ĐỒ ÁN Nghiên cứu hệ thống điều khiển trượt cho chuyển động tay máy 3 bậc tự do

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
M U
Theo quỏ trỡnh phỏt trin ca xó hi, nhu cu nõng cao sn xut v cht

OBO
OK S
.CO
M

lng sn phm ngy cng ũi hi ng dng rng rói cỏc phng tin t ng
húa sn xut. Xu hng to ra nhng dõy chuyn v thit b t ng cú tớnh linh
hot cao ó hỡnh thnh v phỏt trin mnh mVỡ th ngy cng tng nhanh
nhu cu ng dng ngi mỏy to ra cỏc h sn xut t ng linh hot.
Robot ng dng rng rói v úng vai trũ quan trng sn xut cng nh
trong i sng. Robot l c cu a chc nng cú kh nng lp trỡnh c dựng
di chuyn nguyờn vt liu, cỏc chi tit, cỏc dng c thụng qua cỏc truyn
ng c lp trỡnh trc. Khoa hc robot ch yu da vo cỏc phộp toỏn v i
s ma trn.

Robot cú th thao tỏc nh con ngi v cú th hp tỏc vi nhau mt
cỏnh thụng minh .

Robot cú cỏnh tay vi nhiu bc t do v cú th thc hin c cỏc
chuyn ng nh tay ngi v iu khin c bng mỏy tớnh hoc cú
th iu khin bng chng trỡnh c np sn trong chip trờn bo mch
iu khin robot .

Cỏc Robot ó dc s dng phc v cho cỏc mỏy múc cụng nghip
ngay t khi k thut ny ra i . Mụ hỡnh Robot u tiờn ra i vo nm 1960.
Nm 1961 robot cụng nghip (Industrial Robot : IR) ra i. Cng ngy ngnh

robot cng phỏt trin, nú em li nhng thay i quan trng trong ch to sn
thỡ :

KIL

phm v nõng cao nng sut cht lng rt nhiu ngnh cụng nghip. Theo [4]
Robot cụng nghip l mt c cu tay mỏy nhiu chc nng, vi chng
trỡnh lm vic thay i c, dựng thc hin mt s thao tỏc sn xut.
S dng RBCN, cỏc xớ nghip cụng nghip thu c nhiu li ớch nh:
tng thi gian hot ng ca mỏy múc, tng linh hot, cú kh nng nh trc
c cụng vic sn xut v tng sn lng nh lm n nh quỏ trỡnh. Vic t
ng húa nh robot cng khc phc c tỡnh trng thiu nhõn cụng, ng thi
1



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
tăng được độ an tồn và cơng thái học cho cơng nhân. Việc tiết kiệm nhân cơng
đã hạ được giá thành sản phẩm, một ưu điểm quyết định khả năng cạnh tranh.
Giá thành của robot đang giảm đi trong khi tính năng của nó được gia tăng và

KIL
OBO
OKS
.CO
M

cơng nghệ ngày càng dễ sử dụng. RBCN và máy CNC có thể kết hợp với nhau
thành một hệ thống và có thể lập trình điều khiển bằng máy tính để cho chúng
hoạt động theo cơng nghệ đã đặt ra.

Robot đóng vai trò quan trọng trong tự động hố linh hoạt như cơng tác
vận chuyển bổ trợ cho máy CNC, trong dây chuyền lắp ráp, sơn hàn tự động,
trong các thao tác lặp đi lặp lại, trong các vùng nguy hiểm. Một robot có thể
chuyển động từ vị trí này sang vị trí khác để cung cấp chi tiết đồng thời vẫn giao
tiếp với các thiết bị ngoại vi như bộ PLC, bàn điều khiển hoặc hệ thống mạng
truyền thơng cơng nghiệp. Ưu điểm quan trọng nhất của kỹ thuật robot là tạo
nên khả năng linh hoạt hóa sản xuất. Việc sử dụng máy tính điện tử - robot và
máy điều khiển theo chương trình đã cho phép tìm được những phương thức
mới mẻ để tạo nên các dây chuyền tự động cho sản xuất hàng loạt với nhiều
mẫu, loại sản phẩm. Kỹ thuật robot cơng nghiệp và máy vi tính đã đóng vai trò
quan trọng trong việc tạo ra các dây chuyền tự động linh hoạt (Hệ sản xuất hàng
loạt FMS).

Để hệ ĐKRB có độ tin cậy, độ chính xác cao, giá thành hạ và tiết kiệm
năng lượng thì nhiệm vụ cơ bản là hệ ĐKRB phải đảm bảo giá trị u cầu của
các đại lượng điều chỉnh và điều khiển. Ngồi ra, hệ ĐKRB phải đảm bảo ổn
định động và tĩnh, chống được nhiễu trong và ngồi, đồng thời khơng gây tác
hại cho mơi trường như: tiếng ồn q mức quy định, sóng hài của điện áp và
dòng điện q lớn cho lưới điện v.v...

Khi thiết kế hệ ĐKRB mà trong đó sử dụng các hệ điều chỉnh tự động
truyền động, cần phải đảm bảo hệ thực hiện được tất cả các u cầu về cơng
nghệ, các chỉ tiêu chất lượng và các u cầu kinh tế. Chất lượng của hệ thống
được thể hiện trong trạng thái tĩnh và trạng thái động. Trạng thái tĩnh u cầu
quan trọng là độ chính xác điều chỉnh. Trạng thái động thì có u cầu về độ ổn
định và các chỉ tiêu về chất lượng động là độ q điều chỉnh, tốc độ điều chỉnh,
2

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
thời gian điều chỉnh và số lần dao động. Đối với hệ ĐKRB, việc lựa chọn sử
dụng các bộ biến đổi, các loại động cơ điện, các thiết bị đo lường, cảm biến, các
bộ điều khiển và đặc biệt là phương pháp điều khiển có ảnh hưởng rất lớn đến

KIL
OBO
OKS
.CO
M

chất lượng điều khiển bám chính xác quỹ đạo của hệ.

Các cơng trình nghiên cứu về hệ thống ĐKRB tập trung chủ yếu theo hai
hướng là sử dụng các mơ hình có đặc tính phi tuyến có thể ước lượng được để
đơn giản việc phân tích và thiết kế hoặc đề ra các thuật tốn điều khiển mới
nhằm nâng cao chất lượng đáp ứng của Robot.

Đặc điểm cơ bản của hệ thống ĐKRB là thực hiện được điều khiển bám
theo một quỹ đạo phức tạp đặt trước trong khơng gian, tuy nhiên khi dịch
chuyển thì trọng tâm của các chuyển động thành phần và mơmen qn tính của
hệ sẽ thay đổi, điều đó dẫn đến thơng số động học của hệ cũng thay đổi theo quỹ
đạo chuyển động và đồng thời xuất hiện những lực tác động qua lại, xun chéo
giữa các chuyển động thành phần trong hệ với nhau. Các yếu tố trên tác động sẽ
làm cho hệ ĐKRB mang tính phi tuyến mạnh, gây cản trở rất lớn cho việc mơ tả
và nhận dạng chính xác hệ thống ĐKRB. Do vậy, khi ĐKRB bám theo quỹ đạo
đặt trước phải giải quyết được những vấn đề sau:

• Khắc phục các lực tương tác phụ thuộc vào vận tốc, gia tốc của quỹ

đạo riêng các chuyển động thành phần và quỹ đạo chung của cả hệ như:
lực qn tính, lực ly tâm, lực ma sát v.v...

• Khi trọng tâm của các chuyển động thành phần và của cả hệ thay đổi
theo quỹ đạo riêng và chung kéo theo sự thay đổi của các thơng số động
học của hệ, điều đó đòi hỏi phải có sự biến thiên các tham số đưa vào bộ
điều khiển tương ứng để vẫn đảm bảo sự cân bằng, ổn định và bền vững
đồng thời vẫn bám theo được quỹ đạo đặt.

Với cơng cụ tốn vi phân người ta đã có thể phân tích tính điều khiển
được, tính quan sát được cho hệ phi tuyến. Ngồi ra người ta sử dụng các thuật
tốn khác phục vụ việc thiết kế điều khiển tuyến tính hố chính xác hệ phi tuyến
[10] như: Tuyến tính chính xác quan hệ vào-ra; Tuyến tính chính xác quan hệ
vào-trạng thái; Tuyến tính chính xác quan hệ vào-ra và điều khiển tách kênh;
3



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
Tuyến tính chính xác quan hệ vào - trạng thái và điều khiển tách kênh. Những
phương pháp điều khiển này thực sự hiệu quả và góp phần nâng cao chất lượng
điều khiển cho hệ phi tuyến.

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Các phương pháp điều khiển thơng thường sử dụng biện pháp phân tích

gián tiếp thơng qua mơ hình làm việc của hệ, song lại khơng cung cấp được
thơng tin một cách đầy đủ về tồn bộ hệ thống. Còn đối với những phương pháp
phân tích trực tiếp thì ngoại trừ tiêu chuẩn Lyapunov cho việc phân tích tính ổn
định và phương pháp mặt phẳng pha giới hạn ở hệ phi tuyến có hai biến trạng
thái, cho tới nay chưa có một phương pháp cụ thể nào khác.

Phương pháp điều khiển ĐLH ngược cần phải biết chính xác thơng số
của đối tượng, trong khi đối tượng thực tế lại có thơng số thay đổi và nhiễu
khơng xác định trong mơi trường làm việc. Do đó, việc thực hiện các bộ điều
khiển theo phương pháp này gặp nhiều khó khăn về độ chính xác, hay nói cách
khác là khó thực hiện được trong thực tế.

Phương pháp điều khiển phân ly phi tuyến có nhược điểm là hệ thống
điều khiển có tính phi tuyến cao, do đó độ phức tạp trong điều khiển là khá lớn,
khó có khả năng thực hiện trong thực tế.

Phương pháp điều khiển thích nghi theo mơ hình chuẩn chỉ thực hiện
đơn giản cho mơ hình tuyến tính với giả thiết bỏ qua sự liên hệ ĐLH giữa các
chuyển động thành phần trong hệ. Ngồi ra, sự ổn định của hệ thống kín cũng
đang là vấn đề khó giải quyết với tính phi tuyến cao của mơ hình chuẩn.
Phương pháp điều khiển thích nghi theo sai lệch có luật điều khiển thích
nghi được đơn giản hố bằng cách áp dụng phương pháp điều khiển thích nghi
suy giảm phân ly, do đó phương pháp này ln tồn tại sai lệch quỹ đạo trong
q trình điều khiển thực và như vậy sẽ khơng phù hợp với u cầu của hệ thống
điều khiển chính xác quỹ đạo.

Phương pháp điều khiển kiểu trượt có ưu điểm là tính bền vững cao, đặc
tính động học của hệ chỉ phụ thuộc vào việc lựa chọn mặt trượt. Tại thời điểm
đầu của q trình q độ, hệ thống điều khiển này rất nhạy cảm với các nhiễu và
sai lệch để có thể bám vào quỹ đạo trượt vốn biến đổi theo thời gian nên thường

4



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
xuất hiện tình trạng lập bập, điều này sẽ gây ra những rung động khơng mong
muốn trong hệ điều khiển. Để giảm bớt hiện tượng này thì cần phải giảm độ
chính xác điều chỉnh tuy nhiên thời gian q độ tăng.

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Phương pháp điều khiển trượt có đầy đủ các yếu tố cần thiết cho việc
thiết kế bộ điều khiển có các tính năng theo u cầu đề ra. Tính ổn định của điều
khiển trượt rất rộng và đồng quy và được ứng dụng trong việc thực hiện các điều
khiển nhảy cấp lý tưởng. Phương pháp này đảm bảo được tính bền vững và tính
bất biến đối với tác động bên ngồi.

Căn cứ vào các đánh giá nêu trên cùng với u cầu nghiên cứu ứng dụng
phương pháp điều khiển hiện đại nâng cao chất lượng hệ thống điều khiển quỹ
đạo Robot, tác giả của luận văn đã chọn phương pháp điều khiển trượt làm
mục tiêu nghiên cứu. Nội dung của đề cương nghiên cứu như sau:
1. Tên đề tài: Nghiên cứu hệ thống điều khiển trượt cho chuyển động tay
máy 3 bậc tự do.

2. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài: ứng dụng phương pháp điều
khiển trượt hiện đại cho điều khiển bền vững quỹ đạo Robot.

3. Mục đích của đề tài: Xây dựng cấu trúc và thuật tốn điều khiển.
4. Nội dung của đề tài, các vấn đề cần giải quyết:

- Xây dựng mơ hình tốn học cho Robot 3 bậc tự do.
- Xây dựng hệ thống điều khiển quỹ đạo đạt độ chính xác cao.
- Đánh giá chất lượng bằng mơ phỏng.

Nội dung của luận văn đề cập tới vấn đề “Nâng cao chất lượng hệ thống
điều khiển quỹ đạo cho Robot Scara 3 bậc tự do ứng dụng phương pháp điều
khiển trượt phi tuyến” với mục tiêu điều khiển bền vững và bám chính xác quỹ
đạo chuyển động trong khơng gian u cầu. Luận văn được trình bày thành 5
chương với nội dung cơ bản của từng chương được tóm tắt như sau:
Mở đầu: Mơ tả tổng quan về Robot và hệ điều khiển chuyển động Robot
và đưa ra một số vấn đề cần đề cập cũng như phương pháp chung
để tiếp cận với hướng đi của luận văn: Nâng cao chất lượng hệ

5



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
thng iu khin qu o cho Robot bng mt phng phỏp iu
khin hin i.
Chng 1 - Tng quan v iu khin Robot: a ra mụ t toỏn hc ca

KIL
OBO
OKS
.CO

M

h Robot vi h thng cỏc phng trỡnh ng hc v ng lc
hc ca Robot n bc t do; cp n nhng vn chớnh ca
iu khin phi tuyn nhm nh hng cho ni dung nghiờn cu
trong cỏc chng tip theo. Phõn tớch chi tit u, nhc im ca
mt s phng phỏp iu khin Robot ó v ang c ỏp dng
trong thc tin nõng cao chớnh xỏc iu khin qu o
Robot.

Chng 2 - Nõng cao cht lng h thng iu khin qu o cho
robot bng b iu khin trt ci tin: Trỡnh by c s lý
thuyt ca phng phỏp iu khin trt ci tin. Kim chng v
mt lý thuyt c s thc tin ca ti cng nh tớnh kh thi ca
phng phỏp iu khin bn vng ng dng phng phỏp iu
khin trt khi ỏp dng iu khin qu o Robot.
Chng 3 - Mụ t toỏn hc i tng - Robot Scara Serpent: Nghiờn
cu mt i i tng c th l mụ hỡnh Robot Scara Serpent
phc v vic nghiờn cu v kim chng cỏc lý thuyt v cỏc
phng phỏp iu khin c la chn.

Chng 4 - Xõy dng mụ hỡnh h thng iu khin: Thit k b iu
khin bn vng ng dng phng phỏp iu khin trt nõng
cao cht lng h thng iu khin qu o cho Robot. Xõy mụ
hỡnh h thng iu khin trt cho Robot Scara Serpent. Xõy
dng mụ hỡnh mụ phng s dng phn mm chuyờn dng.
Chng 5 - Mụ phng: nh hỡnh v kim chng v mt lý thuyt c s
thc tin ca ti cng nh tớnh kh thi ca phng phỏp iu
khin trt khi ỏp dng cho hot ng bn vng ca iu khin
qu o Robot Scara Serpent 3 bc t do.

6




KIL
OBO
OKS
.CO
M

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN

Chng 1

CC H THNG IU KHIN ROBOT

1.1. Cu trỳc tng quan ca mt Robot [2],[17].

Cỏc Robot cụng nghip ngy nay thng c cu thnh bi cỏc h thng
sau:

- Tay mỏy l c cu c khớ gm cỏc khõu, khp hỡnh thnh cỏnh tay to ra
cỏc chuyn ng c bn, gm:
. B (thõn) - Base

. Khp - thanh ni: joint- link

. C tay wrist: to nờn s khộo lộo, linh hot.

. Bn tay - hand, end effector: trc tip hon thnh cỏc thao tỏc trờn i
tng.

- C cu chp hnh to chuyn ng cho cỏc khõu ca tay mỏy. Ngun ng
lc ca c cu chp hnh l ng c.

- H thng cm bin gm cỏc sensor v cỏc thit b chuyn i tớn hiu cn
thit khỏc. Cỏc Rụbt cn h thng sensor trong nhn bit trng thỏi ca bn
thõn cỏc c cu ca Rụbt.

- H thng iu khin hin nay thng l mỏy tớnh giỏm sỏt v iu
khin hot ng ca Rụbt, cú th chia ra thnh 2 h thng:
. H thng iu khin v trớ (qu o) .

. H thng iu khin lc.

Cu trỳc vt lý c bn ca mt robot bao gm thõn, cỏnh tay v c tay.
Thõn c ni vi v t hp cỏnh tay thỡ c ni vi thõn. Cui cỏnh tay l
c tay c chuyn ng t do.

V mt c khớ, Rụbt cú c im chung v kt cu gm nhiu khõu,
c ni vi nhau bng cỏc khp hỡnh thnh mt chui ng hc h, tớnh t

7



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
thân đến phần công tác. Tuỳ theo số lượng và cách bố trí các khớp mà có thể tạo

ra tay máy kiểu toạ độ Đề các, toạ độ trị, tọa độ cầu…
Trong robot thì thân và cánh tay có tác dụng định

KIL
OBO
OKS
.CO
M

vị trí còn cổ tay có tác dụng định hướng cho end effector.
Cổ tay gồm nhiều phần tử giúp cho nó có thể linh động
xoay theo các hướng khác nhau và cho phép Rôbốt định
vị đa dạng các vị trí. Quan hệ chuyển động giữa các phần

tử khác nhau của tay máy như: cổ tay, cánh tay được thực

hiện qua một chuỗi các khớp nối. Các chuyển động bao
gồm chuyển động quay, chuyển động tịnh tiến…

Các rôbốt công nghiệp ngày nay hầu hết thường được đặt trên đế và thân
đế này được gắn chặt xuống nền. Gắn vào cổ tay có thể là một bàn kẹp (gripper)
hoặc một số công cụ khác dùng để thực hiện các nhiệm vụ khác nhau (như mũi
khoan, đầu hàn, đầu phun sơn...) và chúng được gọi chung là “end effector”.
Sự chuyển động của Robot bao gồm chuyển động của thân và cánh tay,
chuyển động của cổ tay. Những khớp kết nối chuyển động theo 2 dạng trên gọi
là bậc tự do. Ngày nay robot được trang bị từ 4 đến 6 bậc tự do.
Dựa vào hình dáng vật lý hoặc khoảng không gian mà cổ tay có thể di
chuyển tới mà người ta chia robot thành bốn hình dạng cơ bản sau :
Robot cực

(H 1.1.a) .

Robot Decac

(H 1.1.b) .

Robot trụ

(H 1.1.c).

Robot tay khớp (H 1.1.d) .

a

c

b

d

Hình 1.1. Phân loại robot cơ bản .

8




KIL
OBO
OKS

.CO
M

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

Robot Gryphon EC

Hình 1.2 : Hình dạng của các loại robot cơ bản.

Các khớp được sử dụng trong robot là khớp L, R, T, V (khớp tuyến tính, khớp
quay, khớp cổ tay quay và khớp vuông). Cổ tay có thể có đến 3 bậc tự do.
Bảng 1.3. Các dạng cơ bản của các khớp Robot

Loại

Tên

L

Tuyến tính

R

Quay

T

Cổ tay quay

Minh họa

Output link

Input link

Output link

Input link

Output link

Input link

Output link

V Các khớp
Vuông
có thể chuyển động được chính là nhờ được cung cấp năng
Input link
lượng bởi các thiết bị truyền động.
Các robot hiện nay thường dùng một trong ba

phương pháp truyền động sau đây :

Truyền động thuỷ lực .
Truyền động khí nén.
Truyền động điện .

Không gian làm việc của một robot phụ thuộc vào hình dạng và kết cấu
cơ khí của tay máy robot. Robot có 3 hình dạng cơ bản của không gian làm việc

là dạng cầu, dạng trụ và dạng khối hộp (lập phương hoặc chữ nhật) Cartesian.
Hình dưới mô tả hình dạng của không gian làm việc của robot :
9




KIL
OBO
OKS
.CO
M

THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN

♦ Sơ đồ khối tổ chức kỹ thuật của một robot ở hình 1.5.
(c)
(a)
(b)
A
B
Hình 1.4. Khơng gian
làm
Máy
tínhviệc của Robot
Chế độ dạy
học

Ghi dữ
liệu

Trong đó :

Động học
thuận

Lưu giữ kết
quả

Động học
ngược

Mặt phẳng
quỹ đạo

Khóa
chuyển mạch

D

C : Sai số vị trí

Chạy

Bộ
điều khiển

Nguồn động lực

∗ Khối A: là khối thu thập

và chuyển giao dữ liệu đầu vào.
Servo

Cơ cấu
chấp hành

∗ Khối B: là khối não bộ của robot gồm các cụm vi xử lý, giải quyết
Vị trí các
vật lý
vấn đề về:
Hình 1.5. Sơ đồ khối của Robot
- Thiết lập và giải các bài tốn động học trên cơ sở bộ thơng tin đầu

vào (θs , hs). (cụm Động học thuận).
-

Lưu trữ và chuyển giao các kết quả của q trình giải bài tốn

động học thuận. (Cụm Cartesian Point Storage).

- Lập trình quỹ đạo đi qua các điểm hình học để hồn thành tồn bộ
quỹ đạo chuyển động cần có. (cụm Mặt phẳng quỹ đạo).
- Giải các bài tốn động học ngược để tìm ra các thơng số điều khiển
(còn gọi là bộ dữ liệu điều khiển) - (Cụm Động học ngược).
∗ Khối C: là khối điều khiển.

∗ Khối D: là khối cơ cấu chấp hành. Nó bao gồm nguồn động lực (Motor
Dynamics), các cơ cấu chấp hành (Robot Dynamics) và các bộ cảm
nhận vật lý trên chúng (Cụm vị trí vật lý).
10

THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
1.2. Các hệ thống Điều khiển Robot.
Hệ thống điều khiển của robot có nhiệm vụ điều khiển hệ truyền động điện
để thực hiện điều chỉnh chuyển động của robot theo yêu cầu của quá trình công

KIL
OBO
OKS
.CO
M

nghệ. Hệ thống Điều khiển Robot có thể chia ra:

- Điều khiển vị trí (quỹ đạo) - điều khiển thô.
- Điều khiển lực - điều khiển tinh.

Tùy theo khả năng thực hiện các chuyển động theo từng bậc tự do mà
phân ra các hệ thống điều khiển dưới đây:

- Điều khiển chu tuyến: chuyển động được thực hiện theo một đường liên tục.
- Điều khiển vị trí: đảm bảo cho robot dịch chuyển bám theo một quỹ đạo
đặt trước.

Sơ đồ khối mô tả:
Quỹ đạo đặt

Bộ

điều khiển

Tín hiệu
điều khiển

Quỹ đạo thực

Robot

Phản hồi

Hình 1.6: Sơ đồ khối điều khiển vị trí Robot

Điều khiển chu kỳ: chuyển động được xác định bằng các vị trí đầu và cuối của
mỗi bậc tự do.

1.2.1. Các phương thức điều khiển.

- Điều khiển theo quỹ đạo đặt (3 phương thức điều khiển):
Điều khiển Robot theo chuỗi các điểm giới hạn.
Điều khiển lặp lại ( playback ):

Điều khiển Robot theo kiểu điểm - điểm (PTP).

Robot điều khiển theo quỹ đạo liên tục PCC.

Điều khiển ứng dụng kỹ thuật cao (Robot thông minh).

11

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
- iu khin da vo tớnh cht ca i tng iu khin l tuyn tớnh hay
phi tuyn.
1.2.2. iu khin theo qu o t

KIL
OBO
OKS
.CO
M

1.2.1.1. iu khin theo chui cỏc im gii hn.

L phng thc iu khin bng cỏch thit lp cỏc cụng tc gii hn v
cỏc im dng c khớ. Chuyn ng ca cỏc khp ni c bt u v kt thỳc
khi gp cỏc cụng tc gii hn hoc cỏc im dng c khớ ny. Vic thit lp cỏc
im dng v cỏc cụng tc gii hn tng ng vi vic lp chng trỡnh cho
robot, mi mt cụng tc c coi nh mt phn t nh. Phng phỏp iu khin
ny thng c dựng trong cỏc loi robot n gin.
1.2.1.2. iu khin lp li (playback).

Thng c dựng trong cỏc h thng iu khin phc tp v qu o
chuyn ng ca robot l theo mt qu o ó c tớnh toỏn v xỏc nh t
trc thụng qua mt chui cỏc v trớ xỏc nh. Cỏc v trớ ny ó c ghi vo b
nh ca robot v robot phi t tớnh toỏn iu khin t ti cỏc v trớ mong
mun ny theo cỏc iu kin ti u cú th. Robot iu khin playback c chia
lm hai loi tựy theo phng thc iu khin:

a. iu khin kiu im - im. (PTP):

Phng thc iu khin kiu im - im l phng thc iu khin m
vic xỏc nh qu o chuyn ng t im ny sang im khỏc l do bn thõn
robot xỏc nh tu theo iu kin c th. Qu o chuyn ng ca robot c
ghi t trc trong b nh ch l mt chui v trớ cỏc im mong mun. Robot s
t tỡm cỏch ln lt t ti cỏc im mong mun ú bng cỏch so sỏnh ta
hin ti vi ta ca im mong mun v tớnh toỏn xõy dng qu o iu
khin chuyn ng theo hng lm gim s sai lch ú. Dng qu o ny phự
hp cho cỏc robot cú hot ng gp, nh.

b. Phng phỏp iu khin qu o liờn tc : PCC - Path Continuos
Control:

L phng thc iu khin m qu o chuyn ng ca robot ti cỏc
im ó xỏc nh. Trong quỏ trỡnh hot ng robot phi iu khin h thng bỏm
12



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
theo quỹ đạo được ghi trong bộ nhớ. Quỹ đạo liên tục có thể được cho dưới
dạng các điểm liên tục hoặc cho dưới dạng các điểm cần phải đi qua với các
tham số về vận tốc, gia tốc, thời gian.v.v và được xây dựng bằng các đa thức nội

KIL
OBO
OKS
.CO
M

suy bậc cao. Quỹ đạo liên tục được đòi hỏi trong các ngun cơng cơng nghệ như
sơn, hàn, cắt ... mà tay máy thực hiện việc trực tiếp.

1.2.1.3. Điều khiển kiểu robot thơng minh:

Ứng dụng để điều khiển cho những robot ngồi việc có thể thực hiện được
chương trình đặt trước, nó còn có khả năng tùy biến thực hiện các hành động
phù hợp với các cảm nhận từ mơi trường. Robot thơng minh có thể thay đổi
chương trình phù hợp với điều kiện làm việc của mơi trường nhận được từ các
sensor (quang, nhiệt, vị trí, tốc độ, từ trường, âm thanh, tần số…) sử dụng logic
mờ và mạng nơron. Robot loại này có khả năng giao tiếp với con người hoặc với
hệ thống máy tính chung để có thể đưa ra các xử lý thơng minh. Hiện nay trên
thế giới đã xuất hiện các robot thơng minh có thể hiểu được các lệnh đơn giản
của con người, có thể giao tiếp, giúp đỡ để thực hiện các cơng việc phức tạp
trong nhà máy.

1.2.3. Các hệ thống điều khiển hệ tuyến tính

Khi khảo sát đặc tính động học của một đối tượng điều khiển hay một hệ
thống, thơng thường các đối tượng khảo sát được xem là tuyến tính, dẫn đến cho
phép mơ tả hệ thống bằng một hệ phương trình vi phân tuyến tính. Sử dụng
ngun lý xếp chồng của hệ tuyến tính, ta còn có thể dễ dàng tách riêng các
thành phần đặc trưng cho từng chế độ làm việc để nghiên cứu với những cơng
cụ tốn học chặt chẽ, chính xác mà lại rất đơn giản, hiệu quả. Sử dụng mơ hình
tuyến tính để mơ tả hệ thống có nhiều ưu điểm như:

- Mơ hình đơn giản, các tham số mơ hình tuyến tính dễ dàng xác định
được bằng các phương pháp thực nghiệm mà khơng cần phải đi từ
những phương trình hố lý phức tạp mơ tả hệ.

- Các phương pháp tổng hợp bộ điều khiển tuyến tính rất phong phú và
khơng tốn nhiều thời gian để thực hiện.

13



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
- Cu trỳc n gin ca mụ hỡnh cho phộp theo dừi c kt qu iu
khin mt cỏch d dng v cú th chnh nh li mụ hỡnh cho phự hp
vi yờu cu thc t.

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Chớnh vỡ nhng u im ny ca mụ hỡnh tuyn tớnh m lý thuyt iu
khin tuyn tớnh v mụ hỡnh tuyn tớnh ó cú c min ng dng rng ln.
1.2.4. Cỏc h thng iu khin h phi tuyn

Trong thc t phn ln cỏc i tng c iu khin li mang tớnh ng
hc phi tuyn (c bit l robot l i tng cú tớnh phi tuyn mnh - cú th thy
rt rừ ngay trong h thng iu khin Robot lun vn ny s trỡnh by), tc l
khụng tho món nguyờn lý xp chng; v khụng phi i tng no, h thng
no cng cú th mụ t c bng mt mụ hỡnh tuyn tớnh, cng nh khụng phi
lỳc no nhng gi thit cho phộp xp x h thng bng mụ hỡnh tuyn tớnh c
tho món. Hn th na ti u tỏc ng nhanh ch cú th tng hp c nu ta

s dng b iu khin phi tuyn. Cỏc hn ch ny bt buc ngi ta phi trc
tip nghiờn cu tớnh toỏn ng hc ca i tng, tng hp h thng bng
nhng cụng c toỏn hc phi tuyn.

nghiờn cu v nõng cao cht lng h thng iu khin qu o
Robot, chng ny s tng hp v nờu lờn mt s phng phỏp iu khin cỏc
h phi tuyn nh ó c trỡnh by chi tit trong [8], [10] v [11] v ng dng
cú hiu qu vo h thng iu khin Robot. Sau õy l mt s phng phỏp iu
khin n nh h thng phi tuyn:

1.2.4.1. Phng phỏp tuyn tớnh hoỏ trong lõn cn im lm vic.
Bn cht ca tuyn tớnh hoỏ xp x mụ hỡnh h thng xung quanh im
lm vic x v ú l thay i mt on ng cong f ( x , u ) trong lõn cn im x v
bng mt on thng tip xỳc vi ng cong ú ti im x v . Nh vy, vic
tuyn tớnh hoỏ mt h phi tuyn xung quanh im lm vic ng ngha vi s
xp x gn ỳng h phi tuyn trong lõn cn im lm vic bng mt mụ hỡnh
tuyn tớnh.

Xột h phi tuyn cú mụ hỡnh trng thỏi:

14



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
dx
= f ( x, u )
dt
y = g( x, u )

(1.1)

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Gi s rng h cú im cõn bng x v v trong lõn cn im lm vic x v ,
u 0 , h c mụ t gn ỳng bng mụ hỡnh tuyn tớnh:

Trong ú:

x
d~
~
~
= A x + Bu
dt
~y = C~
x + D~
u

sai s ~
x=xx ,

(1.2)

v

~
u = u u0
~y = y g ( x , u ) .
v
0

H (1.1) c chng minh l n nh (tim cn Lyapunov) ti x v khi h
(1.2) l n nh, khi v ch khi cỏc giỏ tr riờng ca ma trn A cú phn thc õm.
Trng hp h (1.2) khụng n nh thỡ cú th ỏp dng phng phỏp thit k b

iu khin phn hi trng thỏi R tnh n nh húa h (hỡnh 1.7), tc l xỏc
nh ma trn R sao cho ma trn A BR cú cỏc giỏ tr riờng nm bờn trỏi trc o.
~
u

w

-

d~
x
= A~
x + B~
u
dt

~
u

R

Hỡnh 1.7: n nh h phi tuyn
Cỏc phng phỏp thit k thng hay c s dng nht l b iu khin
cho trc im cc ca Rosenbrock, hay ca Roppenecker hoc ca Ackermann
nu l h SISO tuyn tớnh. Ta cng cú th s dng phng phỏp thit k b iu
khin ti u ca bi toỏn LQR (Linear Quadratic Regulator) tỡm R.
B iu khin R c thit k nh mụ hỡnh tuyn tớnh (1.2) song li lm
vic thc vi mụ hỡnh phi tuyn (1.1), trong ú hai mụ hỡnh ch tng ng vi
nhau trong mt lõn cn L nh no ú xung quanh im lm vic x v , u 0 . Nu
nh R ch cú th a li cho h phi tuyn tớnh n nh vi min n nh O nh

15



THƯ VIỆN ĐIỆN TỬ TRỰC TUYẾN
(giống như L) thì điều đó hồn tồn khơng có ý nghĩa ứng dụng trong thực tế.
Chỉ khi O tương đối lớn (lớn hơn rất nhiều so với L) thì chất lượng ổn định mà
R mang lại mới có ý nghĩa. Do vậy cần thiết phải kiểm tra lại chất lượng mà R

ổn định của hệ.

KIL
OBO
OKS
.CO
M

đã thực sự mang đến cho hệ phi tuyến, trong đó ưu tiên hàng đầu là chất lượng

1.2.4.2. Điều khiển tuyến tính hình thức.

Xét hệ thống phi tuyến mà mơ hình trạng thái của nó có dạng:

dx
 = A ( x , u , t ) x + B( x , u , t ) x
 dt
 y = C( x , u , t ) x


(1.3)

Trong đó A ( x , u , t ), B( x , u , t ), C( x , u , t ) là các ma trận thích hợp có phần tử
là hàm số của x , u và thời gian t.

Dạng mơ hình (1.3) có tên gọi là mơ hình tuyến tính hình thức, vì trong
trường hợp đặc biệt, khi mà các ma trận trong mơ hình (1.3) khơng còn phụ thuộc
x , u và trở thành A(t), B(t), C(t) thì nó chính là mơ hình của hệ tuyến tính
(khơng dừng).

Bài tốn điều khiển tuyến tính hình thức ở đây là tìm cách can thiệp vào hệ
thống, chẳng hạn như bộ điều khiển phản hồi trạng thái (hình 1.8) để hệ có được
chất lượng như mong muốn.

u = w − R ( x, u, t ) x

w

u

-

dx
= A( x , u , t ) x + B( x , u , t ) x
dt

(1.4)
x

R ( x, u, t ) x

Hình 1.8: Điều khiển tuyến tính hình thức bằng bộ điều khiển phản hồi trạng thái.

Chất lượng mong muốn đầu tiên là tìm bộ điều khiển (1.4) để sao cho với
nó, hệ kín với mơ hình trạng thái:

16



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
dx
= (A( x , u , t ) − B( x , u , t )R ( x , u , t ) )x + B( x , u , t ) w
2444443
dt 144444
~
A( t )

(1.5)

KIL
OBO
OKS
.CO
M

~
có ma trận A ( t ) không còn phụ thuộc x , u . Khi đó (1.5) trở thành tuyến tính.
Việc thiết kế bộ điều khiển phản hồi trạng thái như trên có thể được thực
hiện thông qua các phương pháp thiết kế như: Phương pháp thiết kế định hướng
hình thức theo giá trị riêng, Phương pháp thiết kế Sieber [11].

1.2.4.3. Điều khiển bù phi truyến.

Xét đối tượng phi tuyến được mô tả bởi hệ phương trình trạng thái:

dx
 = A x + P n ( x ) + Bu
 dt
y = Cx


(1.6)

Trong đó: A ∈ Rn x n, B ∈ Rn x r, C ∈ Rs x n, P ∈ Rn x q là các ma trận hằng
không suy biến. n ( x ) là vectơ có q phần tử phụ thuộc x , đại diện cho các thành

phần phi tuyến trong hệ.

Mục đích điều khiển là thiết kế bộ điều khiển h (u , y) sao cho hệ kín có

được chất lượng mong muốn và chất lượng này không phụ thuộc vào thành phần

phi tuyến n ( x ( t )) . Việc thiết kế gồm hai bước như sau:

Bước 1: Nhận dạng thành phần phi tuyến bằng một mô hình tuyến tính.
Bước 2: Thiết kế bộ điều khiển h (u , y) để loại bỏ thành phần phi tuyến trong hệ
kín và mang lại cho hệ một chất lượng mong muốn.

Thiết kế bộ điều khiển R theo nguyên lý phản hồi trạng thái ~
x ( t ) và ~
n (t )
có tín hiệu ra z của R được xét như sau (hình 1.9):

x
~
z = R  ~  = R x ~
x + Rn ~
n , tức là R = (Rx, Rn)
n
 
y
u
w
Đối
tượng
n
~

z

R

~
x

Mô hình
quan sát

Hình 1.9: Thiết kế bộ điều khiển

17

(1.7)



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN

Tóm tắt các bước xác định Rn, Rx như sau:

KIL
OBO
OKS
.CO
M

- Xác định ma trận BP giả nghịch đảo bên trái nào đó của B, sử dụng công
thức sau: BP = (BTB)-1BT.

- Tính Rn theo công thức: Rn = BP.P.H.

- Thiết kế bộ điều khiển tuyến tính Rx phản hồi trạng thái cho đối tượng
tuyến tính:

dx
= A x + Be (hình 1.10) để hệ kín gồm Rx và đối tượng
dt

tuyến tính này có được chất lượng như mong muốn (phương pháp điểm
cực đặt trước, phương pháp tối ưu tuyến tính).
- Xác định R = (Rx, Rn).

Hệ tuyến tính

w

u

e

Đối
tượng

-

-

Rx

~
x

y

n
~

Rn

Mô hình
quan sát

Hình 1.10: Bù phi tuyến.

Từ đây ta có thể xây dựng nên các phương pháp điều khiển robot trong thực tế

1.2.5. Các phương pháp điều khiển Robot

Cho đến nay trong thực tế, nhiều phương pháp và hệ thống điều khiển
Robot đã được thiết kế và sử dụng, trong đó các phương pháp điều khiển chủ
yếu là:

- Điều khiển động lực học ngược.

- Điều khiển phản hồi phân ly phi tuyến.
- Các hệ thống điều khiển thích nghi.

+ Điều khiển thích nghi theo sai lệch.
+ Điều khiển thích nghi theo mô hình mẫu (MRAC)

18



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
+ Điều khiển động lực học ngược thích nghi.
+ Điều khiển trượt
Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu các phương pháp điều khiển Robot để biết

KIL
OBO
OKS
.CO
M

được ưu nhược điểm của từng phương pháp .

1.2.5.1. Phương pháp điều khiển động lực học ngược.
Nguyên lý của phương pháp này là chọn một luật điều khiển phù hợp để
khử thành phần phi tuyến của phương trình động lực học và phân ly đặc tính
động lực học của các khớp nối.
..

.

M ( t ) = H(q ).q ( t ) + h(q , q ) + G (q )

(1.8)

Nếu ta biết các tham số của Robot ta có thể tính được các ma trận H,h,G

từ đó có luật điều khiển.

.

M dk = H (q ) U + h (q, q ) + G (q )

(1.9)

cân bằng Mdk=M với điều kiện H(q) ≠ 0
..

và q = U (vectơ điều khiển phụ )

Như vậy động lực học hệ thống kín sẽ được phân tích thành hệ phương
trình vi phân tuyến tính hệ số hằng.
..

q=U

Với Robot n khớp nối tương đương với n hệ con độc lập.
chọn U là tín hiệu điều khiển phụ có cấu trúc PID. Lúc đó:
..

t

U = q m + K D (q . m − q . ) + K p (q m − q ) + K I ∫ (q m − q )dt

(1.10)

0

trong đó :qm,q là biến khớp đặt và biến khớp thực của khớp.
q.m ,q. là tốc độ đặt và tốc độ thực của khớp.
qd

-

&q& d
q& d

e

&q& d + K P e +
1

e&

K D e& + K I ∫ e( t )dt

U

Tính
H(q) U + h (q, q& ) + g (q)

q

τ

0

-

Hình 1.11: Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển ĐLH ngược.
19

Robot

q&



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
V phng trỡnh sai s tng ng s l:
...

..

.

(1.11)

+ K D + K p + K L = 0

KIL
OBO
OKS
.CO
M

cỏc h s KD,Kp,KI c chn theo iu kin n nh ca Lyapunov sai

s gia qu o chuyn ng chun v qu o chuyn ng thc hi t ti

im 0 khụng ph thuc vo iu kin ban u.

u im ca phng phỏp ny l kh c tớnh phi tuyn v s rng buc
trong phng trỡnh ng lc hc.

Nhc im ca nú l phi bit c y chớnh xỏc cỏc thụng s cng
nh c tớnh ng lc hc Robot, ng thi cng phỏt sinh tớnh toỏn ph. Thut
toỏn tớnh toỏn iu khin U s liờn quan cỏc phộp tớnh lng giỏc nờn phi thc
hin mt s phộp nhõn ma trn vect v ma trn ph. Thi gian tớnh toỏn ln l
mt yu t nh hng n s hn ch ca phng phỏp ny. Phng phỏp ny
ch thng ỏp dng trong phũng thớ nghim hu nh cha ỏp dng vo thc t.

1.2.5.2. Phng phỏp iu khin phn hi phõn ly phi tuyn.
phng phỏp ny c xõy dng trờn c s lý thuyt ca iu khin phõn
ly cho h thng phi tuyn bng phn hi tuyn tớnh hoỏ tớn hiu ra.
T phng trỡnh ng lc hc :
..

.

M ( t ) = H(q ).q ( t ) + h(q , q ) + G (q )

(1.12)

Y = Y (q )

ma trn H khụng n nht nờn ta cú th vit li nh sau.
..

.

q ( t ) = [H(q )]1 M(t ) [ H(q )]1 .([h(q, q )] + [G (q )])

(1.13)

Phng trỡnh ny gm cỏc phng trỡnh vi phõn cp hai cho mi bin, vỡ
l ú qua hai ln vi phõn phng trỡnh u ra thỡ h s ca tớn hiu U s khỏc 0.
Lỳc ny tớn hiu U s xut hin trong phng trỡnh u ra:
1

1

.

y .. i = y (t ) = [H(q )]i M (t ) [H(q )]i .([h(q, q )] + [G i (q )])
*

= H i ( X ).U(t ) + G * i ( X )

vi:
*

H i ( X) = H(q )]i

1

20

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
.

1

G * i ( X ) = [ H(q )]i .([h(q, q )] + [G i (q )])
.
T

T
X = q (t ), q ( t )


T

phõn ly l:

KIL
OBO
OKS
.CO
M

Tớn hiu M(t) ca b iu khin c chn sao cho m bo h thng
M(t ) = H * ( X).[G * ( X ) + * ( X) E(t)]

(

(

)

= -H(q) - H -1 (q). h(q, q . ) + G(q) + * ( X) E(t)

(

= h(q, q ) + G(q) - H ( X ) E(t)
.

*

)

)

(1.14)

2

Trong ú: * i ( x) = ij .y i ( j)
j= 0

= diag( 1 , 2 ,... n )

T phng trỡnh (1.14) ta nhn thy tớn hiu iu khin Mi(t) cho khp i
ch ph thuc vo cỏc bin ng lc hc v tớn hiu vo E(t).

Thay M(t) t phng trỡnh 1.14 vo phng trỡnh 1.12 ta c:

..

(

.

H(q ).q (t ) + h(q , q ) + G (q ) = h(q, q . ) + G(q) - H * ( X) E(t)
..

)

.

Hay q i (t ) + i1 q i ( t ) + 0 i q i (t ) = i e i (t )

(1.15)
(1.16)

Phng trỡnh 1.16 biu th vo ra phõn ly ca h thng. Cỏc h s
1i , 0i , i c chn theo tiờu chun n nh.

1.2.5.3. Phng phỏp iu khin thớch nghi theo sai lch.
D a trờn c s lý thuyt sai l ch, Lee v Chung [15] ó xut thut
toỏn iu khin m bo Robot luụn bỏm qu o chuyn ng t trc vi
phm vi chuyn ng rng v ti thay i rng. Phng phỏp iu khin
thớch nghi theo sai lch c xõy dng trờn c s phng trỡnh sai lch
tuyn tớnh hoỏ lõn c n qu o chuyn ng chun. H thng iu khin
gm hai khi: Khi tin nh (truyn thng - feedforward) v khi phn hi
(feedback) nh hỡnh (1.12).

Qu o
chuyn ng chun

xm(t)

Phng trỡnh
Neuton-Euler

+

i tng
iu khin

+

21
B iu khin

H thng nhn dng
bỡnh phng ti thiu

x(t)




KIL
OBO
OKS
.CO

M

THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN

Khi tin nh tớnh toỏn mụ men ca Robot ng vi qu o chuyn

ng chun theo phng trỡnh Newton-Euler. Khi phn hi thc hin tớnh
toỏn thnh phn mụ men sai l ch theo lut ti u mt nc nhm bự sai lch
v trớ v tc ca khp dc theo qu o chuyn ng chun. Khi ỏnh
giỏ tham s thc hin theo s nhn dng bỡnh phng ti thiu thi gian
thc quy cỏc tham s v h s phn hi ca h tuyn tớnh hoỏ c cp
nht v chnh nh mi chu k mu. Mụ men tng t lờn c cu chp
hnh s gm hai thnh phn: mụ men danh nh c tớnh theo phng trỡnh
Newton-Euler t khi tin nh v mụ men bự sai l ch s c tớnh bi khi
phn hi thc hin theo lut ti u mt cp.

Phng phỏp iu khin thớch nghi theo sai lch cú hai u im c
bn: Nú cho phộp chuyn t vn iu khin phi tuyn v iu khin tuyn
tớnh quanh qu o chun. Vic tớnh toỏn mụ men danh nh cng nh mụ
men sai lch c thc hin c lp v ng thi.

Tuy nhiờn phng phỏp ny gp khú khn do khi lng tớnh toỏn quỏ
ln v do ú thi gian tỏc ng s chm, khú ti u trong vic iu khin
Robot.

1.2.5.4. Phng phỏp iu khin thớch nghi theo mụ hỡnh mu.
Trong s cỏc phng phỏp iu khin thớch nghi (iu khin thớch nghi
thụng qua iu chnh h s khuch i, iu khin thớch nghi t chnh, diu
khin thớch nghi theo mụ hỡnh chun) thỡ phng phỏp iu khin thớch nghi
theo mụ hỡnh chun (Model Reference Adaptive Control - MRAC) c s

dng rng rói nht v tng i d thc hin. Nguyờn lý c bn ca iu khin
thớch nghi theo mụ hỡnh chun da trờn s la chn thớch hp mụ hỡnh chun v

22



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
thut toỏn thớch nghi. Thut toỏn thớch nghi c tớnh toỏn da trờn tớn hiu vo
l sai lch gia u ra ca h thng thc v mụ hỡnh chun t ú a ra iu
chnh h s khuch i phn hi sao cho sai lch ú l nh nht. S khi
trờn hỡnh 1.13.

KIL
OBO
OKS
.CO
M

chung ca h thng iu khin thớch nghi theo mụ hỡnh chun c trỡnh by

ym

Mụ hỡnh
chun

C cu iu
chnh

tớn hiu

t

i tng
iu khin

B iu chnh

e

+
u ra y

Phng phỏp iu khin thớch nghi theo mụ hỡnh chun cú mt s u im
Hỡnh 1.13: H thng iu khin thớch nghi theo mụ hỡnh chun.
quan trng l nú khụng bao gm mụ hỡnh toỏn hc phc tp v khụng ph thuc
vo tham s mụi trng... Tuy nhiờn, phng phỏp ny ch thc hin c cho
mụ hỡnh n gin tuyn tớnh vi gi thit b qua s liờn h LH gia cỏc khp
ca Robot. Hn na s n nh ca h thng kớn cng l mt vn khú gii
quyt vi tớnh phi tuyn cao ca mụ hỡnh LH Robot.

1.2.5.5. Phng phỏp iu khin LH ngc thớch nghi.
L phng phỏp tng hp cỏc k thut nhm t ng chnh nh cỏc
b iu chnh trong mch iu khin nhm thc hin hay duy trỡ mt mc

nht nh cht lng ca h khi thụng s ca quỏ trỡnh c iu khin
khụng bit trc hoc thay i theo thi gian. Vi c phõn tớch cỏc h thng

iu khin cú cht lng cao luụn l vn trng tõm trong quỏ trỡnh phỏt
trin ca lý thuyt iu khin t ng núi chung v vn nõng cao cht
lng h thng iu khin bỏm chớnh xỏc qu o chuyn ng ca Robot

núi riờng. Tựy thuc vo cỏc tiờu chun phõn loi m cú cỏc h iu khin
thớch nghi khỏc nhau: H cú tớn hiu tỡm hay khụng cú tớn hiu tỡm; h iu

khin trc tip hay giỏn tip; h cc tr hay h gii tớch; h cú mụ hỡnh mu
hay h khụng cú mụ hỡnh mu; h t chnh hay h t t chc vv... ang c

23



THệ VIEN ẹIEN Tệ TRệẽC TUYEN
phỏt trin v v ỏp dng tng hp cỏc h thng iu khin qu o vi
ch tiờu cht lng cao. Phng phỏp tng quỏt húa cỏc h thớch nghi cú ý
ngha rt ln trong vic bao quỏt m t s lng ln cỏc bi toỏn thớch nghi,

KIL
OBO
OKS
.CO
M

n gin c vic tỡm hiu nguyờn lý c bn ca ngay c cỏc h phc tp,
trờn c s ú xõy dng cỏc bi toỏn mi, cỏc thit b c th mi.
S khi tng quỏt ca m t h thớch nghi nh hỡnh 1.14:



C cu
thớch nghi

Nhn dng



x

CCK

TK

y

u

Hỡnh 1.14: S khi tng quỏt h thớch nghi

Vn iu khin bỏm chớnh xỏc qu o Robot l mt vn luụn
nhn c s quan tõm chỳ ý. Hi n nay s phỏt trin mnh m c a k thut
v phn cng v phn m m ó cho phộp gim thi gian tớnh toỏn, iu ú
dn ti nhng ng lc cho vic thỳc y s phỏt trin ca cỏc h thng iu
khin qu o thớch nghi cho Robot.

1.2.5.6. iu khin trt [3], [8], [21], [23].

iu khin KC bt bin vi nhiu lon v s thay i thụng s cú th s
dng iu khin ch trt. iu khin kiu trt thuc v lp cỏc h thng
cú cu trỳc thay i (Variable Structure System - VSS) vi mch vũng hi tip
khụng liờn tc. Phng phỏp iu khin kiu trt cú c im l tớnh bn vng
rt cao do vy vic thit k b iu khin cú th c thc hin m khụng cn
bit chớnh xỏc tt c cỏc thụng s. Ch mt s cỏc thụng s c bn hoc min

gii hn ca chỳng l cho vic thit k mt b iu khin trt (Variable
Structure Controller - VSC).

24



THÖ VIEÄN ÑIEÄN TÖÛ TRÖÏC TUYEÁN
a. Chế độ trượt ở hệ Rơle:
Xét ở trên hình 1.15 mô tả một đối tượng điều khiển gồm hai khâu tích phân
được điều khiển bởi một rơle 2 vị trí :
.

K

y2

.

y1 = y 2

KIL
OBO
OKS
.CO
M

x(t) ≡ 0

e

-K

-

1
p

1
p

y = y1

Hình 1.15: Đối tượng được điều khiển bởi rơle 2 vị trí

Ta có hệ phương trình sau:
dy1
= y2
dt
dy 2
=±K
dt

(1.17)

Chia hai phương trình này cho nhau và chuyển vế ta được:
y2.dy2 ± K.dy1 = 0;
2

từ đó:

y2
± K .y 1 = C
2

(1.18)

Phương trình trên là phương trình parabol mà quỹ đạo pha là hai nửa
parabol với đường chuyển đổi:
e = - y1 = 0 (trục y2)

Quỹ đạo pha này ứng với chế độ tự dao động trong hệ rơ le: dao động với
biên độ không đổi khi mất cả tín hiệu vào
x(t) = 0. (Hình 1.16)

Thật vậy, khi cho một xung lượng

dương rất bé x(t) ở đầu vào, lúc đầu hệ
chưa

+K

y2
-K
y1

làm việc, phản hồi không có tín

25

Hình 1.16. Quỹ đạo pha với
đường chuyển đổi e = 0