Đề tài: Ứng dụng bộ điều khiển PID thích nghi trong điều khiển lai vị trí - lực cho tay máy

Chia sẻ: Dung Nguyen | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngày nay trên thế giới không có công nghệ nào phát triển nhanh và mạnh như kỹ thuật robot. Robot sẽ trở thành một trong những động lực quan trong nhất của sự phát triển kỹ thuật.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đề tài: Ứng dụng bộ điều khiển PID thích nghi trong điều khiển lai vị trí - lực cho tay máy

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
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
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
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]:
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)
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
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
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
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
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
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
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
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.