Bài giảng Thiết kế điều khiển 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Thiết kế điều khiển 1, cung cấp cho sinh viên những kiến thức như: Điều khiển vị trí hệ tuyến tính bậc hai; Điều khiển bám quỹ đạo hệ tuyến tính bậc hai. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thiết kế điều khiển 1

Nhóm chuyên môn Cơ học ứng dụng Thiết kế điều khiển 1
NỘI DUNG 1. Điều khiển vị trí hệ tuyến tính bậc hai 2. Điều khiển bám quỹ đạo hệ tuyến tính bậc hai
MỤC TIÊU Sau bài học này, người học có thể: 1. Nắm được phương pháp điều khiển tuyến tính cho hệ bậc hai 2. Thiết kế được một số luật điều khiển thông thường cho bài toán vị trí và bám quỹ đạo
NỘI DUNG TIẾP THEO 1. Điều khiển vị trí hệ tuyến tính bậc hai 1.1. Ví dụ 1 1.2. Tách luật điều khiển 2. Điều khiển bám quỹ đạo hệ tuyến tính bậc hai 4
1. ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ HỆ TUYẾN TÍNH BẬC HAI Ø Phương trình động lực mx  cx  kx  u Nhiệm vụ đặt ra: sử dụng bộ điều khiển PD, để x duy trì điểm = 0 là ổn định hay để điều khiển hệ k từ (0) về 0. u m Ø Bộ điều khiển vị trí PD c u  kd x  k p x Hệ bậc 2 Ø Phương trình hệ động lực có điều khiển mx  (c  kd )x  (k  k p )x  0 5
1. ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ HỆ TUYẾN TÍNH BẬC HAI x k x  2n x  n2x  0 u m k  kp c  kd c n  ,  m 2 (k  k p )m Hệ bậc 2 Chọn các hệ số của bộ điều khiển: x(t) Đáp ứng của hệ tiến về 0 dạng hàm mũ. 0  u(t) S Hệ   kp kd x  1 Đáp ứng cản nhỏ xd  0   1 Đáp ứng cản tới hạn S  xd  0 S  1 Đáp ứng cản lớn   Sơ đồ hệ điều khiển 6
1. ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ HỆ TUYẾN TÍNH BẬC HAI 1.1. Ví dụ 1 Ø Đề bài mx  cx  kx  u Cho = 1, = 1, = 1. Hãy chọn kp và kd sao cho: x cản của hệ kín là tới hạn và độ cứng của hệ kín là 16. k u m Ø Lời giải: k  k  16 c  d p  1  Hệ bậc 2 c  kd k p  k  16   1  2 (kd  k p )m   kd  2 (k  k p )m  c  7  k p  16  k  15 u  7x  15x 7
1. ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ HỆ TUYẾN TÍNH BẬC HAI 1.2. Tách luật điều khiển x Ø Luật điều khiển k u  u    m u Ø Các thành phần của luật điều khiển c     m Hệ bậc 2     cx  kx  u   kd(0  x )  k p (0  x ) x(t) xd  0 u u(t) m S S + Hệ Ø Ví dụ 2 + x k’p k’d Cho = 1, = 1, = 1 . cx  kx xd  0 Hãy chọn , sao cho: + S - S cản của hệ kín là tới hạn và xd  0 + - độ cứng của hệ kín là 16. Sơ đồ hệ điều khiển 8
1. ĐIỀU KHIỂN VỊ TRÍ HỆ TUYẾN TÍNH BẬC HAI 1.2. Tách luật điều khiển x Ø Ví dụ 2 Cho = 1, = 1, = 1. Hãy chọn , sao cho: k u cản của hệ kín là tới hạn và độ cứng của hệ kín là 16. m Ø Lời giải: e  kde  k pe  0  e  20e  02e  0 c k p  02  42  k p  16 Hệ bậc 2 kd  20  2 k p  2  1  16  kd  8 Bộ điều khiển   m;   cx  kx ; u   kd(0  x )  k p (0  x ) u  u     m(kdx  k px )  cx  kx  (mkd  c)x  (mk p  k )x  kd x  k p x 9
NỘI DUNG TIẾP THEO 1. Điều khiển vị trí hệ tuyến tính bậc hai 2. Điều khiển bám quỹ đạo hệ tuyến tính bậc hai 2.1. Trường hợp không có nhiễu 2.2. Trường hợp có nhiễu tác động 10
2. ĐIỀU KHIỂN BÁM QUỸ ĐẠO HỆ TUYẾN TÍNH BẬC HAI 2.1. Trường hợp không có nhiễu Ø Phương trình động lực mx  cx  kx  u x Nhiệm vụ đặt ra: sử dụng bộ điều khiển PD, để duy trì chuyển động mong muốn theo thời gian là ổn định. k u m Ø Luật điều khiển u  u    c Ø Các thành phần của luật điều khiển Hệ bậc 2   m     cx  kx  u   xd  kde  k pe, e  x d  x 11
2. ĐIỀU KHIỂN BÁM QUỸ ĐẠO HỆ TUYẾN TÍNH BẬC HAI x k u e  20e  02e  0 m k p  02 , kd  20 c Hệ bậc 2 Chọn các hệ số của bộ điều khiển: Đáp ứng sai lệch tiến về 0 x(t) xd u u(t) m S Hệ S x  1 Đáp ứng cản nhỏ  kp e kd cx  kx  1 Đáp ứng cản tới hạn xd e S   1 Đáp ứng cản lớn xd S  Sơ đồ hệ điều khiển 12
2. ĐIỀU KHIỂN BÁM QUỸ ĐẠO HỆ TUYẾN TÍNH BẬC HAI 2.2. Trường hợp có nhiễu tác động Ø Phương trình động lực x f mx  cx  kx  fdist  u k Nhiệm vụ đặt ra: sử dụng bộ điều khiển PD, để duy trì m chuyển động mong muốn theo thời gian là ổn định. c u Ø Luật điều khiển u  mu   cx  kx Hệ bậc 2 có nhiễu Ø Các thành phần của luật điều khiển u   xd  kde  k pe, e  xd  x 13
2. ĐIỀU KHIỂN BÁM QUỸ ĐẠO HỆ TUYẾN TÍNH BẬC HAI 2.2. Trường hợp có nhiễu tác động Ø Phương trình động học sai số x f e  kde  k pe  fdist / m k m Ø Nhiễu bị chặn: c u Nếu biết nhiễu bị chặn, max fdist / m  a t Hệ bậc 2 có nhiễu thì sai số động học e(t) cũng bị chặn (BIBO) Ø Nhiễu không đổi: fdist Đặc biệt nếu fdist = const, thì sai lệch tĩnh sẽ là k pe  fdist / m  e  mk p Giảm e bằng cách tăng kp 14
TỔNG KẾT VÀ GỢI MỞ 1. Bài học đã đưa ra các hệ động lực tuyến tính bậc hai và thiết kế bộ điều khiển vị trí và bám quỹ đạo cho hệ một bậc tự do. 2. Người học cần biết cách thiết lập các luật điều khiển tuyến tính. Đó là cơ sở để thiết kế các bộ điều khiển phi tuyến cho robot. 3. Người học cần chủ động thực hành thiết kế và lập trình mô phỏng điều khiển bằng MATLAB/SIMULINK với các hệ đơn giản . 15
Hướng dẫn bài tập: Thiết kế điều khiển 1 Biên soạn: PGS. Phan Bùi Khôi PGS. Nguyễn Quang Hoàng ThS. Nguyễn Văn Quyền Trình bày: ThS. Nguyễn Văn Quyền
Bài học tiếp theo: Điều khiển trong không gian thao tác Tài liệu tham khảo [1] Phan Bùi Khôi. Bài giảng robotics. Đại học Bách khoa Hà Nội, 2009, chỉnh sửa năm 2023. [2] Nguyễn Quang Hoàng, Cơ sở Robotics – Cơ học và điều khiển, NXB Bách khoa Hà Nội, 2021. [3] John J Craig: Introduction to Robotics: Mechanics and Control. Pearson/Prentice Hall, 2005. [4] Bruno Siciliano, Lorenzo Sciavicco, Luigi Villani, Giuseppe Oriolo: Robotics: Modelling, Planning and Control. Springer Science & Business Media, 2010. [5] Kevin M. Lynch, Frank C. Park: Modern Robotics: mechanics, planning, and control. Cambridge University Press, 2017. [6] J.P. Merlet: Parallel Robots. Springer Science & Business Media, 2006. [7] Lung-Wen Tsai: Robot Analysis: The Mechanics of Serial and Parallel Manipulators. John Wiley & Sons, 1999. [8] Nguyễn Văn Khang: Động lực học hệ nhiều vật. NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2017. [9] Nguyễn Quang Hoàng, Tập bài giảng Robotics, 2020, chỉnh sửa năm 2022.
KẾ HOẠCH GIẢNG DẠY