tóm tắt luận văn thạc sĩ kỹ thuật NGHIÊN cứu ỨNG DỤNG bộ điều KHIỂN HIỆN đại CHO hệ điều KHIỂN các CHUYỂN ĐỘNG của ROBOT THEO QUỸ đạo PHẲNG

1




 !"#$
#$$"
%&!'(
)*+,- /-)012 34
56780
95:;<=>?
@ABA
2
Luận văn được hoàn thành tại trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái
Nguyên.
Cán bộ HDKH: >C>.*+D-)EFG-
Phản biện 1: >C>HI-J*K-5F-)
Phản biện 2: >C>)LMN*OPQP
Luận văn đã được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn, họp tại: Phòng cao
học số 02, trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
Vào 10 giờ 30 phút ngày 06 tháng 11 năm 2010.
Có thể tìm hiểu luận văn tại Trung tâm Học liệu tại Đại học Thái Nguyên và
Thư viện trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.
3
5RS
Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa hiện đại hóa, trong một
tương lai không xa một số lĩnh vực hoạt động phải được trang bị lại để tiến kịp các
nước trong khu vực và thế giới, tiếp cận các công nghệ hiện đại để đẩy nhanh quá
trình phát triển của đất nước.
Kỹ thuật Robot đã và đang được ứng dụng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực ở
nhiều nước, nó đã đem lại hiệu quả to lớn trong sản xuất công nghiệp, trong quốc

phòng, y tế, xã hội, thám hiểm vũ trụ…
Có thể nói rằng, Robot là một ngành khoa học tổng hợp đòi hỏi nhiều kiến
thức của nhiều ngành khác liên quan như: Toán học, Cơ học, Cơ khí, Điện tử, Điều
khiển tự động, Tin học, trí tuệ nhân tạo,…Trong đó lĩnh vực điều khiển tự động, là
ngành khoa học đóngvai trò quan trọng, là động lực thúc đẩy sự phát triển của khoa
học về Robot. Tuy vậy vào thời điểm hiện tại, lĩnh vực này được xem là còn khá
mới mẻ.
Từ khi mới ra đời, Robot được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dưới góc độ
thay thế sức người. Nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tổ chức lại, năng suất và
hiệu quả sản xuất tăng lên rõ rệt.
Cũng như khoa học về Robot, khoa học về các phương pháp điều khiển hiện
đại đã và đang được phát triển hoàn thiện. Từ những ngày đầu mới hình thành, các
phương pháp điều khiển hiện đại được nhiều nhà khoa học quan tâm và đã được áp
dụng điều khiển nhiều hệ thống khác nhau trong công nghiệp, đặc biệt là các hệ
chuyển động Robot nhằm nâng cao chất lượng của hệ thống.
Với ý nghĩa đó, tôi đã chọn đề tài T !"#
$#$$"%&
!'(U để làm đề tài nghiên cứu.
4
Nội dung của luận văn được chia thành 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về Robot và các bộ điều khiển hiện đại.
Chương 2: Thiết kế bộ điều khiển mờ lai cascade để điều khiển chuyển
động của Robot 2DOF trong mặt phẳng.
Chương 3: Mô phỏng và đánh giá chất lượng hệ thống.
Các kết luận và kiến nghị.
Tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy >C>.*+D-
)EFG-– người đã hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ
này.
Tôi xin chân thành cám ơn các thầy cô ở Khoa Điện – Trường Đại học Kỹ
thuật Công nghiệp đã đóng góp nhiều ý kiến và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn

thành luận văn.
Tôi xin chân thành cám ơn Khoa sau Đại học, xin chân thành cám ơn Ban
Giám Hiệu Trường Đại Học Kỹ Thuật Công Nghiệp đã tạo những điều kiện thuận
lợi nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành khóa học.
Tôi xin chân thành cám ơn!
Thái Nguyên, ngày 06 tháng 11 năm 2010
Người thực hiện
/V*8P)W-)
5
XB
Y&<#!<X
#$
BCBZ [*4-\]V^V_
BCBCB;`P)7ab)c__HFG-
Đầu thập kỷ 60 của thế kỷ XX, công ty AMF của Mỹ đã quảng cáo một loại
máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công nghiệp”. Ngày nay, các thiết bị
được điều khiển tự động thực hiện các chức năng thay thế con người để tiến hành
các thao tác trong sản xuất hoặc các nhiệm vụ khác được gọi là Robot.
Robot đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong đời sống con người, nhất là trong
sản xuất và trong các nhiệm vụ đặc biệt khác. Về kỹ thuật, sự ra đời của Robot có nguồn
gốc từ hai lĩnh vực là các cơ cấu điều khiển từ xa và các máy công cụ điều khiển số.
Vào những năm giữa thế kỷ XX, sự ra đời của các máy công cụ điều khiển
số đã đáp ứng yêu cầu gia công các chi tiết trong ngành chế tạo máy bay. Những
Robot đầu tiên ra đời từ đó, thực chất là việc kết hợp giữa các khâu cơ khí của cơ
cấu điều khiển từ xa với khả năng lập trình của máy công cụ điều khiển số.
Sau đó, cùng với các tiến bộ của khoa học trong lĩnh vực điện tử, nhất là việc
chế tạo được các vi xử lý có khả năng tính toán và xử lý số liệu phức tạp một cách
nhanh chóng, Robot được phát triển để sử dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất công
nghiệp (như sản xuất ô-tô), thực hiện các tác nghiệp dịch vụ, với những tính năng
ngày càng nâng cao và gần gủi với con người hơn.

Càng ngày, sự phát triển của các loại Robot càng mạnh với mức độ “tri thức”
càng cao, hệ thống điều khiển được số hoá và ứng dụng các lý thuyết về trí tuệ nhân
tạo, tính toán mềm,
Trong các “bộ phận” cấu thành Robot, cánh tay Robot (Robot arm) đóng một
vai trò hết sức quan trọng. Nó được thiết kế và điều khiển linh hoạt, ổn định, càng
cao thì khả năng ứng dụng càng lớn.
6
Cùng với sự phát triển không ngừng của lý thuyết điều khiển, cũng như nhu
cầu sử dụng Robot trong công nghiệp, người ta đã nghiên cứu và ứng dụng trong
thực tế các phương pháp điều khiển Robot và cánh tay Robot, ví dụ như:
- Các phương pháp điều khiển kinh điển, sử dụng các bộ điều khiển PID
nhằm đảm bảo cho điểm tác động cuối (end-effector) của tay máy dịch chuyển bám
theo một quỹ đạo định trước.
- Các phương pháp điều khiển hiện đại: điều khiển tối ưu, điều khiển thích
nghi, điều khiển bền vững (điều khiển mờ, điều khiển trượt, …).
BCBC@d_H*+]-e2 _HV V^V_
1.1.2.1 Truyền động điện
1.1.2.2 Truyền động khí nén và thuỷ lực
BCBCf<I-e]eF]*g)FG-Pc-)_4+V^V_
1.1.3.1 Khái quát
Cánh tay Robot là thành phần quan trọng, nó quyết định khả năng làm việc
của Robot. Mô hình cấu trúc chung của cánh tay Robot gồm n khâu như Hình 1.1.
Hình 1.1: Sơ đồ minh họa cánh tay Robot n khâu
1.1.3.2 Vấn đề điều khiển cánh tay Robot
Trong phạm vi đề tài này, tác giả tập trung vào việc nghiên cứu điều khiển
cánh tay Robot với những giới hạn sau:
z
1
z
2

z
3
z
n
khâu 1
khâu 2
khâu n
z
0
x
0
y
0
khớp 1
khớp 2
q
1
q
2
q
3
q
n
x
y
z
l
1
l
g1

J
1
m
1
m
2
J
2
x
2
y
2
l
2
l
g2
θ
1
θ
2
y
x
7
- Điều khiển cánh tay Robot hai khâu quay (Hình 1.2) hai bậc tự do (2DOF)
với thông số cho ở Bảng 1.2.
- Hệ dẫn động gồm hai động cơ điện một chiều kích từ độc lập dùng để tạo
ra mô men quay cho hai khớp của Robot.
- Phương thức dịch chuyển theo quỹ đạo.
Hình 1.2: Sơ đồ cánh tay Robot 2DOF
1.1.3.3 Động học của cánh tay Robot 2DOF

a. Động học thuận
b. Động học ngược
c. Động lực học cánh tay Robot 2DOF
BC@FhF_)Fd*\]ij_)*+k_eF]*g)FG-iV.FPMl
BC@CB;`P)7ab)c__HFG-;V.FPMl
BC@C@!2eF]*g)FG-Mlij_Em 
BC@CfF]*g)FG-MlPn^o-
Sơ đồ khối của bộ điều khiển gồm có 4 khối: khối mờ hóa (fuzzifiers), khối
hợp thành, khối luật mờ và khối giải mờ (defuzzifiers) như hình .
Hình 1.3:Sơ đồ khối chức năng của bộ điều khiển mờ
Khối mờ hóa
Khối hợp
thành
Giải mờ
(Defuzzifiers)
Khối luật mờ
Đầu vào
X
Đầu ra
Y
8
1.2.3.1 Khối mờ hóa
1.2.3.2 Khối hợp thành
1.2.3.3 Khối luật mờ
1.2.3.4 Khối giải mờ
BC@CpW-)Z-e`-)Pq4)deF]*g)FG-Ml
BC@Cr8FE*
BC@Csk_i*t-\]eF]*g)FG-Ml
1.2.6.1 Ưu điểm
BCfCdeF]*g)FG-Mli4Fuvw

BCfCB)cF-FdM
Hệ mờ lai (viết tắt là F-PID) là một hệ thống điều khiển tự động trong đó
thiết bị điều khiển bao gồm hai thành phần:
− Thành phần điều khiển kinh điển.
− Thành phần điều khiển mờ.
BCfC@cPxL )dMli4Fb)Z^Fk-
1.3.2.1. Hệ lai không thích nghi có bộ điều khiển kinh điển
1.3.2.2 Hệ mờ lai Cascade
1.3.2.3 Điều khiển công tắc thích nghi bằng khóa mờ
Hình 1.5a Bộ điều khiển mờ lai có khâu tiền xử lý mờ
9
X@
y  y  !"  #  $  5  ;&  &>&'  $  #  $
$"!@v'(
@CB)cF[*c_
Để tổng hợp bộ điều chỉnh vị trí, chúng ta tiến hành tổng hợp điều khiển vị
trí động cơ theo ba vòng kín sau:
- Vòng trong cùng điều chỉnh dòng điện,
- Vòng thứ hai điều chỉnh tốc độ động cơ,
- Vòng ngoài cùng điều chỉnh vị trí.
@C@Z )zb^2eF]*P){-)\`_HWP)Ve2 PneFd-M2_P)F]*
@C@CBcP_)| 78^4-eI*
2.2.1.1 Động cơ điện một chiều.
a. Động cơ điện một chiều
b. Các phương trình mô tả động cơ điện một chiều
c. Sơ đồ cấu trúc của động cơ điện một chiều
Hình 2.2: Cấu trúc của động cơ điện một chiều khi từ thông không đổi.
2.2.1.2 Bộ chỉnh lưu.
Hàm truyền của bộ chỉnh lưu có dạng:
2 3

( ) .
( ) ( ) ( )
1
1
1! 2! 3! !
cl
p
cl cl cl
cl cl
kT p
cl cl cl cl
cl
K K K
W s K e
T p T p T p T p
e T p
k
τ
−
= = = ≈
+
+ + + + +
(2.8)
(do T<<1).Theo đề bài ta có U
adm
= 100 (V), do đó K
cl
= 10; T
cl
≈ 0.00167 (s)

-
τ
L
-
E
b
τ
[
10
2.2.1.3 Biến dòng:
Hàm truyền bộ biến dòng là:
1
I
bd
I
K
W
T p
=
+
(2.9)
Chọn K
I
= I
dm
/10 = 0.6; T
I
= 0.001 (s).
2.2.1.4 Máy phát tốc:
Hàm truyền của máy phát tốc có dạng:

1
K
W
T p
ω
ω
ω
=
+
(2.10)
Trong đó,
/10 2 / 600 3.14
dm dm
K n
ω
ω π
= = ≈
; Chọn
0.001( )T s
ω
=
.
2.2.1.5 Cảm biến vị trí:
Hàm truyền của nó cũng có dạng.
1+
=
sT
K
W
vt

vt
vf
(2.11)
Chọn K
vt
= 0.032; T
vt
= 0.003 (s).
@C@C@Z )zbMLP)\} eF]*P){-)x} uRIw0
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có hàm truyền của hệ thống kín:
(-)

K
b

K
a
Jp
1
Ui(p)
U
đk
(p)
ω
(-)
M
c

R
i

Ui
đ
(-) E(p)
U
đ

Hình 2.4: Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh
dòng điện.
11
OM
2 2
1
F i =
1 2 2p p
σ σ
τ τ
+ +
(2-15)
Chọn τ
σ
= min(T
si
, T
ư
) = T
si
Vậy ta có hàm truyền của bộ điều chỉnh dòng điện:
u
i

cl i si u
1 RT
1
R (p) = . 1
2K .K .T pT
2 . . .
u
si
cl i
u
PT
T
p K K
R
 
+
= +
 ÷
 
(2-17)
i P
R (p) = K
p
I
K
+
R
i
(p) là khâu tỷ lệ - tích phân (PI).
Với:

P
cl
K
2K
u u
I si
R T
K T
=
;
I
K
2. . .
u
P
u cl i si
R
K
T K K T
= =
Kết quả khi tổng hợp mạch vòng dòng điện bằng tiêu chuẩn tối ưu modul ta có:
OMi
2 2
( )
1 1
F (p) =
( ) 1 2 2 1 2
i
id Si Si Si
U p

U p T p T p T p
= =
+ + +
(2-18)
Vậy sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh vị trí còn lại như hình 2.6, trong đó ta
lấy hàm truyền đạt của mạch vòng dòng điện là khâu quán tính bậc nhất, bỏ qua các
12
bậc cao.

@C@CfZ )zbMLP)\} eF]*P){-)_8Pe2uw0
Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu đối xứng:
OD
2 2 3 3
1 4
F =
1 4 8 8
p
p p p
σ
ω
σ σ σ
τ
τ τ τ
+
+ + +
(2-23)
Chọn τ
σ
= T
s

ω
ta có:
sω
2
ω
sω
1 u c
1 4T p
R (p) =
R.K
8T p
K .C .T
I
P
K
K
p
ω
ω ω
+
= +
(2-25)
Vậy R
ω
là khâu tỷ lệ - tích phân (PI).
PT21
1
Si
+
R

ϕ

R
ω

i
K
1
pTC
R
cu
Jp
1
ω
ω
+ pT1
K
1
vt
vt
K
pT+
(-)
(-)
ϕ
đ
ϕ(p)
ω
đ
ω(p)

U
i
(p)
ω

Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc của hệ điều chỉnh vị trí.
13
@C@CpZ )zbMLP)\} eF]*P){-)\`_HWu
R
ϕ
wC
Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều chỉnh vị trí còn lại như hình 2.8:
Khi tổng hợp mạch vòng tốc độ dùng chuẩn tối ưu đối xứng ta có hàm truyền
của đối tượng:
0
.
S (p) =
(1 4 . ) (1 )
vt
r
s vt
K
K
K
T p p pT
ω
ϕ
ω
+ +
(2-33)

Áp dụng tiêu chuẩn tối ưu modul, ta có:
( )
1
R (p) =
1
.
.2 .
. (1 4 . ) 1
r vt
s vt
p
K K
p
K p p T T p
ϕ
σ
σ
ω ω
τ
τ
+
+ +
Chọn: τ
σ
= T
vt
ta có:
s
R (p) = (1 + 4T p)
. .2

r vt vt
K
K K T
ω
ϕ ω
(2-34)
R
ϕ

= K
ϕ
P
+ K
ϕ
D
. p
Với:
P
K =
. .2
r vt vt
K
K K T
ω
ϕ
&
D
.2.
K =
. .

s
r vt vt
K T
K K T
ω ω
ϕ
(2-35)
R
ϕ

cũng là khâu tỷ lệ - đạo hàm (PD).
ϕ
đ
(p)
(-)
R
ϕ



Khi dùng
chuẩn tối
ưu modul
p
K
r
Khi dùng
chuẩn tối
ưu đối
xứng

1
vt
vt
K
pT+
Hình 2.8.
14
@C@CrW-)b)F_*+k-Pq4^2eF]*g)FG-\`_HWC
@CfJK+x1 ^2eF]*g)FG-Mli4FP47P4x~eGeF]*P){-)\`_HWP)VPc-)_4+
V^V_@v
@CfCB•_\€-e]
@CfC@!2eF]*g)FG-Mli4FP47P4x~
Sơ đồ cấu trúc khâu mờ lai cho vòng điều khiển vị trí như sau:
− Bộ điều khiển mờ cần 2 đầu vào và 1 đầu ra.
− Hai đầu vào là sai lệch vị trí góc (eq) và đạo hàm của sai lệch vị trí góc
(xeq) của khớp 1 và 2.
− Một đầu ra là tín hiệu bù tốc độ.
2.3.2.1 Biến ngôn ngữ và miền giá trị của nó
- Miền giá trị của biến đầu vào thứ nhất (sai lệch vị trí eq) được chọn là:
eq
1
= {-π/2, π/2}; eq
2
= {-π/2, π/2}; (đơn vị tính: rad)
- Miền giá trị của biến đầu vào thứ hai (đạo hàm vị trí thực dq) được chọn là:
deq
1
= {-π/2, π/2}; deq
2
= {-π/2, π/2}; (đơn vị tính: rad/s)

- Miền giá trị của biến đầu ra (bù tốc độ ) được chọn là:
1
= {-300, 300};
2
= {-300, 300}; (đơn vị tính: rad/s)
Hình 2.12 Sơ đồ cấu trúc bộ mờ lai
15
Chọn 7 biến ngôn ngữ cho biến đầu vào thứ nhất, 7 biến ngôn ngữ cho biến
đầu vào thứ hai, 7 biến ngôn ngữ cho biến đầu ra như sau:
eq
i
= {AL, AV, AN, ZE, DN, DV, DL},
deq
i
= { AL, AV, AN, ZE, DN, DV, DL },
i
, = { AL, AV, AN, ZE, DN, DV, DL } = Bui,
với i = 1; 2 và ký hiệu: AL = âm lớn, AV = âm vừa, AN = âm nhỏ, ZE = không, DN
= dương nhỏ, DV = dương vừa và DL = dương lớn.
2.3.2.2 Xác định hàm liên thuộc (membership function).
Rời rạc hóa hàm liên thuộc của biến đầu vào eq, deq
Biến ngôn ngữ eq và deq có miền giá trị trong khoảng [-3.142 3.142] và có 7
hàm liên thuộc được rời rạc hóa như sau :
μ
AL
= {-4.078 -3.245 -3.035 -2.198}
μ
AV
= {-3.035 -2.198 -1.989 -1.151}
μ

AN
= {-1.989 -1.151 -0.9414 -0.1046}
μ
ZE
= {-0.9414 -0.1046 0.1046 0.9414}
μ
DN
= { 0.1046 0.9414 1.151 1.989}
μ
DV
= {1.151 1.989 2.198 3.035}
μ
DL
= {2.198 3.035 3.245 4.078}
Rời rạc hóa các hàm liên thuộc đầu ra delU
dk
:
Biến ngôn ngữ đầu ra có 7 hàm liên thuộc được rời rạc hóa như sau :
μ
AL
= {-390 -309.9 -290 -210}
μ
AV
= { -290 -210 -190 -110}
μ
AN
= { -188.4 -108.4 -88.41 -8.433}
μ
ZE
= { -90 -10.02 10.02 90}

16
μ
DN
= 10.02 90 110 190}
μ
DV
= { 110 190 210 290 }
μ
DL
= { 210 290 310.2 390}
2.3.2.3 Xây dựng các luật điều khiển.
2.3.2.4 Luật hợp thành
@Cpk_i*t-)En @
Việc áp dụng lô-gic mờ đã cho tạo ra các bộ điều khiển mờ, mờ lai, với
những tính chất khá tốt nhằm đáp ứng yêu cầu trong điều khiển tự động, ví dụ điều
khiển các đối tượng phức tạp. Ngoài ra, các bộ điều khiển mờ cho phép lặp lại các
tính chất của các bộ điều khiển kinh điển.
Việc thiết kế bộ điều khiển mờ cũng rất đa dạng, qua việc tổ chức các
nguyên tắc điều khiển và chọn tập mờ cho các biến ngôn ngữ cho phép người ta
thiết kế các bộ điều khiển mờ khác nhau.
Khối lượng công việc cần thực hiện khi thiết kế một bộ điều khiển mờ không
phụ thuộc vào đặc tính của đối tượng. Điều này có nghĩa là quá trình xử lý của một
bộ điều khiển mờ với những nguyên tắc điều khiển cho các đối tượng có đặc tính
động học khác nhau là hoàn toàn như nhau.
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55
-0.05
0
0.05
0.1
0.15

0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Quy dao
Toa do X
Toa do Y


Quy dao dat
Quy dao thuc Robot
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
SAI LECH QUY DAO
Thoi gian t
Sai lech
17
Xf
5•<‚;ƒ
fCB5|b)„ )d_)8 eF]*g)FG-P)*+G-e2 Pc-)_4+V^V_7axQ ^2
eF]*P){-)C
fCBCB5|)…-)7FM*iF-g)d_)8 eF]*g)FG-P)*+G-e2 Pc-)_4+V^V_7a
xQ ^2eF]*P){-)C

Hình 3.1 Mô hình hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID
fCBC@k_[*oM|b)„ eF]*g)FG-\`_HWPq4Pc-)_4+V^V_x† ^2)Fd*
P){-)u\hF_HEl )zbg)8FiEz _oF5_‡AˆM|M~-[*c-_W-)_oF‰_‡AwC
• Kết quả về quỹ đạo di chuyển của Robot theo quỹ đạo đặt.
Hình 3.9 Đồ thị quỹ đạo đặt và quỹ đạo thực
của Robot dùng PID
Hình 3.10 Đồ thị sai lệch quỹ đạo dùng PID
0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55
-0.05
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
Quy dao
Toa do X
Toa do Y


Quy dao dat
Quy dao thuc Robot
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0.005
0.01
0.015

0.02
0.025
0.03
SAI LECH QUY DAO
Thoi gian t
Sai lech
18
Dựa vào đồ thị quỹ đạo đặt và quỹ đạo thực của di chuyển cánh tay Robot,
đồ thị sai lệch quỹ đạo, ta nhận thấy rằng:
+ Trong khoảng thời gian từ 0 giây đến 10 giây: Đây là khoảng thời gian
cánh tay Robot di chuyển đến vị trí đầu của quỹ đạo. Do Robot đáp ứng chậm và
mô men sinh ra bởi cánh tay khá lớn, nên hệ thống dao động với biên độ dao động
lớn nhất khoảng 10% giá trị lớn nhất đặt của quỹ đạo. Thời gian dao động trong
khoảng 2s. Sai số xác lập khoảng 0.005, điều này do đáp ứng đầu ra của hệ thống
trễ so với giá trị đầu vào. Điều này hợp lí vì hệ thống luôn có thời gian đáp ứng trễ.
+ Tại t = 10s đến 20s: Do có sự thay đổi đường đi quỹ đạo, điều này làm thay
đổi chiều quay của động cơ hai khớp, nên dẫn đến sự dao động của tín hiệu trước
khi xác lập. Tuy nhiên, biên độ dao động của tín hiệu quỹ đạo đầu ra đã nhỏ đi rất
nhiều, và sai số xác lập cũng nhỏ đi rất nhiều khoảng 0,001.
fC@5|b)„ )d_)8 eF]*g)FG-P)*+G-e2 Pc-)_4+V^V_7axQ ^2Ml
i4FC
fC@CB5|)…-)7FM*iF-g)d_)8 eF]*g)FG-P)*+G-e2 Pc-)_4+V^V_7a
xQ ^2Mli4FC
fC@C@k_[*oM|b)„ eF]*g)FG-\`_HWPq4Pc-)_4+V^V_x† ^2Mli4F
u\hF_HEl )zbg)8FiEz _oF5_‡AˆM|M~-[*c-_W-)_oF‰_‡AwC
* Kết quả về quỹ đạo di chuyển của Robot theo quỹ đạo đặt.
Hình 3.24 Đồ thị quỹ đạo đặt và quỹ đạo
Robot dùng Fuzzy
Hình 3.25 Đồ thị sai lệch quỹ đạo dùng
Fuzzy

fCf>V7c-)[*ŠeLV.FN4\/5li4FC
fCfCBHEl )zb5_‡A‹‰_‡AC
3.3.1.1 Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
Do thi sai lech goc quay khop 1
Thoi gian [s]
goc sai lech [rad]


Sai lech q1 PID
Sai lech q1 FUZZY
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
Do thi sai lech goc quay khop 2
Thoi gian [s]
goc sai lech [rad]

Sai lech q2 PID
Sai lech q2 FUZZY
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Do thi goc quay khop 1
Thoi gian [s]
goc quay [rad]


Tin hieu goc quay dat
Tin hieu goc quay thuc PID
Tin hieu goc quay thuc Fuzzy
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Do thi goc quay khop 2

Thoi gian [s]
goc quay [rad]


Tin hieu goc quay dat
Tin hieu goc quay thuc PID
Tin hieu goc quay thuc Fuzzy
19
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
Do thi sai lech quy dao Robot
Thoi gian [s]
sai lech quy dao[m]


Sai lech quy dao PID
Sai lech quy dao FUZZY
Hình 3.36 Sai lệch quỹ đạo dùng PID và Fuzzy
3.3.1.2 Sai lệch góc quay hai khớp của cánh tay Robot.
Hình 3.37 Đồ thị góc quay khớp 1 giữa giá
trị đặt, PID và Fuzzy
Hình 3.38 Đồ thị góc quay khớp 2 giữa giá
trị đặt, PID và Fuzzy
Hình 3.39 Đồ thị sai lệch góc quay khớp 1

giữa PID và Fuzzy
Hình 3.40 Đồ thị sai lệch góc quay khớp 2
giữa PID và Fuzzy
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
Do thi sai lech toc do goc quay khop 1
Thoi gian [s]
toc do sai lech [rad]


Sai lech toc do q1 PID
Sai lech toc do q1 FUZZY
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Do thi sai lech toc do goc quay khop 2

Thoi gian [s]
toc do sai lech [rad]


Sai lech toc do q2 PID
Sai lech toc do q2 FUZZY
20
3.3.1.3 Sai lệch về tốc độ góc quay hai khớp.
Hình 3.41 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp 1
giữa PID và Fuzzy
Hình 3.42 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp 2
giữa PID và Fuzzy
fCfC@HEl )zb5_‡B‹‰_‡ACrC
3.3.2.1. Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
Do thi sai lech quy dao Robot
Thoi gian [s]
sai lech quy dao[m]


Sai lech quy dao PID

Sai lech quy dao FUZZY
Hình 3.43 Đồ thị góc sai lệch quỹ đạo giữa PID và Fuzzy
Dựa vào đồ thị so sánh hai sai lệch quỹ đạo khi dùng PID và dùng bộ mờ lai,
ta thấy rằng độ sai lệch quỹ đạo ở cả hai trường hợp gần bằng nhau. Tuy nhiên biên
độ dao động ở các thời gian quá độ ở bộ mờ lai giảm so với bộ điều khiển PID.
3.3.2.2 Sai lệch góc quay hai khớp của cánh tay Robot.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.5
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Do thi sai lech toc do goc quay khop 1
Thoi gian [s]
toc do sai lech [rad]


Sai lech toc do q1 PID
Sai lech toc do q1 FUZZY
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0

0.1
0.2
0.3
0.4
Do thi sai lech toc do goc quay khop 2
Thoi gian [s]
toc do sai lech [rad]


Sai lech toc do q2 PID
Sai lech toc do q2 FUZZY
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.05
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Do thi sai lech goc quay khop 1
Thoi gian [s]
goc sai lech [rad]


Sai lech q1 PID
Sai lech q1 FUZZY

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
Do thi sai lech goc quay khop 2
Thoi gian [s]
goc sai lech [rad]


Sai lech q2 PID
Sai lech q2 FUZZY
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
Do thi goc quay khop 1
Thoi gian [s]
goc quay [rad]


Tin hieu goc quay dat

Tin hieu goc quay thuc PID
Tin hieu goc quay thuc Fuzzy
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Do thi goc quay khop 2
Thoi gian [s]
goc quay [rad]


Tin hieu goc quay dat
Tin hieu goc quay thuc PID
Tin hieu goc quay thuc Fuzzy
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
0.03
0.035
0.04
0.045
0.05

Do thi sai lech quy dao Robot
Thoi gian [s]
sai lech quy dao[m]


Sai lech quy dao PID
Sai lech quy dao FUZZY
21
Hình 3.44 Đồ thị góc quay khớp 1 giữa giá
trị đặt, PID và Fuzzy
Hình 3.45 Đồ thị góc quay khớp 2 giữa giá
trị đặt, PID và Fuzzy
Hình 3.46 Đồ thị sai lệch góc quay khớp
1 giữa PID và Fuzzy
Hình 3.47 Đồ thị sai lệch góc quay khớp 2
giữa PID và Fuzzy
3.3.2.3 Sai lệch về tốc độ góc quay hai khớp.
Hình 3.48 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp 1
giữa PID và Fuzzy
Hình 3.49 Đồ thị sai lệch tốc độ góc
khớp 2 giữa PID và Fuzzy
fCfCfHEl )zb5_‡@‹‰_‡ACrC
3.3.3.1. Sai lệch quỹ đạo cánh tay Robot.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4

0.5
0.6
Do thi goc quay khop 1
Thoi gian [s]
goc quay [rad]


Tin hieu goc quay dat
Tin hieu goc quay thuc PID
Tin hieu goc quay thuc Fuzzy
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
Do thi goc quay khop 2
Thoi gian [s]
goc quay [rad]


Tin hieu goc quay dat
Tin hieu goc quay thuc PID
Tin hieu goc quay thuc Fuzzy
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.08
-0.06
-0.04

-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
Do thi sai lech goc quay khop 1
Thoi gian [s]
goc sai lech [rad]


Sai lech q1 PID
Sai lech q1 FUZZY
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
Do thi sai lech goc quay khop 2
Thoi gian [s]
goc sai lech [rad]


Sai lech q2 PID
Sai lech q2 FUZZY
22

Hình 3.50 Đồ thị sai lệch quỹ đạo giữa PID và Fuzzy
3.3.3.2 Sai lệch góc quay hai khớp của cánh tay Robot.
Hình 3.51 Đồ thị góc quay khớp 1 giữa giá
trị đặt, PID và Fuzzy
Hình 3.52 Đồ thị góc quay khớp 2 giữa giá
trị đặt, PID và Fuzzy
Hình 3.53 Đồ thị sai lệch góc quay khớp 1
giữa PID và Fuzzy
Hình 3.54 Đồ thị sai lệch góc quay khớp 2
giữa PID và Fuzzy
3.3.3.3 Sai lệch về tốc độ góc quay hai khớp.
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0
0.2
0.4
0.6
Do thi sai lech toc do goc quay khop 1
Thoi gian [s]
toc do sai lech [rad]


Sai lech toc do q1 PID
Sai lech toc do q1 FUZZY
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.4
-0.3

-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
Do thi sai lech toc do goc quay khop 2
Thoi gian [s]
toc do sai lech [rad]


Sai lech toc do q2 PID
Sai lech toc do q2 FUZZY
23
Hình 3.55 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp 1
giữa PID và Fuzzy
Hình 3.56 Đồ thị sai lệch tốc độ góc khớp 2
giữa PID và Fuzzy
Trong trường hợp khối lượng tải Mt tăng lên 2kg, thì ta thấy rõ hơn tính ưu
việt của bộ mờ lai so với bộ điều khiển PID khi tải tăng trong việc hạn chế biên độ
dao động, tăng khả năng bám theo quỹ đạo.
JŒ0
- Khi cánh tay chuyển động theo quỹ đạo, ta phải đưa cánh tay Robot về vị
trí ban đầu. Việc chọn vị trí ban đầu phải thích hợp để cơ cấu không sinh ra lực cản
lớn, mô men cản lớn.
- Sai lệch tốc độ trong quá trình chuyển động của cánh tay Robot so với tốc
độ của quỹ đạo đặt là tốt (gần bằng 0) so với khi dùng bộ PID. Biên độ dao động tại
các thời điểm quá độ và sai lệch quỹ đạo được giảm.
- Khi chọn các tập giá trị mờ và luật điều khiển thích hợp thì luật điều khiển

mờ giúp cho hệ đạt được độ chính xác khá cao, ngay cả với giá trị đặt rất nhỏ.
- Hệ thống mô phỏng đã được xét các trường hợp cánh tay Robot mang các
phụ tải khác nhau, điều đó càng chứng tỏ tính bền vững cao của hệ điều khiển.
Như vậy hệ thống làm việc ở chế độ không tải hoặc có tải, bộ điều khiển mờ lai
đảm bảo được chất lượng tĩnh và động tốt hơn khi dùng bộ điều khiển PID kinh điển.
24
y;<y•
BCk_i*t-
- Trong bản luận văn này đã nghiên cứu khảo sát cho một số kết quả như sau:
+ Khảo sát tổng quan về Robot , Điều khiển mờ lai cascade và quá trình tính
toán đề cập đến các thông số: Kp, Kd, Ki, mô men quán tính, mô men cản, quỹ đạo
Robot. Từ đó mô phỏng cho kết quả: Quỹ đạo, sai lệch quỹ đạo, sai lệch tốc độ, đáp
ứng dòng điện, tốc độ, mô men. Với các kết quả này giúp cho việc khảo sát, đánh
giá và hiệu chỉnh nâng cao chất lượng hệ thống.
+ Để nâng cao chất lượng của cánh tay Robot chuyển động bám theo quỹ
đạo trong mặt phẳng được nhận dạng trước, bản luận văn đã nghiên cứu và ứng
dụng bộ điều khiển mờ lai cascade, với hệ thống điều khiển này chất lượng bám
theo quỹ đạo của cánh tay Robot được nâng lên nhiều so với hệ điều khiển PID kinh
điển: Làm giảm biên độ giao động ở các thời điểm quá độ (như thời điểm bắt đầu
chuyển động của cánh tay, thời điểm cánh tay Robot thay đổi chiều chuyển động
theo hướng di chuyển của quỹ đạo), giảm sai lệch quỹ đạo thực so với quỹ đạo đặt
(<1%), giảm sai lệch tốc độ của chuyển động về gần bằng 0.
+ Tuy nhiên, trong quá tình chuyển động của cánh tay Robot theo quỹ đạo,
do chịu ảnh hưởng của các mô men quán tính, mô men cản của cơ cấu cánh tay
Robot và các hệ truyền động nên các đáp ứng của hệ điều khiển thường dao động,
trễ hệ thống. Việc khắc phục các yếu tố trên là một bài toán khó khăn, phức tạp.
Trong bản luận văn, tác giả ứng dụng bộ điều khiển mờ lai cascade nhằm giảm bớt
dao động, trễ hệ thống và giảm sai lệch quỹ đạo nhằm nâng cao chất lượng của hệ
thống.
@CFk- )`

Để giảm bớt sai lệch quỹ đạo, dao động và trễ hệ thống của các cơ cấu cánh
tay Robot hiện nay bằng giải pháp sử dụng kết hợp bộ điều khiển PID kết hợp với
các bộ điều khiển hiện đại khác như: Mờ trượt, thích nghi, nơ ron
25
;&5Ž
[1]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền: Truyền Động Điện, NXB Khoa
Học và Kỹ Thuật.
[2]. Nguyễn Phùng Quang (2006), Matlab
&
Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự động, nhà
xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[3] Nguyễn Như Hiển, Lại Khắc Lãi : Hệ mờ và Nơ ron trong kỹ thuật điều khiển.
[4] Nguyễn Doãn Phước: Lý thuyết điều khiển tuyến tính.
[5] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh : Lý thuyết điều khiển mờ.
[6] Nguyễn Thiện Phúc: Robot Công nghiệp, NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[7] Phạm Đăng Phước, Giáo trình Robot Công nghiệp (phần I), trường Đại học Bách khoa Đà
Nẵng.
[8] Nguyễn Mạnh Tiến, Điều khiển Robot Công nghiệp, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội.
[9] H.X.Li anh H.B Gatland (1997), “Fuzzy variable tructure control”, IEEE Trans. Syst.
Man, cybern. B. vol.27, pp. 306-312, Apr.
[10] Han.Xion Li (1999), “Approximate model reference adaptive mechaism for nominal gain
design of fuzzy control system”, IEEE Transactions on Systems, Man.And Cybernetics Part B:
Cybernetics. Vol.29. No.4. February 1999, pp 661-666.
[11] Li-Xin Wang and Jerry M. Mendel (1993), “Fuzzy adaptive Filters, with Application to
Nonlinear Channel Equalization”, IEEETransactions on fuzzy systems, Vol. I. No.3. August
1993, pp. 161-170.
[12] Li-Xin Wang (1992), “Fuzzy systems as nonlinear dynamic system indentifiers. Part 1:
design”, Proceedinge of the 31 st Conference on decision and control Tucson, Arizos,
December 1992. pp. 2511-2516.
cP•~^7F_~0

)__b0••‘‘‘C7F~M~-7CPVMC\-•F-x~’C)_Mˆ‘‘‘C 7PF~-P~xFH~P_ CPVM• ; ‘‘‘C ~^VVgC~x*C\- •
‘‘‘C_-*_C~x*C\-•