Đang tải... (xem toàn văn)
Bài báo này đưa ra phương pháp điều khiển động lực học ngược thích nghi trên cơ sở của luật điều khiển động lực học ngược với các tham số của robot SCARA được nhận dạng bởi khâu nhận dạng online và tín hiệu điều khiển phụ có cấu trúc PD. Thuật toán điều khiển robot SCARA 4 bậc tự do sao cho các khớp đạt được vị trí đặt mong muốn khi có ảnh hưởng của các tham số bất định. Độ ổn định của hệ thống đã được chứng là ổn định tiệm cận tại gốc tọa độ 0 theo lý thuyết ổn định Lyapunov.
Lê Văn Chung Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ 118(04): 113 - 118 NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT SCARA BẬC TỰ DO Lê Văn Chung* Trường ĐH Công nghệ thông tin Truyền thông – ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Bài báo đưa phương pháp điều khiển động lực học ngược thích nghi sở luật điều khiển động lực học ngược với tham số robot SCARA nhận dạng khâu nhận dạng online tín hiệu điều khiển phụ có cấu trúc PD Thuật tốn điều khiển robot SCARA bậc tự cho khớp đạt vị trí đặt mong muốn có ảnh hưởng tham số bất định Độ ổn định hệ thống chứng ổn định tiệm cận gốc tọa độ theo lý thuyết ổn định Lyapunov Từ khóa: Rơ bốt, SCARA, thích nghi, nhận dạng online GIỚI THIỆU* Rô bốt ngày ứng dụng công nghiệp Các phương pháp điều khiển đại cho rô bốt ngày ứng dụng nhiều để tăng hoạt động ổn định rô bốt Rô bốt SCARA (Selective Compliant Assembly Robot Arm Selective Compliant Articulated Robot Arm) nghiên cứu từ năm 1979 tay máy lắp ráp chọn lọc Trong báo rơ bốt SCARA có cấu tạo gồm khớp khớp quay cánh tay, khớp quay cổ tay khớp tinh tiến, khớp quay hoạt động nhờ động điện chiều có phản hồi vị trí tạo vòng điều khiển kín, chuyển động tịnh tiến theo phương thẳng đứng thực pittơng khí nén Do chuyển động rô bốt SCARA tương đối dễ việc điều khiển nên sử dụng nhiều cơng nghiệp Mơ hình rơ bốt SCARA mơ tả hình MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC RƠ BỐT Trước tiên ta tìm ma trận chuyển đổi đồng từ hệ tọa độ O4X4Y4Z4 hệ tọa độ gốc Hệ toạ độ quy chiếu robot xác định theo quy tắc David - Hetenberg hình Bảng D-H [1]: Khớp * θ θ1 θ2 θ4 α 180o 0 α α1 α2 0 d 0 d3 Hình Mơ hình rơ bốt SCARA Ma trận chuyển hệ tọa độ O4X4Y4Z4 gốc tọa độ: (1) Trong ký hiệu: Từ động khớp ta có phương trình Lagrange: Tel: 01654236119; Email: lvchung@ictu.edu.vn 113 Lê Văn Chung Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ (2) Giải phương trình lực đặt lên khớp viết lại dạng ma trận ta có phương trình động lực học robot SCARA: (3) Với thành phần: nghi thiết kế với mục đích đảm bảo khử hồn tồn tính phi tuyến ràng buộc hệ thống trường hợp tham số robot khơng xác định xác Bộ điều khiển động lực học ngược thích nghi xây dựng sở luật điều khiển động lực học ngược với tham số sử dụng tính tốn luật điều khiển nhận dạng khâu nhận dạng online Khi phương trình luật điều khiển biểu diễn dạng sau: (6) • : ma trận moment • : ma trận thành phần gia tốc khớp với thành phần gia tốc khớp i tác động tới khớp j tính từ moment tác động lên khớp (5) • ma trận , ước (4) • 118(04): 113 - 118 lượng củ a ma trận tính tốn từ tham số nhận dạng q trình làm việc • vector sai số vị trí khớp • robot ma trận đường chéo Thiết kế điều khiển Cân đầu điều khiển (6) đầu vào mơ hình robot, với sử dụng ký hiệu nêu ta nhận phương trình sau: : ma trận thành phần tốc độ (7) khớp, • : ma trận trọng trường PHƯƠNG PHÁP ĐỘNG LỰC HỌC NGƯỢC THÍCH NGHI ĐIỀU KHIỂN RƠBỐT SCARA Hệ thống điều với điều khiển cấu trúc PID thông thường thực tất tham số robot xác định xác Nhưng giá trị tham số sử dụng tính tốn điều khiển có nhiều yếu tố bất định tính phi tuyến ràng buộc hệ thống động lực học khơng khử hồn tồn độ xác điều khiển giảm, không đáp ứng tốt với yêu cầu độ ổn định Bộ điều khiển động lực học ngược thích 114 (8) Trong đó: • ma trận sai lệnh ước lượng • ma trận sai lệch ước lượng • ma trận sai lệch ước lượng Lê Văn Chung Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Phương trình (8) viết lại dạng sau: 118(04): 113 - 118 Từ phương trình (11), phương trình sai số khớp viết dạng sau: (9) Trong đó: (12) vector sai lệch mômen gây sai lệch nhận dạng tham số Phương trình (9) biểu thị quan hệ sai số điều khiển (sai số vị trí khớp ) sai số nhận dạng tham số Khi tham số robot ước lượng xác, tức ma trận sai lệch Trong đó: thành phần hàng thứ Đặt thái khơng, phương trình (9) có dạng: Điều có nghĩa tính tốn , để sai số điều khiển hội tụ không với tốc độ hội tụ mong muốn Sử dụng thuộc tính tuyến tính phương trình động lực học robot, vector sai lệch mơmen phân tích thành hai thành phần phương trình viết dạng sau: (11) Trong đó: • vector chứa sai lệch tham số robot chưa biết cần ước lượng vector sai lệch ma trận biến trạng thái: vector trạng khớp vector trạng thái sai lệch robot Khi phương trình trạng thái khớp có dạng: (13) Trong đó: , Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Sơ đồ khối hệ thống điều khiển có dạng hình Luật thích nghi Hình Sơ đồ khối hệ thống điều khiển động lực học ngược thích nghi 115 Lê Văn Chung Tạp chí KHOA HỌC & CƠNG NGHỆ Trong sơ đồ KP KD thơng số điều khiển PD chỉnh định theo phương pháp PD bù trọng trường Chứng minh: Thuật toán nhận dạng thích nghi xây dựng sử dụng tiêu chuẩn ổn định Lyapunov Chọn hàm Lyapunov có dạng: 118(04): 113 - 118 MƠ PHỎNG Tiến hành mơ hệ thống MatLab Simulink với thông số rô bốt sau: (14) ; Trong đó: • ma trận đối xứng xác định dương • ma trận đường chéo xác định dương Đạo hàm sử dụng (13), sau số biến đổi nhận được: (15) Chọn: (15a) đối xứng xác định dương nên: Vì