Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng điều khiển trượt mạng nơ ron để điều khiển cánh tay robot hai bậc tự do

Chia sẻ: Sdfas Vfdtg | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

192
lượt xem 50
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ứng dụng điều khiển trượt mạng nơ ron để điều khiển cánh tay robot hai bậc tự do nhằm nghiên cứu mạng noron nhân tạo, nghiên cứu phương pháp nhận dạng dùng mạng noron.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn thạc sĩ: Ứng dụng điều khiển trượt mạng nơ ron để điều khiển cánh tay robot hai bậc tự do

1 2 CÔNG TRÌNH ĐƯ 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 Anh Duy VÕ VĂN PHƯƠNG Ph n bi n 1:............................................................... NG D NG ĐI U KHI N TRƯ T VÀ M NG NƠ RON Đ ĐI U KHI N Ph n bi n 2:............................................................... CÁNH TAY ROBOT HAI B C T DO Chuyên ngành : T ñ ng hóa Mã s : 60.52.60 Lu n văn s ñư c b o v trư c H i ñ ng ch m Lu n văn Th c sĩ K thu t h p t i Đ i h c Đà N ng vào ngày 10 tháng 09 năm 2011. TÓM T T LU N VĂN TH C SĨ K THU T Có th tìm hi u Lu n văn t i: - 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 2011
3 4 M Đ U M C ĐÍCH NGHIÊN C U LÝ DO CH N Đ TÀI - Nghiên c u phương pháp ñi u khi n trư t. Khái ni m ñ u tiên v phương pháp ñi u khi n trư t (Sliding - Nghiên c u m ng nơ ron nhân t o. mode control: SMC) ñư c Emelyanov nêu ra cho h th ng b c hai - Nghiên c u Phương pháp nh n d ng dùng m ng nơ ron. vào nh ng năm cu i th p niên 1960 [9]. K t ñó, phương pháp này - Mô ph ng h th ng ñi u khi n trư t bám cho cánh tay máy ñã nh n ñư c khá nhi u s quan tâm c a các nhà nghiên c u áp d ng Robot 2 b c t do. trong r t nhi u ng d ng như ñi u khi n v trí, ñi u khi n robot, ñi u - Mô ph ng h th ng ñi u khi n trư t dùng m ng nơ ron cho khi n quá trình, ngành khoa h c vũ tr , bi n ñ i ñi n năng,… cánh tay máy Robot 2 b c t do. S dĩ phương pháp ñi u khi n trư t ñư c áp d ng ph bi n - Nh n xét, so sánh, ñánh giá k t qu . như v y là do nó ho t ñ ng t t v i các h phi tuy n và s b n v ng Đ I TƯ NG VÀ PH M VI NGHIÊN C U ñ i v i các y u t chưa ch c ch n và các y u t nhi u t môi trư ng. Tay máy Robot hai b c t do. Tuy nhiên, vì s c n thi t ph i hi u rõ các ñ c tính ñ ng h c c a h PH M VI NGHIÊN C U th ng ñ tính toán tín hi u ñi u khi n ñ u vào, nên nó r t khó áp - Mô ph ng h th ng ñi u khi n trư t cho cánh tay máy Robot d ng ñ ñi u khi n các h th ng có ñ c tính ñ ng h c quá ph c t p 2 b c t do. ho c các h th ng có ñ c tính ñ ng h c không rõ ràng. Do ñó Vi c - Mô ph ng h th ng ñi u khi n trư t dùng m ng nơ ron cho thi t k h th ng ñi u khi n trư t ñòi h i ph i xác ñ nh các mô hình cánh tay máy Robot 2 b c t do. c a ñ i tư ng ñi u khi n. - Nh n xét, so sánh, ñánh giá k t qu . Trong trư ng h p không xác ñ nh mô hình toán c a h phi PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U tuy n, ho c mô hình có y u t không ch c ch n b ng cách gi i bài - Nghiên c u lý thuy t. toán nh n d ng h th ng ta có th xác ñ nh mô hình toán c a ñ i - S d ng ph n m n Matlab/Simulink ñ mô ph ng. tư ng và s d ng thông tin này ñ thi t k h th ng ñi u khi n. Ý NGHĨA KHOA H C VÀ TH C TI N C A Đ TÀI Trong lu n văn này là dùng m ng nơ ron ñ nh n d ng h th ng. - ng d ng m ng nơ ron ñ thi t k b ñi u khi n trư t cho Trên cơ s s d ng mô hình m ng nơ ron, tác gi s xây d ng tay máy hai b c t do. các lu t ñi u khi n trư t cho ñ i tư ng phi tuy n và ñã ch n ñ tài “ - Nghiên c u lý thy t, làm cơ s ñ tri n khai th c t NG D NG ĐI U KHI N TRƯ T VÀ M NG NƠ RON Đ B C C LU N VĂN ĐI U KHI N CÁNH TAY ROBOT HAI B C T DO” ñ làm - Chương 1: GI I THI U T NG QUAN ñ tài nghiên c u. - Chương 2: GI I THI U PHƯƠNG PHÁP ĐI U KHI N TRƯ T
5 6 - Chương 3: NH N D NG H TH NG DÙNG M NG NƠ mô hình c a ñ i tư ng ñi u khi n dùng m ng nơ ron truy n th ng, RON gi i thu t lan truy n ngư c. So v i các phương pháp nh n d ng phi - Chương 4: MÔ HÌNH Đ I TƯ NG VÀ K T QU MÔ tuy n truy n th ng, phương pháp này có ưu ñi m là nh n d ng chính PH NG xác c u trúc c a mô hình. Trên cơ s s d ng mô hình m ng nơ ron, Chương 1 tác gi s xây d ng các lu t ñi u khi n trư t cho ñ i tư ng phi tuy n. GI I THI U T NG QUAN Chương 2 Trong vài năm g n ñây, cùng v i s phát tri n c a khoa h c k GI I THI U PHƯƠNG PHÁP ĐI U KHI N TRƯ T thu t. Đi u khi n trư t nh n ñư c s quan tâm nhi u b i các nhà 2.1 ĐI U KH N BÁM M C TIÊU (TRACKING) nghiên c u trong lĩnh v c ñi u khi n vì kh năng ñi u khi n c a nó Xét h th ng ñ ng phi tuy n bi u di n b i phương trình vi ñ i v i các ñ i tư ng phi tuy n và s n ñ nh ñ i v i các y u t phân sau: nhi u tác ñ ng, cùng v i s phát tri n c a ph n c ng (t c ñ chuy n  x ( n ) = f ( X ) + g ( X ).u m ch c a linh ki n ngày càng cao) nên vi c ng d ng ñi u khi n  (2.1) y = x trư t ngày càng r ng rãi. Ngoài ra cánh tay robot ñư c ng d ng trong nhi u lĩnh v c (s n xu t m ch ñi n t , thi t k robot,…), nhi u Trong ñó: gi i thu t ñã ñư c ñưa ra ñ ñi u khi n chính xác và n ñ nh chuy n X = [x x & ... x ( n −1) ]T là vectơ tr ng thái, ñ ng c a cánh tay, trong ñó có phương pháp ñi u khi n trư t. u là tín hi u ñi u khi n, Trong th c t , phương pháp ñi u khi n trư t truy n th ng có y là tín hi u ra, các khuy t ñi m. Đ u tiên là hi n tư ng chattering, ñó là các dao n là b c c a h th ng. ñ ng t n s cao c a tín hi u ñi u khi n. Hi n tư ng này có th kích Các hàm f = f ( X ) , g = g ( X ) là các hàm phi tuy n không ñ ng các mode t n s cao không ñư c mô hình hóa và gây ra s m t bi t trư c, nhưng bi t trư c các ch n trên và dư i c a chúng n ñ nh. Th hai là ñi u khi n trư t có th c n tín hi u ñi u khi n l n f min ≤ f ≤ f max , 0 < g min ≤ g ≤ g max ñ có th ñáp ng t t v i các s thay ñ i c a thông s mô hình. Th G i r là tín hi u ñ t. Gi thi t r có ñ o hàm theo t ñ n c p n. ba là vi c tính toán các giá tr ñi u khi n c n ph i bi t ñư c các Đ nh nghĩa:  xd   r  thông s chính xác c a mô hình  x (1 )   (1 )  (2.2) Như ñã nói trên, vi c thi t k h th ng ñi u khi n trư t ñòi X =  d  =  r  d  ...   ...  h i ph i xác ñ nh các mô hình c a ñ i tư ng ñi u khi n. Trong th c  ( n −1 )   ( n −1 )   xd  r  t không ph i lúc nào ngư i thi t k cũng có ñư c mô hình chính xác c a ñ i tư ng. Đ gi i quy t v n ñ này, tác gi ñ ngh nh n d ng
7 8  x − xd  e  1, S > 0 x − x   (1 )  & &d  = e (2.3)  E = X − X d =   ...   ...   v i k > 0 và sign( S ) = 0, S = 0  ( n −1 )   ( n −1 )  −1, S < 0 x  − xd ( n −1)   e     M c tiêu ñi u khi n là xác ñ nh lu t ñi u khi n u sao cho E→0 Ta ñư c lu t ñi u khi n: khi t → ∞ . u =− 1  f (X) −xdn) +an−2(x(n−1) − xdn−1) ) +...+a1(x(2) − xd ) +a0(x − xd ) +k.sign(S) (2.10) ( ( (2) & & g(X)   Đ nh nghĩa hàm trư t: S = e( n −1) + an − 2e( n− 2) + ... + a1e(1) + a0 e (2.4) Lu t ñi u khi n u (2.10) ñưa qu ñ o pha c a h th ng v m t trư t và duy trì m t cách b n v ng trên m t trư t này. Các h s a0 , a1 ,..., an − 2 ph i ñư c ch n sao cho phương trình ñ c trưng c a phương trình vi phân (2.4): p n −1 + an − 2 p n − 2 + ... + a1 p + a0 = 0 (2.5) Reaching phase có t t c các nghi m v i ph n th c âm. Phương trình S = 0 xác ñ nh m t m t cong ñư c g i là m t trư t (sliding surface). Trong không gian tr ng thái n chi u. Sliding phase S d ng phương pháp Lyapunov, ch n m t hàm xác ñ nh dương V có d ng: Hình 2.3. Hình chi u c a qu ñ o pha 1 2 2.2. HI N TƯ NG CHATTERING V= S (2.7) 2 Đi u khi n trư t lý tư ng ñòi h i lu t ñi u khi n ph i thay ñ i Suy ra: V = SS & & (2.8) t c th i ngay t i th i ñi m giao nhau v i m t trư t S = 0 . Do ñó v i Lu t ñi u khi n u trên, thì khi tín hi u qua ph n m t S < 0 thì & Đ V xác ñ nh âm c n ch n lu t ñi u khi n u sao cho: sgn(S) = -1, do v y tín hi u u > 0 l i ñư c ñ y v m t trư t S = 0, Khi S > 0 thì S < 0 & sau ñó ti p t c ñi qua ph n m t S > 0, lúc ñó sgn(S) = 1. V y k t qu Khi S < 0 thì S > 0 & là qu ñ o pha ti p t c vư t qua kh i m t trư t sau khi ch m vào nó Khi S = 0 thì S = 0 & và gây nên hi n tư ng qu ñ o pha dao ñ ng quanh m t trư t (hi n Đây là ñi u ki n ñ h th ng luôn n ñ nh ti m c n toàn th t i tư ng chattering) S= 0. Ngư i ta luôn tìm bi n pháp ñ làm gi m thi u ho c lo i tr Ta có th ch n: S = − k .sign( S ) & (2.9) hi n tư ng này và làm nh n tín hi u ñi u khi n gián ño n trong m t
9 10 l p biên m ng, ngư i ta thay hàm Signum b ng hàm b o hòa (Sat) 4.1. GI I THI U MÔ HÌNH Đ I TƯ NG ĐI U KHI N [1]. Phương pháp l p biên dùng hàm bão hòa (sat) có các ñ c ñi m sau: + Gi m ñư c hi n tư ng rung do bư c chuy n b gi m thi u. + Gây ra sai l ch tĩnh cho tín hi u ra, qu ñ o ch n m trong l p biên, nhưng không bám trên m t trư t. + Không gi m th i gian tìm v m t trư t.. Chương 3 NH N D NG H TH NG DÙNG M NG NƠ RON Hình 4.1. Cánh tay robot 2 b c t do 3.1. GI I THI U M NG NƠ RON NHÂN T O 4.2. ĐI U KHI N TRƯ T BÁM M C TIÊU 3.1.1. Khái ni m nơ ron sinh h c 4.2.1 Thi t k 3.1.2. M ng nơ ron nhân t o là gì? Phương trình ñ ng l c c a cánh tay máy là: 3.1.3. Mô hình k t n i H (q )q + C (q )q + G (q) = τ && & (4.1) 3.1.4. Lu t h c Ta s tìm lu t ñi u khi n cho moment τ ñ t lên 2 cánh tay sao 3.2. NH N D NG H TH NG DUNG M NG NƠ RON cho 2 góc q1 , q2 bám theo tín hi u ñ t. 3.2.1. T i sao ph i nh n d ng? Khai tri n (4.1), ta có: 3.2.2.Nh n d ng h th ng  h11 h12   q1   Tq2 T (q1 + q2 )   q1   g1  τ 1  && & & & & 3.2.3. Nh n d ng h th ng dùng m ng nơ ron h   q  +  −Tq   q  +  g  = τ  (4.2) 3.2.4. M ng truy n th ng nhi u l p v i gi i thu t lan  21 h22   &&2   &1 0   &2   2   2  truy n ngư c Trong ñó: 3.2.5. Các thông s h c q1 , q2 : l n lư t là 2 góc quay c a cánh tay 1 và 2 3.3. NH N D NG H TH NG Đ NG DÙNG M NG NƠ RON τ 1 ,τ 2 : l n lư t là moment c a 2 cánh tay 1 và 2. Ta ñ t: 3.3.1. H th ng ñ ng u1 = τ 1 , u2 = τ 2 là 2 tín hi u ñi u khi n moment cho 2 cánh tay. 3.3.2. Mô hình vào ra 3.3.3. Mô hình không gian tr ng thái Nhi m v ñi u khi n là xác ñ nh các tín hi u ñi u khi n Chương 4 u1 , u2 sao cho 2 góc q1 , q2 c a cánh tay bám theo tín hi u ñ t. MÔ HÌNH Đ I TƯ NG VÀ K T Q A MÔ PH NG Đ t:
11 12 x1 = q1 (rad): góc quay c a kh p th nh t Áp d ng lý thuy t ñi u khi n trư t ta ch n m t trư t: x2 = q2 (rad): góc quay c a kh p th hai λ1 0 S= e+e & x3 = x1 (rad/s) : v n t c góc kh p th nh t λ2  & (4.18) 0  x4 = x2 (rad/s) : v n t c góc kh p th hai & Ch n: T phương trình toán ta có phương trình tr ng thái tương ñương c a ñ i tư ng:  S1  λ1 & 0   q1d − q1   q1d − q1   K 1 sign( S1 )  & & && && & =   q − q  + q − q  =  K sign( S ) (4.22)  x1 = x3 & S 2   0 λ2   & 2 d & 2   &&2 d &&2   2 2   x2 = x4  & V i Ki < 0  (4.12)  x3 = f1 ( x) + g1 ( x)u1 + g 2 ( x)u2 & Ta tính ñư c lu t ñi u khi n:  x4 = f 2 ( x) + g 3 ( x)u1 + g 4 ( x)u2 & u1 = [λ1 (q1d − x3 ) + q1d − f1 (x) − g2 (x)u2 − K1sign S1 )] / g1 (x) & && ( (4.27) V i: u2 =[g3(x)K1signS1) − g1(x)K2signS2) +λ2g1(x)(q2d − x4) −λ1g3(x)(q1d − x3) + ( ( & & (4.28) 1 g1(x)q2d − g3(x)q1d − f2 (x)g1(x) + g3(x) f1(x)]/[g1(x)g4 (x) − g2(x)g3(x)] f1 ( x) =  − h22 (Tx4 + 2Tx3 x4 + g1 ) + h12 (−Tx3 + g 2 )  (4.13)  2 2  && && DH 4.2.2. K t qu mô ph ng 1 f 2 ( x) =  h21 (Tx4 + 2Tx3 x4 + g1 ) − h11 (−Tx3 + g 2 )  (4.14)  2 2  DH 1 g1 ( x) = h22 (4.15) DH 1 g 2 ( x) = g3 ( x) = − h12 (4.16) DH 1 g 4 ( x) = − h11 (4.17) DH Các giá tr t b ng thông s c a ñ i tư ng (B ng 4.1). Hình 4.2. Mô hình h th ng ñi u khi n trư t bám cánh tay robot Nhi m v ñi u khi n là xác ñ nh các tín hi u ñi u khi n 2 b c t do u1 , u2 sao cho 2 góc q1 , q2 c a cánh tay bám theo tín hi u ñ t. 4.2.2.1. Trư ng h p h th ng danh ñ nh
13 14 Tin hieu dieu khien u1 Tin hieu dat q1d 20 4 10 3 u1 0 q1d 2 -10 1 0 5 10 15 time(s) Tin hieu dieu khien u2 0 4 0 5 10 15 time(s) 2 Tin hieu dat q2d 2 0 u 3 -2 2 -4 0 5 10 15 q2d time(s) Hình 4.8. Tín hi u ñi u khi n u1 và u2 1 0 0 5 10 15 time(s) Hình 4.5. Tín hi u ñ t q1d và q2d Tin hieu ra q1 4 3 q1 2 1 Hình 4.9. Hình chi u qu ñ o trư t 1 và 2 0 0 5 time(s) 10 15 Nh n xét Tin hieu ra q2 3 - B ñi u khi n trư t bám cho ñáp ng nhanh 2 - Các tín hi u ra ñư c ñi u khi n bám khá sát tín hi u ñ t. q2 1 - Reaching mode: Th i gian qu ñ o tr ng thái ñi v m t trư t: 0 0 5 10 15 time(s) S1, S2 nhanh kho ng 0.005 giây. Hình 4.6. Tín hi u ra q1 và q2 - Sliding mode: Th i gian tư t v g c t a ñ kho ng 1,5 giây. 0 - Tín hi u ñi u khi n u1 và u2 có các gai nh n giá tr l n t i các -500 th i ñi m chuy n tr ng thái. S1 -1000 -1500 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 - Hi n tư ng chattering trên m t trư t có biên ñ không l n time(s) 0 4.2.2.2. Tính b n v ng v i s thay ñ i thông s c a ñ i -500 tư ng S2 -1000 • Kh i lư ng c a v t n ng mt tăng 50% -1500 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 time(s) Hình 4.7. Tín hi u S1 và S2
15 16 Tin hieu ra q1 4 0 3 -500 S1 1 2 q -1000 1 -1500 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0 0 5 10 15 time(s) time(s) Tin hieu ra q2 0 3 -500 S2 2 -1000 q2 1 -1500 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 time(s) 0 0 5 10 15 time(s) Hình 4.15. Tín hi u S1 và S2 khi mt gi m 50% Hình 4.10. Tín hi u ra q1 và q2 khi mt tăng 50% 4.2.2.3. Tính b n v ng ñ i v i nhi u 0 Xét nh hư ng c a nhi u ngõ ra có min=- 0.02, max= 0.02 1 Tin hieu ra q1 S -500 4 3 -1000 1 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 2 q time(s) 1 0 0 0 5 10 15 time(s) S2 -500 Tin hieu ra q2 3 -1000 2 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 2 time(s) q 1 Hình 4.11. Tín hi u S1 và S2 khi mt tăng 50% 0 0 5 10 15 time(s) • Kh i lư ng c a v t n ng mt gi m 50% 4 Tin hieu ra q1 Hình 4.18. Tín hi u q1,q2 c a h th ng khi có nhi u ngõ ra 3 0 q1 2 1 S1 -500 0 0 5 10 15 time(s) Tin hieu ra q2 -1000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 3 time(s) 2 0 q2 1 S2 -500 0 0 5 10 15 time(s) -1000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 Hình 4.14. Tín hi u q1, q2 khi mt gi m 50% time(s) Hình 4.19. Tín hi u S1 và S2 khi có nhi u ngõ ra
17 18 4.2.2.4. Kh o sát b ñi u khi n trư t v i hàm Sat Tin hieu dieu khien u1 10 Tin hieu ra q1 5 4 u1 0 3 -5 q1 2 -10 1 0 5 10 15 time(s) 0 Tin hieu dieu khien u2 0 5 10 15 4 time(s) Tin hieu ra q2 3 2 u2 2 0 q2 1 -2 0 5 10 15 time(s) 0 0 5 10 15 time(s) Hình 4.25. Tín hi u ñi u khi n u1 và u2 V i hàm sat Hình 4.22. Tín hi u ra khi s d ng hàm sat Nh n xét 0 - Khi s d ng hàm sat ta th y, hi n tư ng chattering gi m ñi r t nhi u S1 -500 - Tín hi u ñi u khi n u1 và u2 xu t hi n gai nh n t i th i ñi m -1000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 time(s) chuy n tr ng thái. - K t qu ñi u khi n tương ñương khi ta s d ng hàm sign 0 các trư ng h p thông s mô hình thay ñ i và khi có nhi u, tuy nhiên biên S2 -500 -1000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 ñ c a tín hi u ñi u khi n s l n hơn. time(s) 4.3. NH N D NG MÔ HÌNH CÁNH TAY MÁY 2 B C T DO Hình 4.23. Tín hi u S1 và S2 khi s d ng hàm sat DÙNG M NG TRUY N TH NG, GI I THU T LAN TRUY N NGƯ C Đ thi t k lu t ñi u khi n trư t bám dùng m ng nơ ron cho h cánh tay máy 2 b c t do, ta ti n hành nh n d ng h th ng dùng m ng truy n th ng v i gi i thu t h c lan truy n ngư c. D li u vào và ra dùng ñ hu n luy n m ng nơ ron ñư c thu th p t mô hình h th ng ñi u khi n trư t bám ñã trình bày trên. Hình 4.24. Hình chi u qu ñ o trư t 1 và 2 khi s d ng hàm sat K t qu ch y mô ph ng h th ng ñi u khi n trư t ta thu ñư c các tín hi u x1 , x2 , x3 , x4 , f1d , f 2 d , g1d , g 2 d , g 3 d , g 4 d , là các d li u
19 20 vào ra dùng ñ hu n luy n m ng nơ ron, trong ñó x1 , x2 , x3 , x4 là các 4.4. ĐI U KHI N TRƯ T DÙNG M NG NƠ RON tín hi u vào m ng và f1d , f 2 d , g1d , g 2 d , g 3 d , g 4 d là các tín hi u ra 4.4.1. Thi t k mong mu n c a m ng. Khi ñó các lu t ñi u khi n u1, u2 ñư c thi t k l i như sau: u2 =[g3(x)K1signS1) − g1(x)K2signS2) +λ2g1(x)(q2d −x4) −λ1g3(x)(q1d − x3) + ˆ ˆ ( ˆ ( ˆ & ˆ & Ta ch n c u trúc các m ng nơ ron là có 4 nơ ron l p vào, 1 l p (4.29) g (x)q −g (x)q − f (x)g (x) + g (x) f (x)]/[g (x)g (x) − g (x)g (x)] ˆ && ˆ && ˆ ˆ 1 2d 3 1d 2 ˆ ˆ 1 3 1 ˆ ˆ ˆ ˆ 1 4 2 3 n v i 10 nơ ron hoăc 15 nơ ron, l p ra v i 1 nơ ron. Sau khi hu n luy n, ta có k t qu x p x các hàm f1 ( x) , f 2 ( x ) , [ & && ˆ ˆ ] u1 = λ1 (q1d − x3 ) + q1d − f1 ( x) − g 2 ( x)u 2 − K 1 sign( S1 ) / g1 ( x) (4.30) ˆ ˆ g1 ( x) , g 2 ( x) , g3 ( x) , g 4 ( x) là các hàm 4.4.2. K t qu mô ph ng ˆ ( x) , f ( x) , g ( x) , g ( x) , g ( x) , g ( x) tương ng. Khi ñó ta f1 ˆ ˆ1 ˆ2 ˆ3 ˆ4 2 có k t qu nh n d ng c a h th ng: Sau khi hu n luy n, ta có k t qu nh n d ng h th ng: Tin hieu x*3 va x3>-NN 200 X>3 X*3 150 100 50 0 -50 Hình 4.41. H th ng ñi u khi n trư t dùng m ng nơ ron -100 -150 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 4.4.2.1. Trư ng h p h th ng danh ñ nh time(s) & ˆ Hình 4.39. Tín hi u: x3 và x3 & Tin hieu ra q1-NN 4 Tin hieu x*4 va x4>-NN 400 3 X>4 x*4 q1 300 2 1 200 0 100 0 5 10 15 time(s) Tin hieu ra q2-NN 0 3 -100 2 q2 -200 1 -300 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 time(s) 0 0 5 10 15 x& x& ˆ time(s) Hình 4.40. Tín hi u: 4 và 4 Hình 4.43. Tín hi u ra q1, q2-NN c a h th ng
21 22 0 - Reaching mode: Th i gian qu ñ o tr ng thái v m t trư t: -500 S1và S2 nhanh kho ng 0.005 giây. S1 -1000 -1500 -2000 - Sliding mode: Th i gian trư t v g c t a ñ kho ng 1.5 giây 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 time(s) - Tín hi u ñi u khi n u1 và u2 có các gai nh n giá tr l n t i các 0 -500 th i ñi m chuy n tr ng thái. 2 - Hi n tư ng chattering trên m t trư t có biên ñ không l n S -1000 -1500 -2000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 time(s) 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 4.4.2.2. Tính b n v ng v i s thay ñ i thông s c a ñ i tư ng Hình 4.44. Tín hi u S1 và S2-NN • Kh i lư ng v t n ng mt gi m 50% Tin hieu ra q1-NN 4 3 1 2 q 1 0 0 5 10 15 time(s) Tin hieu ra q2-NN 3 2 2 Hình 4.45. Hình chi u qu ñ o trư t 1 và 2-NN q 1 Tin hieu dieu khien u1-NN 20 0 0 5 10 15 time(s) 10 1 0 u -10 Hình 4.47. Tín hi u ra q1,q2-NN c a h th ng khi mt gi m 50% -20 0 5 10 15 time(s) 0 Tin hieu dieu khien u2-NN 4 -500 2 S1 -1000 2 0 u -1500 -2 -2000 -4 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0 5 10 15 time(s) time(s) 0 Hình 4.46. Tín hi u ñi u khi n u1 và u2-NN -500 S2 -1000 Nh n xét -1500 - B ñi u khi n trư t dùng m ng nơ ron cho ñáp ng nhanh -2000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 time(s) - Các tín hi u ra ñư c ñi u khi n bám theo tín hi u ñ t t t, v t l ít. Hình 4.48. Tín hi u S1 và S2-NN khi mt gi m 50%
23 24 • Kh i lư ng mt tăng 50% 0 Tin hieu ra q1-NN 4 -500 S1 3 -1000 -1500 q1 2 1 -2000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 time(s) 0 0 5 10 15 time(s) 0 Tin hieu ra q2-NN 3 -500 S2 -1000 2 q2 -1500 1 -2000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 time(s) 0 0 5 10 15 time(s) Hình 4.56. Tín hi u S1 và S2-NN khi có nhi u ngõ ra Hình 4.51. Tín hi u ra c a h th ng khi mt tăng 50% 4.4.2.4. Kh o sát v i hàm sat 0 Tin hieu ra q1-NN 4 -500 3 S1 -1000 q1 2 -1500 1 -2000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 time(s) 0 0 5 10 15 time(s) 0 Tin hieu ra q2-NN 3 -500 S2 -1000 2 q2 -1500 1 -2000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 time(s) 0 0 5 10 15 time(s) Hình 4.52. Tín hi u S1 và S2-NN khi và mt tăng 50% 4.4.2.3. Tính b n v ng ñ i v i nhi u Hình 4.59. Tín hi u raq1,q2-NN c a h th ng v i hàm sat V i biên ñ min=-0.02, max=0.02 0 Tin hieu ra q1-NN 4 -500 1 3 S -1000 1 2 q -1500 1 -2000 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0 0 5 10 15 time(s) time(s) Tin hieu ra q2-NN 0 3 -500 2 S2 -1000 q2 1 -1500 -2000 0 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 0 5 10 15 time(s) time(s) Hình 4.55. Tín hi u ra q1,q2-NN c a h th ng khi có nhi u ngõ ra Hình 4.60. Tín hi u S1 và S2-NN v i hàm sat
25 26 - Các b ñi u khi n trư t kinh ñi n và dùng m ng nơ ron ñ u cho ñáp ng t t v i s thay ñ i c a thông s ñ i tư ng và nhi u. - D ng tín hi u ñi u khi n có các gai nh n l n t i th i ñi m thay ñ i tín hi u ñ t. K T LU N VÀ KI N NGH Lu n văn ñã th c hi n ñư c các vi c sau Hình 4.61. Hình chi u qu ñ o trư t 1 và 2-NN v i hàm sat Tin hieu dieu khien u1-NN 1.Tìm hi u mô hình toán h c c a h th ng cánh tay robot 2 b c 20 10 t do và xây d ng mô hình mô ph ng cho h th ng này. 2.Tìm hi u phương pháp ñi u khi n trư t bám m c tiêu và áp u1 0 -10 0 5 10 15 d ng ñ thi t k b ñi u khi n trư t bám cho h th ng cánh tay robot. time(s) 4 Tin hieu dieu khien u2-NN Mô ph ng h th ng danh ñ nh, h th ng khi có nhi u tác ñ ng và khi 2 thông s ñ i tư ng thay ñ i. u2 0 -2 3.Tìm hi u các phương pháp nh n d ng mô hình ñ i tư ng phi tuy n ñ ng dùng m ng nơ ron (m ng truy n th ng v i gi i thu t h c -4 0 5 10 15 time(s) lan truy n ngư c) và áp d ng nh n d ng ñ i tư ng cánh tay robot 2 Hình 4.62. Tín hi u ñi u khi n u1 và u2q1,q2-NN v i hàm sat b c t do. 4.5 NH N XÉT, SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ K T QU 4.Thi t k và mô ph ng b ñi u khi n trư t bám m c tiêu dùng - H th ng ñi u khi n trư t bám cho k t qu tín hi u ra ñáp m ng nơ ron cho h th ng cánh tay máy 2 b c t do. Mô ph ng h ng khá nhanh. Các tín hi u ra ñư c ñi u khi n bám theo tin hi u ñ t th ng danh ñ nh, h th ng khi có nhi u tác ñ ng và khi thông s ñ i t t. Tín hi u S1 và S2 ti n v 0 nhanh, v t l ít t i nh ng th i ñi m tư ng thay ñ i. So sánh k t qu mô ph ng b ñi u khi n trư t bám giá tr thay ñ i. Sai s này có th kh c ph c b ng cách tăng h s (k1, m c tiêu dùng m ng nơ ron và k t qu mô ph ng b ñi u khi n trư t k2), tuy nhiên, lúc ñó giá tr c a tín hi u ñi u khi n u1,u2 s l n (cũng bám m c tiêu kinh ñi n. như khi s dùng hàm sat thay cho hàm sign trong b ñi u khi n), Các k t qu mô ph ng cho th y h th ng ñi u khi n trư t bám không có l i cho h th ng. dùng m ng nơ ron có ch t lư ng tương ñương v i h th ng ñi u - H th ng ñi u khi n trư t bám dùng m ng nơ ron cho tín khi n trư t lý tư ng. Ưu ñi m c a phương pháp này là ngư i thi t k hi u ra khá sát k t qu mô ph ng b ñi u khi n trư t bám kinh ñi n, không c n bi t mô hình phi tuy n chính xác c a ñ i tư ng trong khi các tín hi u u1, u2, S1, S2 có sai s không ñáng k , sai s x y ra là do ñ thi t k h th ng ñi u khi n trư t kinh ñi n, ngư i thi t k ph i sai s trong nh n d ng ñ i tư ng. bi t mô hình phi tuy n chính xác c a ñ i tư ng ñó.