Xem mẫu

  1. 1 2 Công trình ñư c hoàn thành t i B GIÁO D C VÀ ĐÀO T O Đ I H C ĐÀ N NG Đ I H C ĐÀ N NG Ngư i hư ng d n khoa h c: TS. NGUY N HOÀNG MAI NGUY N MINH ĐI P Ph n bi n 1: TS. NGUY N Đ C THÀNH NG D NG B ĐI U KHI N PID THÍCH NGHI TRONG Ph n bi n 2: TS. VÕ NHƯ TI N ĐI U KHI N LAI V TRÍ-L C CHO TAY MÁY Lu n văn ñư c b o v t i H i ñ ng ch m Lu n văn t t Chuyên ngành: T ñ ng hóa nghi p th c sĩ k thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 9 tháng 6 năm 2012 Mã s : 60.52.60 Có th tìm hi u lu n văn t i: TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T - Trung tâm Thông tin - H c li u, Đ i h c Đà N ng - Trung tâm H c li u, Đ i h c Đà N ng. Đà N ng, Năm 2012
  2. 3 4 M Đ U M c ñích nghiên c u ñ tài này là nh m ñánh giá m c ñ ưu 1. Lý do ch n ñ tài vi t c a b ñi u khi n PID thích nghi so v i b ñi u khi n PID Ngày nay trên th gi i không có công ngh nào phát tri n 3. Đ i tư ng và ph m vi nghiên c u nhanh và m nh như k thu t robot. Robot s tr thành m t trong Nghiên c u và xây d ng ñi u khi n PID thích nghi ñ ñi u nh ng ñ ng l c quan tr ng nh t c a s phát tri n k thu t. nư c ta, khi n lai v trí-l c cho tay máy robot và áp d ng mô ph ng thu t toán là m t nư c ñang trong giai ño n công nghi p hóa hi n ñ i hóa ñ t ñi u khi n này trên mô hình tay máy 2 b c t do. nư c, vi c ng d ng robot công nghi p là không th thi u. 4. Phương pháp nghiên c u Robot ñã và ñang ñư c ng d ng r ng rãi trong nhi u lĩnh v c + Nghiên c u lý thuy t. khác nhau. Tay máy ñư c dùng ch y u trong các công vi c như: + Mô hình th c nghi m: Mô ph ng trên Matlab và Simulink. G p v t li u, hàn, l p ráp, sơn,…Các công vi c này thư ng yêu c u 5. Ý nghĩa khoa h c và th c ti n c a ñ tài tay máy ph i có ñ chính xác cao, l p l i và th c hi n nhanh. - ng d ng ñ ñi u khi n lai v trí-l c cho tay máy 2 DOF. Hi n nay có nhi u phương pháp ñi u khi n t ñ ng nhưng - Nâng cao ñư c ch t lư ng ñi u khi n ñ i v i ñi u khi n tay phương pháp ñi u khi n kinh ñi n PID v n ñóng vai trò quan tr ng. máy robot. Góp ph n ng d ng robot ngày càng ph bi n nư c ta. Tuy nhiên v i tay máy là ñ i tư ng có tính phi tuy n m nh, vi c s 6. C u trúc c a lu n văn d ng phương pháp ñơn thu n PID s cho các ch tiêu ch t lư ng quá N i dung lu n văn bao g m 4 chương, trong ñó: ñ không t t, ch u nhi u kém và d m t n ñ nh. Do ñó, vi c nghiên Chương 1: T ng quan tay máy robot. Chương này gi i thi u c u và ng d ng các thu t toán ñi u khi n hi n ñ i nh m ñi u khi n t ng quan v s phát tri n và thành ph n c u t o chính tay máy robot chính xác và lo i b các tác ñ ng không mong mu n trong quá trình Chương 2: Đ ng l c h c c a tay máy robot. Chương này gi i ñi u khi n tay máy luôn thu hút ñư c s quan tâm, nghiên c u c a thi u ñ ng l c h c lai v trí-l c tay máy robot và mô hình thu t toán các nhà khoa h c. c a ñ ng cơ ñi n m t chi u (DMC) V i các lý do trên, tác gi ñã l a ch n ñ tài “ ng d ng b Chương 3: Cơ s lý thuy t ñi u khi n PID thích nghi và thi t ñi u khi n PID thích nghi trong ñi u khi n lai v trí-l c cho tay k b ñi u khi n PID thích nghi ñi u khi n lai v trí-l c cho tay máy máy” làm ñ tài nghiên c u v i mong mu n ñáp ng ngõ ra và các robot 2 b c t do. Chương này gi i thi u cơ s lý thuy t các b ñi u ñ c tính c a h th ng ñi u khi n th a mãn các yêu c u ñã ñ ra. khi n kinh ñi n, thích nghi và thi t k b ñi u khi n PID thích nghi 2. M c ñích nghiên c u Chương 4: Mô ph ng h th ng và k t lu n
  3. 5 6 CHƯƠNG 1 CHƯƠNG 2 T NG QUAN TAY MÁY ROBOT Đ NG L C H C C A TAY MÁY ROBOT 1.1. L ch s phát tri n 2.1. Phương trình ñ ng h c c a Robot 1.2. Các ñ nh nghĩa 2.1.1. Phương trình ñ ng h c thu n c a Robot Đ nh nghĩa theo RIA (Robot Institute of America) 2.1.1.1. Tham s c a thanh n i và kh p Đ nh nghĩa theo tiêu chu n AFNOR (Pháp) 2.1.1.2. L p b ng thông s (DH) Danevit-Hartenberg Đ nh nghĩa theo Γ OCT 25686-85 (Nga) 2.1.2. Phương trình ñ ng h c ngư c c a Robot 1.3. C u trúc cơ b n c a Robot công nghi p 2.1.2.1. Các ñi u ki n c a bài toán ñ ng h c ngư c 1.4. H th ng d n ñ ng 2.1.2.2. L i gi i theo phép quay Euler 1.5. H th ng c m bi n. 2.1.2.3. L i gi i c a phép quay Roll, Pitch, Yaw 1.6. K t c u tay máy 2.2. Phương trình ñ ng l c h c c a robot 1.7. Các phương pháp ñi u khi n tay máy robot M (q)q + C (q, q)q + g (q) = τ && & & (2.10) 1.8. K t lu n (2.10) là phương trình ñ ng l c h c c a tay máy có n-DOF Chương này chúng ta tìm hi u sơ lư c v l ch s phát tri n c a 2.2.1. Các tính ch t c a mô hình ñ ng l c h c tay máy robot công ngh robot, ñ c ñi m cơ b n c a robot và các phương pháp ñi u 2.2.1.1. Ma tr n quán tính M(q) khi n robot. Vi c ñi u khi n cánh tay robot luôn là m t trong nh ng 2.2.1.2. Ma tr n l c ly tâm và l c Coriolis nhi m v quan tr ng ñòi h i ph i thư ng xuyên ñư c nghiên c u, 2.2.1.3. Vector moment tr ng l c phát tri n và hoàn thi n theo hư ng t i ưu hơn. 2.2.2. Mô hình ñ ng l c h c cho tay máy hai b c t do y mt,It m2,I l q lC1 m1,I l2 lC2 q x Hình 2.3: C u trúc ñ ng h c c a tay máy hai b c t do
  4. 7 8 2.2.2.1. Đ ng h c thu n τ ' = M ( q )q + C (q, q )q + G (q ) + D (q ) + J T ( q ) f && & & & (2.47) x  (2.23) Mô men ngo i l c tác d ng vào tay máy có phương trình ñ ng  y  = φ (q1 , q2 )   l c sau [8]: V i tay máy robot 2 DOF, mô hình ñ ng h c ñư c cho b i: τ f = J T (q) f (2.48) x = l1 cos(q1 ) + l2 cos(q1 + q2 ) y = l1 sin(q1 ) + l2 sin(q1 + q2 ) J(q) ñư c xác ñ nh (2.25) (2.24) 2.4. Đ ng cơ ñi n m t chi u trong ñi u khi n tay máy robot 2.2.2.2. Đ ng h c ngư c 2.4.1. Mô t toán h c ñ ng cơ ñi n m t chi u  q1   q  = φ ( x, y ) −1 2.4.1.1. Ch ñ xác l p c a ñ ng cơ ñi n m t chi u  1 (2.27) 2.4.1.2. Ch ñ quá ñ c a ñ ng cơ ñi n m t chi u 2.2.2.3. Đ ng l c h c tay máy hai b c t do 2.4.2. Các hàm truy n Hàm Lagrange c a tay máy robot ñã cho hình 2.3, ñư c xác 2.4.2.1. Hàm truy n b ch nh lưu ñ nh b i: L(q, q) = K(q, q) − P(q) & & 2.4.2.2. Hàm truy n b bi n dòng ño lư ng Phương trình Lagrange-Euler chính là l c t ng quát tác ñ ng 2.4.2.3. Hàm truy n máy phát t c lên khâu th i. L c t ng quát chính là moment τ ñư c xác ñ nh b i: 2.4.2.4. Hàm truy n b c m bi n v trí d  ∂L ( q , q )  ∂L ( q, q ) & & τi = − ; i = 1; 2 2.4.2.5. B ng thông s ñ ng cơ dt  ∂q   &  ∂q 2.5. K t lu n chương 2 Ch n h tr c to ñ Oxy như trên hình 2.3. Ta s tính ñư c mô Trong chương này tác gi ñã nghiên c u lý thuy t ñ ng l c h c (2.44) men l c kh p 1 và kh p 2 c a robot công nghi p cùng như mô hình thu t toán c a ñ ng cơ ñi n Mô hình tr ng thái c a tay máy robot: (2.43) m t chi u và áp d ng cho robot hai b c t do.  M 11 M 12  C11 C12   g1  Nghiên c u ñ ng l c h c robot là công vi c c n thi t khi phân  M M  q + C C  q +  g  = τ && & (2.45)  21 22   21 22   2 tích cũng như t ng h p quá trình ñi u khi n chuy n ñ ng ñ ñưa ra 2.3. Đi u khi n lai v trí-l c tay máy các phương trình ñ ng l c h c lai v trí-l c tay máy. T ñó gi i 2.3.1. T ng quan ñi u khi n lai v trí-l c tay máy robot phương trình ñ ng l c h c ñưa ra mô hình tr ng thái tay máy. K t 2.3.2. Đi u khi n lai v trí-l c tay máy 2 b c t do qu tìm ñư c s ñư c mô ph ng tay máy trong chương 4. Phương trình ñ ng l c h c lai v trí-l c tay máy [8]:
  5. 9 10 CHƯƠNG 3 D(t ) ∈ R n là nhi u CƠ S LÝ THUY T ĐI U KHI N PID THÍCH NGHI Ta có th vi t: u = M (q ) q + k (q, q ) && & VÀ THI T K B ĐI U KHI N PID THÍCH NGHI Trong ñó: ĐI U KHI N LAI V TRÍ-L C CHO TAY MÁY ROBOT k ( q, q ) = C ( q, q ) q + G ( q ) & & & a (q, q) = − M (q).k (q, q ) & −1 & 2B CT DO B (q ) = − M (q)−1 3.1 . T ng quan Suy ra: q = a (q, q) + B (q )u + D(t ) && & (3.10) 3.2. Các b ñi u khi n kinh ñi n Xét h th ng phi tuy n bi u di n phương trình tr ng thái c a 3.2.1. B ñi u khi n t l sai l ch (PE: Propotional Error) tay máy (3.10): 3.2.2. B ñi u khi n t l ñ o hàm (PD: Propotional Derivative) Trong ñó u ∈ R n là vectơ các l c t ng quát 3.2.3. B ñi u khi n t l – tích phân – ñ o hàm (PID: Propotional Gi thuy t r ng [6]: – Integral - Derivative) a ≤A  3.2.4. B ñi u khi n tính mô men (Computed - Torque Controller)  (3.11) B = H ≤ hm  −1  3.3. Đi u khi n thích nghi  d ≤D   3.3.1. Gi i thi u chung G i q d ∈ R n là vectơ quĩ ñ o mong mu n, e = qd − q; e = qd − q & & & 3.3.2. H th ng ñi u khi n thích nghi t ch nh là vectơ sai l ch bám và ñ o hàm c a chúng. 3.3.3. H th ng ñi u khi n thích theo mô hình m u Ch n σi = Ciei + ei & 3.3.4. Lu t thích nghi 3.3.4.1. Phương pháp hàm nh y (lu t MIT) Trong ñó C = diag ( C1 ,C2 ,...,Cn ) ; Ci ∈ R; Ci > 0; i = 1,..., n 3.3.4.2. Gradient và phương pháp bình phương bé nh t d a trên tiêu Ch n u = Ksgn ( σ ) (3.12) chí ñánh giá hàm chi phí sai s Trong ñó K = diag ( K1, K 2 ,...,K n ) ; K i = K > 0; i = 1,...,n sgn ( σ ) = sgn ( σ1 ) ,sgn ( σ 2 ) ...,sgn ( σ n )  T 3.3.4.3. Hàm Lyapunov   3.4. Thi t k b ñi u khi n PID thích nghi cho ñi u khi n lai v Cho h th ng (3.10) th a mãn gi thi t (3.11) v i u ch n theo (3.12), trong ñó: K = H( A+ D+ η+ Ce+&&d ) ;η > 0 trí-l c cho tay máy robot & q Đ ng l c h c cho tay máy phi tuy n có d ng: thì sai l ch bám c a h th ng e s h i t v 0. τ = M (q )q + C (q, q )q + G ( q) + D (t ) = u && & & (3.9)
  6. 11 12 Ch ng minh: T lu t ñi u khi n (3.12), ta th y hàm sgn(σ) s gây ra s thay Đ o hàm c a σ là: σ = Ce+ &&d − && & & q q ñ i c a u t +K sang –K m t cách r t nhanh khi σ ≈ 0 [6]. Đi u này & & & & σ = Ce+ qd − a ( q,q ) − B ( q ) Ksgn ( σ ) − d ( t ) trong th c t s làm cho uñk thay ñ i nhanh gi a ± K, làm ñ ng cơ Ch n , V1 = 1 σT σ ≥ 0 V1 = σ T .σ = σ T ( Ce+ &&) & & & e mau hư. Ta làm m m u b ng cách thay d u signum b ng hàm b o 2 V1 = σ T .σ = σ T Ce+ &&d − a ( q,q ) − B ( q ) Ksgn ( σ ) − d ( t )  & &  & q &&  hòa sat. Khi thay hàm signum b ng hàm t l - tích phân- ñ o hàm V1 = σ T B ( q )  B−1 ( Ce+ &&d − a ( q,q ) − d ( t ) ) − Ksgn ( σ ) &  & q &&  (PID) b o hòa, ta có th kh chattering cho các tín hi u ñi u khi n V1 ≤ σ T B ( q ) sgn ( σ )  H ( Ce+ &&d + a ( q,q ) + d ( t ) ) − K  &  & q &&  mà không gây ra s sai l ch trong ho t ñ ng c a h th ng [1]. Như v y u = Kconst.sat(σ/φ) Rõ ràng V1 ≤ 0 n u K ≥ H ( A+ D+ η+ Ce+ &&d ) v i η là m t h ng & & q s dương nh b t kỳ. −Kconst khi σ < −ϕ  Hay  σ Kconst K Theo tiêu chu n n ñ nh Lyapunov thì: V1 = 1 σT σ ≥ 0 u = Kconst . = .C.e + const .e & khi −ϕ ≤ σ ≤ ϕ 2  ϕ ϕ ϕ có V1 ≤ 0, s ñ m b o h th ng có σ → 0. & K  const khi σ > ϕ Khi σ = 0 = Ce+ e tương ñương v i Ci ei + ei = 0; i = 1,..., n & & Lu t ñi u khi n ñư c làm m m hoá này th c ch t là m t b V i Ci > 0 thì ei → 0 khi t → ∞ mà t c ñ h i t ph thu c vào ñi u khi n PD v i K P = Kconst .C và K D = K const giá tr c a Ci. ϕ ϕ T cách ch ng minh như trên ta th y r ng e → 0 khi e → 0 và & Vì b ñi u khi n là khâu PD ñ ñi u khi n m t ñ i tư ng phi && qd có gi i h n vì tính ch t v t lý c a h th ng nên có th tìm ñư c tuy n, nên luôn luôn t n t i sai l ch e. Trên quĩ ñ o pha c a sai l ch m t h ng s E sao cho: ( e, e ) , h th ng s h i t l i m t vùng quanh g c t a ñ c a & Ce+ &&d ≤ E . & q (3.13) ( e = 0, e = 0) . Rõ ràng m t khâu I ñư c ñưa vào b ñi u khi n PD có & T ñó ta có th ch n K = ( A + D +η + E ) hm là h ng s . th làm sai l ch e → 0. T ñó ta có th xây d ng m t lu t ñi u khi n H qu : Cho h th ng (3.10) v i gi thi t (3.11), (3.13) th a PID như sau: mãn, u ch n theo (3.12), Trong ñó: K = ( A + D +η + E ) hm = Kconst (3.14) − K const khi σ < −ϕ  thì sai l ch bám c a h th ng e s h i t v 0. σ u= K const K t  .C.e + const .e + I ∫ dt & khi −ϕ ≤ σ ≤ ϕ  ϕ ϕ 0ϕ K  const khi σ > ϕ
  7. 13 14 Hay CHƯƠNG 4 − Kconst khi σ < −ϕ MÔ PH NG H TH NG VÀ K T LU N  K .C + I u =  const K & C.I ∫ edt t  .e + const .e + khi − ϕ ≤ σ ≤ ϕ (3.15) 4.1. Mô hình hóa tay máy robot  ϕ ϕ ϕ 0 K  const khi σ > ϕ 4.2. Mô hình hóa ñ ng cơ ñi n m t chi u 4.3. Mô hình hóa b ñi u khi n PID thích nghi v i các tham s ñây: K P = K const .C + I ; K I = C.I ; K D = K const ϕ ϕ ϕ thích nghi là K = K consti .Ci + I i ; K = Ci .I i ; K = K consti Pi ϕi Ii ϕi Di ϕi T k t qu thi t k và xây d ng lu t ñi u khi n PID thích nghi 4.4. Mô hình hóa h th ng t ng quát như trên, tác gi áp d ng cho tay máy 2 b c t do Kh p 1: Lu t ñi u khi n PID thích nghi KP, KI, KD K consti .Ci + I i Ci .I i K consti K P1 = ; KI1 = ; K D1 = ;i = 1÷ 3 ϕi ϕi ϕi Kh p 2: Lu t ñi u khi n PID thích nghi KP, KI, KD K consti .Ci + I i Ci .I i K consti KP2 = ; KI 2 = ; KD2 = ;i = 1÷ 3 ϕi ϕi ϕi 3.5. K t lu n chương 3 Chương này gi i thi u các b ñi u khi n kinh ñi n và ñi u khi n hi n ñ i cho tay máy robot. Áp d ng ñ thi t k b ñi u khi n PID thích nghi cho tay máy robot. Qua ñó xác ñ nh ñây là m t phương pháp khoa h c ñ l a ch n và tính ñư c các h s KP, KI, KD thông qua các thông s Kconst, C, I và φ. Đi u này s ñư c ch ng minh b ng mô ph ng trong chương 4. Hình 4.4: Sơ ñ mô hình hóa dùng b ñi u khi n PID thích nghi ñi u khi n lai v trí-l c cho tay máy 2 DOF 4.5. K t qu mô ph ng và phân tích nh n xét
  8. 15 16 4.5.1. K t qu mô ph ng so sánh gi a b ñi u khi n PID thích nghi và PID Khi có t i v i v trí góc qd1=pi/4(rad), qd2=pi/3(rad) và l c ñ t fd1,fd2=const Hình 4.11: Sai l ch bám l c kh p 1,2 Hình 4.8: Qũi ñ o theo góc quay q1, q2 Hình 4.12: Sai l ch lai v trí-l c kh p 1(PID-TN) Hình 4.9: Sai l ch v n t c góc quay q1, q2 Hình 4.13: Sai l ch lai v trí-l c kh p 2(PID-TN) Hình 4.10: Sai l ch bám v trí kh p 1,2
  9. 17 18 B ng 4.1: B ng s li u mô ph ng PID thích nghi và PID c a v trí góc quay. Khi v trí góc quay ñ n ch ñ xác l p thì l c thôi B Đi u Kh p i Sai l ch tĩnh Th i gian xác l p tác d ng. Khi n V trí V trí 4.5.2. K t qu mô ph ng khi thay ñ i các h s Kconsti, φi, Ii, Ci c a PID-TN Kh p1 -0.1047 1 b ñi u khi n Kh p2 0.08324 0.4 PID Kh p1 -0.4883 4.1 a) V i Kconst, I, φ là h ng s và Ci l n lư t là C1 < C2< C3 (C1=20, Kh p2 0.2854 2.7 C2=25, C3=30) Nh n xét: T b ng s li u và k t qu mô ph ng hi u thi trên ñ th hình 4.8, hình 4.9, hình 4.10, hình 4.11, hình 4.12, hình 4.13 ta th y: *) V sai l ch góc quay: Hình 4.8, hình 4.10 - B ñi u khi n PID-TN: Có s dao ñ ng nh và th i gian bám t i quĩ ñ o ñ t nhanh hơn so v i b ñi u khi n PID. - B ñi u khi n PID: Dao ñ ng l n và th i gian ti n t i xác Hình 4.14: Qũi ñ o góc theo kh p 1,2 khi Ci thay ñ i l p hay th i gian bám theo quĩ ñ o ñ t ch m *) V sai l ch v n t c góc quay: Hình 4.9 - B ñi u khi n PID-TN: M c d u th i gian ñ u có s dao ñ ng nhưng th i gian ti n ñ n xác l p nhanh hơn b ñi u khi n PID. - B ñi u khi n PID: Dao ñ ng ít nhưng th i gian ti n t i xác l p ch m hơn b PID-TN. Hình 4.15: Sai l ch bám v trí kh p 1,2 khi Ci thay ñ i *) V sai l ch l c: Hình 4.11 So v i b PID thì b PID-TN có th i gian ñ n xác l p cao hơn. Tuy nhiên kh p 2 s dao ñ ng c a b PID-TN có ph n l n. *) V sai l ch v trí-l c: Hình 4.12, hình 4.13 Nhìn vào ñ th ta th y: Trong cùng th i gian ñi u khi n, khi v trí góc quay ch ñ quá ñ thì l c c a tác d ng theo ch ñ quá ñ Hình 4.16: Sai l ch l c kh p 1,2 khi Ci thay ñ i
  10. 19 20 B ng 4.2: B ng s li u mô ph ng PID thích nghi khi Ci thay ñ i Các tham s Kh pi Sai s tĩnh Th i gian xác l p Kh p1 -0.1498 1.1 φ = 0,5 C1 = 20 Kh p2 0.1646 1.1 Kconst = Kh p1 -0.1454 1.5 75 C2= 25 Kh p2 0.1661 1.4 I = 0,5 Kh p 1 -0.1494 1.7 Hình 4.18: Sai l ch bám v trí kh p 1,2 khi Kconsti thay ñ i C3 = 30 Kh p 2 0.1731 1.6 Nh n xét: T b ng 4.2, hình 4.14, hình 4.15, hình 4.16 ta th y: Khi Ci nh quĩ ñ o c a các khâu bám ñư c quĩ ñ o chu n nhanh hơn so v i Ci l n hơn, Ci càng l n sai l ch bám quĩ ñ o càng ch m. Đ ng th i sai l ch l c cũng tăng theo chi u tăng c a Ci. Ci nh hư ng ñ n s tác ñ ng nhanh c a h . Hình 4.19: Sai l ch l c kh p 1,2 khi Kconsti thay ñ i b) V i C, I, φ là h ng s và Kconsti l n lư t là Kconst1 < Kconst2 < Kconst3 B ng 4.3: B ng s li u mô ph ng PID thích nghi khi Kconsti thay ñ i (Kconst1=15, Kconst2=18, Kconst3=150) Sai s Th i gian xác Các tham s Kh p i tĩnh l p Kconst1 = 15 Kh p 1 -0.188 1.15 φi = 0,5 Kh p 2 0.1851 1.15 Ci = 20 Kconst2 = 18 Kh p 1 -0.18 1.8 Ii = 0,5 Kh p 2 0.1797 1.5 Kconst3 = 150 Kh p 1 -0.1453 2.2 Kh p 2 0.1645 2 Nh n xét: T b ng 4.3, hình 4.17, hình 4.18, hình 4.19 ta th y: Khi Kconsti l n h có dao ñ ng bám theo quĩ ñ o t t hơn khi Hình 4.17: Qũi ñ o góc quay theo kh p 1,2 khi khi Kconsti thay ñ i Kconsti nh . Khi Kconsti càng nh thì xu hư ng l ch quĩ ñ o chuy n ñ ng càng l n. Kconsti l n cũng làm cho tín hi u ñi u khi n có s thay
  11. 21 22 ñ i c a u r t nhanh. Kconsti nh làm cho sai s l c bám theo l c ñ t Các tham s Kh pi Sai s tĩnh Th i gian xác l p l n. Tóm l i Kconsti nh hư ng ñ n s n ñ nh c a h . Kh p1 -0.08438 0.85 φ = 0,08 I1 = 0.01 Kh p2 0.08089 0.85 c) V i C, Kconst, φ là h ng s và Ii l n lư t là I1< I2 < I3 (I1=0.01, Kconst = Kh p1 -0.08421 0.85 I2=0.8, I3=5) 500 I2= 0.8 Kh p2 0.08083 0.85 C = 25 Kh p1 -0.0833 0.85 I3 = 5 Kh p2 0.08054 0.85 Nh n xét: T b ng 4.4 và hình 4.20, hình 4.21, hình 4.22 ta th y: Ii ít nh hư ng nhi u ñ n s n ñ nh c a h th ng d) V i Ci, Kconsti, Ii là h ng s và φi l n lư t là φ1< φ2< φ3 (φ1=0.5, Hình 4.20: Qũi ñ o góc quay theo kh p 1,2 khi khi Ii thay ñ i φ2=5, φ3=10) Hình 4.21: Sai l ch bám v trí kh p 1,2 khi Ii thay ñ i Hình 4.23: Qũi ñ o bám theo kh p 1,2 khi khi φi thay ñ i Hình 4.22: Sai l ch l c kh p 1,2 khi Ii thay ñ i B ng 4.4: B ng s li u mô ph ng PID thích nghi khi Ii thay ñ i Hình 4.24: Sai l ch bám v trí kh p 1,2 khi φi thay ñ i
  12. 23 24 K t qu mô ph ng cho th y: Khi dùng b ñi u khi n PID thích nghi ñ ñi u khi n lai v trí-l c cho tay máy robot thì ñ n ñ nh và tác ñ ng nhanh c a h th ng t t hơn so v i dùng b ñi u khi n PID thông thư ng. V i k t qu ñã ch ng minh trong thi t k b ñi u khi n PID thích nghi chương 3 Hình 4.25: Sai s l c kh p 1,2 khi φi thay ñ i K consti .Ci + I i Ci .I i K consti K = ; K Ii = ;K = B ng 4.5: B ng s li u mô ph ng PID thích nghi khi φi thay ñ i Pi ϕi ϕi Di ϕi Các tham s Kh pi Sai s tĩnh Th i gian xác l p thì s h i t và sai l ch c a h th ng s thay ñ i khi các thông s φ1 = 0,5 Kh p1 -0.1502 1.2 Kconsti, Ii, φi, Ci (i = 1÷3) thay ñ i. C th : Kconst = Kh p2 0.1656 1.1 150 - Ci nh hư ng ñ n s tác ñ ng nhanh c a h th ng. Ci càng φ2 = 5 Kh p1 -0.2405 2.1 C = 20 l n sai l ch bám theo quĩ ñ o và l c càng ch m. Kh p2 0.2089 1.8 I =0.5 φ3 = 10 Kh p1 -0.3687 3 - Kconsti nh hư ng ñ n s n ñ nh c a h . Khi Kconsti càng nh Kh p2 0.2751 2.7 thì xu hư ng l ch quĩ ñ o và l c càng l n. N u Kconsti quá nh s làm Nh n xét: h th ng m t n ñ nh. T b ng 4.5 và hình 4.23, hình 4.24, hình 4.25 ta th y: - Ii nh hư ng không ñáng k ñ n s n ñ nh c a h th ng Khi φi nh quĩ ñ o c a các kh p bám ñư c quĩ ñ o ñ t t t hơn - φi nh hư ng ñ n ñ n ñ nh và s tác ñ ng nhanh c a h . so v i φi l n hơn. Sai s l c cũng bi n thiên theo, khi φi nh sai l ch 4.6. K t lu n chương 4 bám quĩ ñ o ít nên sai l ch l c cũng ít hơn khi φi l n. Khi φi l n ñ - N u h k t h p b ñi u khi n PID ñư c ch nh ñ nh theo ñi u bám quĩ ñ o không t t nên sai l ch l c l n. Đ ng th i φi l n tín hi u khi n thích nghi thì t c ñ ñ t ñ n giá tr ñ t nhanh hơn khi h ch ñi u khi n t lúc dao ñ ng ñ n lúc n ñ nh m t th i gian nhi u hơn ñư c ñi u khi n b ng b ñi u khi n PID. khi φi nh . Tóm l i, φi nh hư ng ñ n m c ñ n ñ nh c a h th ng - Trong cùng m t th i gian ñi u khi n, PID thích nghi có kh và s tác ñ ng nhanh c a h . năng chính xác và ñi ñ n v trí mong mu n (xd, yd) cao hơn h ch s d ng b ñi u khi n PID. e) Nh n xét chung
  13. 25 26 K T LU N VÀ KI N NGH Tuy v y, trong ph m vi v n ñ ñ t ra và th i gian h n ch , lu n V i ph m vi nghiên c u ñã xác ñ nh, lu n văn t p trung nghiên văn chưa ñ c p và gi i quy t nhi u v n ñ liên quan, ch ng h n như: c u k t h p b ñi u khi n PID thích nghi vào vi c ñi u khi n lai v Vi c ñi u khi n ñi m tác ñ ng cu i c a robot theo quĩ ñ o, l c yêu trí-l c cho tay máy 2 b c t do. Qua quá trình th c hi n tác gi nh n c u hay v n ñ t i ưu năng lư ng trong quá trình d ch chuy n c a các th y r ng vi c s d ng b ñi u khi n PID thích nghi cho h th ng t khâu, li u vi c s d ng k t qu nghiên c u ñ ñi u khi n ñ ng cơ ñ ng có nhi u thu n l i như: Đơn gi n, d thay ñ i và hi u ch nh cho robot n-DOF có t i ưu hay không, k t qu th c nghi m trên mô tham s thông qua lu t thích nghi PID ñã thi t k s n. hình th c s th nào,... Đó là nh ng v n ñ mà tác gi cũng mong T nh ng k t qu nghiên c u lý thuy t. C th là qua ph n mô mu n ti p t c nghiên c u trong th i gian t i. ph ng b ñi u khi n PID thích nghi cho tay máy 2 b c t do ta có nh ng k t lu n: - N u h k t h p b ñi u khi n PID v i b ñi u khi n thích nghi thì t c ñ ñ t ñ n giá tr ñ t nhanh hơn khi h ch ñư c ñi u khi n b ng b ñi u khi n PID. - Trong cùng m t th i gian ñi u khi n (th i gian mô ph ng), h k t h p b ñi u khi n PID v i b ñi u khi n thích nghi có kh năng h i t ñ n zero nhanh hơn nhi u so v i PID. Đi u ñó có nghĩa khi s d ng b ñi u khi n PID thích nghi thì h th ng s tác ñ ng nhanh và n ñ nh hơn v i PID Như v y lu n văn ñã gi i quy t ñư c các yêu c u ñ t ra là thi t k b ñi u khi n PID thích nghi t ñó áp d ng mô ph ng b ng mô hình hóa trên Matlab & Simulink. Qua k t qu mô ph ng chương 4 cho phép ta kh ng ñ nh r ng phương pháp ñi u khi n cho ñ i tư ng là phù h p, có th áp d ng làm cơ s nghiên c u ñ thi t k b ñi u khi n m i, góp ph n gi i quy t nh ng v n ñ trong lĩnh v c ñi u khi n h c hi n nay.