robot bám theo quỹ đạo đặt trước phải
giải quyết được những vấn đề sau:
Khắc phục các lực tương tác phụ thuộc vào vận tốc, gia tốc
của quỹ đạo riêng các chuyển động thành phần và quỹ đạo chung của
cả hệ như: lực quán tính, lực ly tâm, lực ma sát v.v...
Phương pháp điều khiển động lực học ngượccần phải biết
chính xác thông số của đối tượng, trong khi đối tượng thực tế lại có
thông số thay đổi và nhiễu không xác định trong môi trường làm
việc.
Phương pháp điều khiển phản hồi phân ly phi tuyếncó nhược
điểm là hệ thống điều khiển có tính phi tuyến cao, do đó độ phức tạp
trong điều khiển là khá lớn, khó có khả năng thực hiện trong thực tế.
Phương pháp điều khiển thích nghi theo mô hình chuẩnchỉ
thực hiện đơn giản cho mô hình tuyến tính với giả thiết bỏ qua sự
liên hệ động lực học giữa các chuyển động thành phần trong hệ.
2
Phương pháp điều khiển thích nghi theo sai lệchcó luật điều
khiển thích nghi được đơn giản hoá bằng cách áp dụng phương pháp
điều khiển thích nghi suy giảm phân ly, do đó phương pháp này luôn
tồn tại sai lệch quỹ đạo.
Phương pháp điều khiển kiểu trượtcó ưu điểm là tính bền vững
cao, đặc tính động học của hệ chỉ phụ thuộc vào việc lựa chọn mặt
trượt. Tại thời điểm đầu của quá trình quá độ, hệ thống điều khiển
này rất nhạy cảm với các nhiễu và sai lệch để có thể bám vào quỹ
đạo trượt vốn biến đổi theo thời gian nên thường xuất hiện tình trạng
lập bập, điều này sẽ gây ra những rung động không mong muốn
trong hệ điều khiển.
Phương phápđiều khiển trượt có đầy đủ các yếu tố cần thiết
cho việc thiết kế bộ điều khiển có các tính năng theo yêu cầu đề ra.
Tính ổn định của điều khiển trượt rất rộng và đồng quy và được ứng
dụng trong việc thực hiện các điều khiển nhảy cấp lý tưởng. Phương
pháp này đảm bảo được tính bền vững và tính bất biến đối với tác
động bên ngoài.
Với ý nghĩa đó, tác giả chọn đề tài “Ứng dụng phương pháp
trượt điều khiển cánh tay robot Scara nhiều bậc tự do”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát:
- Đánh giá mức độ điều khiển của các phương pháp trượt
Mục tiêu cụ thể:
- Thiết kế được bộ điều khiển theo phương pháp trượt
HOSMC dùng hàm sign và phương pháp lớp biên dùng hàm Sat
nhằm nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển quỹ đạo robot.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
- Cánh tay robot Scara 3 bậc tự do.
3
Phạm vi nghiên cứu
- Điều khiển quỹ đạo chuyển động của cánh tay robot bám
chính xác quỹ đạo đặt trước theo phương pháp trượt.
- Giảm hiện tượng chartering dùng hàm sat
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết:
Tìm hiểu lý thuyết về điều khiển tự động, lý thuyết về điều
khiển bền vững. Xây dựng mô hình toán học đối tượng trên lý
thuyết.
+ Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển trượt cánh tay robot.
Nghiên cứu thực nghiệm:
+ Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển và mô phỏng trên
phần mềm Simulink Matlab.
+ Nhận xét và đánh giá kết quả.
5. Bố cục đề tài gồm 5 chƣơng
- Chương 1. Tổng quan về robot công nghiệp.
- Chương 2: Điều khiển trượt bền vững cho hoạt động tay
máy.
- Chương 3: Phương trình động học robot.
- Chương 4: Xây dựng hệ thống điều khiển trượt cánh tay
robot.
- Chương 5: Mô phỏng và kết quả.
6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu
Đề tài được nghiên cứu dựa trên các tài liệu có liên quan đến
nội dung về lý thuyết điều khiển tự động và lý thuyết về điều khiển
hiện đại, robot công nghiệp, lý thuyết về các phương pháp điều khiển
robot, phương pháp điều khiển trượt ứng dụng cho robot công
nghiệp.
nguon tai.lieu . vn
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRẦN ANH QUÝ
ỨNG DỤNG PHƢƠNG PHÁP TRƢỢT
ĐIỀU KHIỂN CÁNH TAY ROBOT SCARA
NHIỀU BẬC TỰ DO
Chuyên ngành : Tự động hóa
Mã số:
60.52.60
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Đà Nẵng - Năm 2014
Công trình được hoàn thành tại
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ANH DUY
Phản biện 1: PGS.TS. BÙI QUỐC KHÁNH
Phản biện 2: TS. VÕ NHƢ TIẾN
Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp Thạc sĩ kỹ thuật tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 09 tháng
11 năm 2014
* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Ngày nay cùng với sự phát triển không ngừng trong các lĩnh
vực cơ khí, điện tử, thì sự tích hợp của 3 lĩnh vực đó là tự động hóa
cũng phát triển và được coi là ngành mũi nhọn trong quá trình hiện
đại hóa và công hiệp hóa đất nước. Sản phẩm của tự động hóa rất
nhiều nhưng robot thì thể hiện tất cả trong ba lĩnh vực trên.
Đặc điểm cơ bản của hệ thống điều khiển robot là thực hiện
được điều khiển bám theo một quỹ đạo phức tạp đặt trước trong
không gian, tuy nhiên khi dịch chuyển thì trọng tâm của các chuyển
động thành phần và mômen quán tính của hệ sẽ thay đổi, điều đó dẫn
đến thông số động học của hệ cũng thay đổi theo quỹ đạo chuyển
động. Do vậy, khi điều khiển robot bám theo quỹ đạo đặt trước phải
giải quyết được những vấn đề sau:
Khắc phục các lực tương tác phụ thuộc vào vận tốc, gia tốc
của quỹ đạo riêng các chuyển động thành phần và quỹ đạo chung của
cả hệ như: lực quán tính, lực ly tâm, lực ma sát v.v...
Phương pháp điều khiển động lực học ngượccần phải biết
chính xác thông số của đối tượng, trong khi đối tượng thực tế lại có
thông số thay đổi và nhiễu không xác định trong môi trường làm
việc.
Phương pháp điều khiển phản hồi phân ly phi tuyếncó nhược
điểm là hệ thống điều khiển có tính phi tuyến cao, do đó độ phức tạp
trong điều khiển là khá lớn, khó có khả năng thực hiện trong thực tế.
Phương pháp điều khiển thích nghi theo mô hình chuẩnchỉ
thực hiện đơn giản cho mô hình tuyến tính với giả thiết bỏ qua sự
liên hệ động lực học giữa các chuyển động thành phần trong hệ.
2
Phương pháp điều khiển thích nghi theo sai lệchcó luật điều
khiển thích nghi được đơn giản hoá bằng cách áp dụng phương pháp
điều khiển thích nghi suy giảm phân ly, do đó phương pháp này luôn
tồn tại sai lệch quỹ đạo.
Phương pháp điều khiển kiểu trượtcó ưu điểm là tính bền vững
cao, đặc tính động học của hệ chỉ phụ thuộc vào việc lựa chọn mặt
trượt. Tại thời điểm đầu của quá trình quá độ, hệ thống điều khiển
này rất nhạy cảm với các nhiễu và sai lệch để có thể bám vào quỹ
đạo trượt vốn biến đổi theo thời gian nên thường xuất hiện tình trạng
lập bập, điều này sẽ gây ra những rung động không mong muốn
trong hệ điều khiển.
Phương phápđiều khiển trượt có đầy đủ các yếu tố cần thiết
cho việc thiết kế bộ điều khiển có các tính năng theo yêu cầu đề ra.
Tính ổn định của điều khiển trượt rất rộng và đồng quy và được ứng
dụng trong việc thực hiện các điều khiển nhảy cấp lý tưởng. Phương
pháp này đảm bảo được tính bền vững và tính bất biến đối với tác
động bên ngoài.
Với ý nghĩa đó, tác giả chọn đề tài “Ứng dụng phương pháp
trượt điều khiển cánh tay robot Scara nhiều bậc tự do”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu tổng quát:
- Đánh giá mức độ điều khiển của các phương pháp trượt
Mục tiêu cụ thể:
- Thiết kế được bộ điều khiển theo phương pháp trượt
HOSMC dùng hàm sign và phương pháp lớp biên dùng hàm Sat
nhằm nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển quỹ đạo robot.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
- Cánh tay robot Scara 3 bậc tự do.
3
Phạm vi nghiên cứu
- Điều khiển quỹ đạo chuyển động của cánh tay robot bám
chính xác quỹ đạo đặt trước theo phương pháp trượt.
- Giảm hiện tượng chartering dùng hàm sat
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết:
Tìm hiểu lý thuyết về điều khiển tự động, lý thuyết về điều
khiển bền vững. Xây dựng mô hình toán học đối tượng trên lý
thuyết.
+ Xây dựng cấu trúc hệ thống điều khiển trượt cánh tay robot.
Nghiên cứu thực nghiệm:
+ Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển và mô phỏng trên
phần mềm Simulink Matlab.
+ Nhận xét và đánh giá kết quả.
5. Bố cục đề tài gồm 5 chƣơng
- Chương 1. Tổng quan về robot công nghiệp.
- Chương 2: Điều khiển trượt bền vững cho hoạt động tay
máy.
- Chương 3: Phương trình động học robot.
- Chương 4: Xây dựng hệ thống điều khiển trượt cánh tay
robot.
- Chương 5: Mô phỏng và kết quả.
6. Tổng quan tài liệu nghiên cứu
Đề tài được nghiên cứu dựa trên các tài liệu có liên quan đến
nội dung về lý thuyết điều khiển tự động và lý thuyết về điều khiển
hiện đại, robot công nghiệp, lý thuyết về các phương pháp điều khiển
robot, phương pháp điều khiển trượt ứng dụng cho robot công
nghiệp.