Phương pháp tổng hợp các bộ điều khiển cho hệ thao tác từ xa một chủ một tớ

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài luận án
Teleoperation (hệ thao tác từ xa) là một hệ thống điều khiển có sự tương tác ở
khoảng cách xa, thường gặp trong học thuật và môi trường kỹ thuật. Hệ
Teleoperation bao gồm một hệ thống Master (hệ thống chủ động hay Robot chủ) và
một hệ thống Slave (hệ thống phụ thuộc hay Robot tớ). Trong hệ Teleoperation mỗi
Robot thực hiện các chức năng riêng, cụ thể: Robot tớ phải bám chính xác quỹ đạo
Robot chủ; Robot chủ phải tạo ra quỹ đạo theo mong muốn của tay người thao tác,
đồng thời phải giám sát được việc thực hiện nhiệm vụ của Robot tớ ở khoảng cách xa
thông qua Robot chủ nhờ sự bám ngược trở lại quỹ đạo của Robot tớ, đảm bảo đem
lại cho người thao tác có được cảm giác thực về nhiễu và các lực tương tác của môi
trường lên Robot tớ thông qua Robot chủ. Ở đây tín hiệu điều khiển được gửi qua lại
giữa Robot chủ và Robot tớ thông qua kênh truyền thông [75], [80]. Cho đến nay hệ
Teleoperation đã có hơn 60 năm nghiên cứu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như:
quân sự, nghệ thuật điêu khắc hội họa...[25], [55], [64]. Đặc điểm đáng lưu tâm ở
đây, đối tượng điều khiển trong hệ Teleoperation là những đối tượng phức tạp, phi
tuyến và chịu tác động của nhiều yếu tố bất định. Mục đích và yêu cầu đặt ra đối với
các phân hệ điều khiển Robot chủ; Robot tớ và đối với tổng thể cả hệ thống
Teleoperation cũng khác nhau. Thêm vào đó trong hệ luôn tồn tại hiệu ứng trễ trên
kênh truyền thông, dễ làm mất ổn định hệ thống. Tất cả những điều đó tạo nên những
thách thức không nhỏ trong việc tổng hợp các luật điều khiển cho hệ. Cùng với xu
hướng phát triển của khoa học kỹ thuật, các nghiên cứu cho hệ Teleoperation cũng
ngày một hoàn thiện hơn với các phương pháp điều khiển đã được ứng dụng như:
điều khiển thụ động, điều khiển PID, điều khiển thụ động kết hợp Scattering, điều
khiển trượt, điều khiển dự báo…[56], [64], [65], [76], [80]. Tuy nhiên các nghiên cứu
trước đây nhìn chung đều đưa ra giải pháp xây dựng bộ điều khiển cho Robot chủ và
Robot tớ hoàn toàn giống nhau do chưa quan tâm đến chức năng và nhiệm vụ riêng
của từng Robot trong hệ thống, đồng thời các thuật toán đã đề xuất chưa thực sự đáp
ứng được các yêu cầu về kỹ thuật điều khiển đối với hệ Teleoperation cụ thể chưa xét
đến các ảnh hưởng đồng thời từ các yếu tố như: mô hình động học phi tuyến bất định
của Robot chủ và Robot tớ; nhiễu tác động lên hệ, trễ trên kênh truyền…nên bài toán

ổn định cũng như chất lượng của hệ còn nhiều vấn đề cần quan tâm nghiên cứu. Thực
tế đặt ra cho thấy rất cần xây dựng các cấu trúc điều khiển đảm bảo cho hệ thống có
khả năng kháng nhiễu, tính bền vững và chịu được hiệu ứng trễ của đường truyền.
Chính vì vậy luận án tập trung xây dựng cấu trúc điều khiển cho hệ Teleoperation có
`

1


kể đến đồng thời các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định cũng như chất lượng hệ
thống đã đề cập ở trên.
2. Phạm vi, đối tượng nghiên cứu và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Luận án nghiên cứu về hệ thao tác từ xa nói chung và
đi sâu vào hệ thống thao tác từ xa một chủ một tớ (Teleoperation-SMSS) với trễ trên
kênh truyền thông là hằng số (Truyền thông qua dây dẫn xem như đường truyền hữu
tuyến với trễ T=const).
Phạm vi nghiên cứu của luận án: Luận án đề xuất cấu trúc và phương pháp
điều khiển cho hệ Teleoperation-SMSS đảm bảo ổn định tiệm cận cho Robot tớ; ổn
định thực tế ISS cho Robot chủ và toàn hệ thao tác từ xa làm việc ổn định thực tế với
kênh truyền hữu tuyến (trễ T=const).
Phương pháp nghiên cứu: Luận án sử dụng phương pháp phân tích, đánh giá
và tổng hợp. Thông qua nghiên cứu lý thuyết để đề xuất vấn đề cần giải quyết và xây
dựng thuật toán giải quyết vấn đề đó, kiểm chứng các nghiên cứu lý thuyết bằng mô
phỏng và thực nghiệm.
3. Mục tiêu của luận án
Nghiên cứu xây dựng các bộ điều khiển hệ thao tác từ xa Teleoperation SMSS,
đảm bảo cho hệ bền vững có khả năng thích nghi kháng nhiễu, hoạt động ổn định
trong điều kiện vừa có nhiễu bất định từ môi trường bên ngoài, vừa có hiệu ứng trễ
trên kênh truyền thông, đồng thời có tính đến tính phi tuyến mạnh vốn tồn tại trong
động học của Robot chủ và Robot tớ.

4. Những đóng góp mới về lý luận và thực tiễn của luận án
Luận án đã có những đóng góp mới sau:
 Đã đề xuất phương pháp đánh giá nhiễu và tác động của môi trường lên
Robot chủ và Robot tớ; đưa ra giải pháp bù trừ nhiễu và tác động bên ngoài lên hệ
thống.
 Đã tổng hợp được các bộ điều khiển bền vững, thích nghi kháng nhiễu trên cơ
sở đánh giá, bù nhiễu và sử dụng điều khiển mode trượt cho Robot tớ, đảm bảo ổn
định tiệm cận, phù hợp với yêu cầu đặc thù đối với Robot tớ.
 Đã tổng hợp được bộ điều khiển bền vững, thích nghi kháng nhiễu, đảm bảo
ổn định thực tế (ISS), phù hợp với yêu cầu đặc thù đối với Robot chủ.
 Đã chứng minh được điều kiện đủ để toàn bộ hệ thống ổn định thực tế (ISS)
đáp ứng các yêu cầu đặt ra đối với hệ thao tác từ xa dưới tác động của nhiễu bất định
từ bên ngoài và tồn tại hiệu ứng trễ trên kênh truyền thông.
Những đóng góp trên đây có ý nghĩa khoa học, có giá trị thực tiễn và có thể áp
dụng cho một lớp các đối tượng công nghiệp trong thực tiễn sản xuất và được ứng
`

2


dụng trong một số lĩnh vực như: tháo lắp thuốc nổ trong quân sự, Robot điêu khắc hội
họa từ xa..
5. Bố cục của luận án
Luận án gồm 03 chương, phần mở đầu và kết luận, được bố cục như sau:
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Giới thiệu tổng quan về hệ Teleoperation
1.1.1. Khái niệm về hệ Teleoperation
Hệ thống điều khiển này cho phép con người sử dụng khả năng tư duy, sự hiểu
biết và hoạt động chân tay của mình tác động vào máy móc, đồng thời đem lại cho
con người có những cảm giác thật trong sự tương tác giữa con người với Robot chủ

và giữa Robot tớ với môi trường cho dù ở khoảng cách xa [64], [75].
Trong những thập niên trở lại đây, hệ thống Teleoperation được ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực khác nhau [18], [24], [25], [55], [64], [74], [77], [82], [83], [90] như: điều
hành Robot không gian từ mặt đất, chỉ huy phương tiện không người lái dưới nước, xử
lý những vật liệu nguy hiểm, độc hại trong các nhà máy hạt nhân, trong tác chiến quân
sự, ứng dụng trong các lĩnh vực khai thác và sản xuất, điêu khắc hội họa…Ở góc độ nào
đó hệ Teleoperation cũng có thể ứng dụng trong “phẫu thuật từ xa”.
Hệ Teleoperation được điều khiển theo kiểu hệ kín chủ yếu với các cấu trúc
song song. Trong hệ kín, những tín hiệu phản hồi có thể là về vị trí, vận tốc, gia tốc
của Robot, lực tương tác với môi trường làm việc và thậm chí là hình ảnh, âm thanh,
nhiệt độ… tại khu vực mà Robot tớ làm việc [7], [70], [75]. Để trao đổi thông tin qua
lại giữa Robot chủ và Robot tớ còn có hệ thống truyền thông (Communication
Chanel) với nhiều giao thức khác nhau (mạng internet, qua hệ thống dây truyền dẫn,
hệ thống không dây…) [75], [80]. Trên Hình 1.1 biểu diễn mô hình cơ bản của một
hệ thống Teleoperation.
Người thao tác

Môi trường
làm việc
Trễ
Trễ
Slave và Bộ điều

Master và Bộ điều
khiển Master

Kênh truyền thông

khiển Slave

Hình1.1. Mô hình hệ thống Teleoperation
Hiện nay hệ Teleoperation được chia ra làm ba loại chính đó là: hệ SMSS (một
Master + một Slave), hệ MMMS (nhiều Master + nhiều Slave) và hệ SMMS (một
Master + nhiều Slave).
`

3


Như vậy hệ Teleoperation đã và đang được ứng dụng trong thực tế. Hệ
Teleoperation là hệ phi tuyến có trễ và chịu ảnh hưởng của nhiễu và ngoại lực bên
ngoài tác động. Trong luận án này chỉ tập trung nghiên cứu đến hệ TeleoperationSMSS.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu trên thế giới về hệ Teleoperation
Trong thời gian vài thập niên vừa qua có nhiều thuật toán điều khiển đã được
đề xuất nhằm vượt qua những những thách thức và trở ngại về đặc thù riêng của hệ
Teleoperation đã được nêu trên. Trong [44], thời gian trễ được xấp xỉ hóa nhờ
phương pháp Pade. Tuy nhiên sai số xấp xỉ trong trường hợp này sẽ tăng nhiều ở tần
số cao [60]. Trong một số công trình [30], [37], [71] thời gian trễ trên kênh truyền
thông được xem xét như là nhiễu. Cách giải quyết và xử lý nhiễu như vậy là không
mang lại hiệu quả như mong đợi, bởi nó không phản ánh đúng hiệu ứng trễ thực tế
trên kênh truyền thông. Xử lý trễ trong các hệ Teleoperation còn được thực hiện theo
phương pháp sử dụng bộ dự báo Smith [8]. Tuy vậy để có thể áp dụng được bộ dự
báo Smith, các tác giả đã buộc phải sử dụng mô hình tuyến tính thay cho mô hình
động học bất định của Robot chủ và Robot tớ. Để hạn chế bớt ảnh hưởng không tốt
của tính phi tuyến bất định, trong [14], [17] đề xuất bộ điều khiển thích nghi. Tuy vậy
các công trình này hầu như không bàn đến trễ kênh truyền thông [17] hoặc có xét đến
trễ (T300ms) nhưng chất lượng điều khiển quỹ đạo còn hạn chế [14]. Tương tự như
vậy, trong [60] luật điều khiển thích nghi được tổng hợp trên cơ sở tuyến tính hóa mô
hình động học của Robot chủ và Robot tớ, vì vậy nó không thể đáp ứng được các yêu
cầu đặt ra cho hệ thao tác từ xa với các đối tượng phi tuyến bất định.

Một trong số các công trình mới xuất hiện trong thời gian gần đây, liên quan
đến điều khiển thích nghi cho các hệ Teleoperation là công trình của Zhijun Li và
cộng sự [94]. Luật điều khiển thích nghi có tính đến tính chất thay đổi ngẫu nhiên của
thời gian trễ trên kênh truyền thông, trong đó thời gian trễ theo hai chiều có giá trị
khác nhau. Tuy nhiên hạn chế ở đây là luật điều khiển vẫn được xây dựng dựa trên
mô hình tuyến tính hóa của Robot chủ và Robot tớ. Trong [45] một bộ điều khiển cho
hệ Teleoperation được đề xuất, trong đó sử dụng luật điều khiển PD và bộ quan sát
tốc độ cho trường hợp thời gian trễ thay đổi. Nhược điểm của bộ điều khiển đề xuất ở
đây là chưa tính đến nhiễu tác động từ bên ngoài, mà các nhiễu này thường là không đo
được và có tính bất định. Để tạo ra khả năng kháng nhiễu, đặc biệt là các nhiễu bất định,
không đo được vấn đề cốt yếu đặt ra là phải nhận dạng, đánh giá được nhiễu. Một bộ quan
sát nhiễu cho hệ thao tác từ xa đã được đề xuất trong [94]. Tuy nhiên bộ quan sát này chỉ
áp dụng được cho trường hợp Robot chỉ có một bậc tự do (DOF), trong đó mô hình động
học đã được tuyến tính hóa.
`

4


Tác giả A. Mohammadi cùng các cộng sự của mình đã đề xuất bộ điều khiển
dựa trên quan sát nhiễu cho hệ Teleoperation [59]. Theo đó, kết quả quan sát nhiễu
tác động lên hệ được sử dụng để bù trừ tín hiệu điều khiển. Tuy nhiên bộ quan sát
nhiễu được đề xuất ở đây chỉ áp dụng được cho trường hợp nhiễu biến đổi chậm.
1.1.3. Tình hình nghiên cứu trong nước về hệ Teleoperation
Cho đến nay, nhìn chung các nghiên cứu trong nước về hệ Teleoperation nói
chung và hệ Teleoperation SMSS nói riêng còn rất hạn chế, trong đó việc tổng hợp
bộ điều khiển cho hệ hầu hết đều không xét đến các yếu tố ảnh hưởng của môi
trường, ma sát, gia tốc trọng trường…tác động lên hệ [3], [5], [6].
Từ những phân tích trên đây ta có thể thấy rằng việc xây dựng các bộ điều
khiển đảm bảo chất lượng cao cho hệ Teleoperation SMSS kể cả trong và ngoài nước

cho đến nay vẫn còn nhiều vấn đề chưa thực sự được giải quyết thỏa đáng, đang thực
sự là vấn đề cấp thiết thu hút được sự quan tâm của giới khoa học.
1.1.4. Các cấu trúc điều khiển hệ Teleoperation
 Cấu trúc điều khiển hai kênh (Two-Channel Architecture)
 Cấu trúc điều khiển bốn kênh (Four-Channel Architecture)
1.2. Tính chính xác và đồng nhất trong hệ Teleoperation (Transparency in
Teleoperation Systems)
Theo [21] một hệ Teleoperation được gọi là chất lượng cao nếu đảm bảo được tính
chính xác và đồng nhất về các yếu tố: đồng biên, đồng dạng cho tất cả các loại tín hiệu
như: vị trí, vận tốc, gia tốc, lực… gửi từ Robot chủ đến Robot tớ và ngược lại.
1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính ổn định và chất lượng của hệ Teleoperation
 Trễ trên kênh truyền thông (Time Delay)
 Nhiễu và các ngoại lực bên ngoài tác động lên hệ
1.4. Tính đặc thù và những khó khăn khi tổng hợp hệ Teleoperation và đề xuất
hướng giải quyết trong luận án
Tính đặc thù và khó khăn khi tổng hợp hệ Teleoperation:
- Ngoài nhiễu nội do các loại ma sát tại các khớp của các Robot thì tác động
của môi trường lên Robot tớ cũng là yếu tố không đo được. Thêm vào đó, tác động
của môi trường thay đổi theo quy luật không biết trước trong dải rộng. Rõ ràng muốn
đảm bảo chất lượng điều khiển đòi hỏi phải ước lượng được các tác động này và
thuật toán điều khiển phải xử lý được các tác động này một cách hiệu quả. Như vậy,
nhất thiết phải xây dựng bộ điều khiển thích nghi kháng nhiễu mới có thể giảm thiểu
ảnh hưởng của sự tương tác của môi trường và nhiễu nội lên chất lượng hệ thống.
Bên cạnh đó cũng cần quan tâm đến giải pháp đảm bảo cho người thao tác có được
cảm nhận thực của về tác động của môi trường lên Robot tớ thông qua Robot chủ, để
từ đó người thao tác đưa ra quyết định vận hành chính xác hơn.
`

5

- Robot chủ và Robot tớ đều là các đối tượng phi tuyến bất định, cần điều khiển
đồng thời Robot chủ và Robot tớ, trong đó Robot tớ phải bám theo quỹ đạo (véc tơ vị
trí) của Robot chủ; ngược lại Robot chủ cũng vừa phải bám theo quỹ đạo của Robot
tớ, lại vừa phải tạo ra quỹ đạo theo chủ ý của người thao tác. Điều này làm cho bài
toán điều khiển trở lên phức tạp thêm rất nhiều. Để giải quyết vấn đề điều khiển cho
đối tượng phi tuyến bất định với những yêu cầu đặc thù như vậy, luận án đề xuất
phương pháp tổng hợp bộ điều khiển bền vững trên cơ sở sử dụng chế độ trượt (hay
còn goi là Mode trượt), bởi chế độ trượt cho phép chế ngự được tính phi tuyến bất
định một cách hiệu quả [19], [87]. Vấn đề đặt ra là xây dựng thuật toán điều khiển,
đảm bảo sự tồn tại chế độ trượt trong hệ thống có những yêu cầu đặc thù nêu trên.
- Trong hệ thống tồn tại hiệu ứng trễ với thời gian trễ T, do kênh truyền thông
gây nên. Điều này càng làm cho bài toán điều khiển phức tạp thêm bên cạnh những
sự phức tạp đã nêu ở các phần trên.
Đề xuất hướng nghiên cứu giải quyết:
Qua phân tích tính đặc thù và những khó khăn khi tổng hợp hệ thao tác từ xa.
Để đạt được các mục tiêu như trên luận án cần giải quyết 3 bài toán sau:
 Bài toán 1: Xây dựng cấu trúc điều khiển Robot tớ trong hệ thao tác từ xa.
Theo [94] động học của Robot tớ được mô tả bằng phương trình:
M s (qs )qs  Cs (qs , q s )q s  G s (qs )  τ Ns  τ s  τ e
Trong đó: “s” là các chỉ số của Robot tớ; qs   n là véc tơ góc (vị trí) của Robot tớ;
τ s   n là mô men đầu vào của Robot tớ (tín hiệu từ bộ điều khiển của Robot tớ);
τ e   n là mô men do các lực tương tác của môi trường tác động lên Robot tớ;
M s ( qs )   nxn là mô men quán tính Robot tớ (ma trận đối xứng xác định dương);
Cs (qs , q s )   nxn là các véc tơ mô men Coriolis và hướng tâm; τ Ns   n là các thành

phần nhiễu nội (nhiễu cộng) không đo được và khó mô hình hóa tác động lên Robot tớ.
Nhận thấy rằng, trong thực tế trạng thái của Robot chủ và Robot tớ luôn bị chặn. Vì
vậy điều kiện đảm bảo cho Robot tớ hoạt động bám sát quỹ đạo của Robot chủ khi và
chỉ khi:

lim
qm t  T   qs  0;
t 

lim
q m t  T   q s  0
t 

Trong đó: qm t  T    n là véc tơ góc (vị trí) của Robot chủ qua kênh truyền
thông với trễ T, làm quỹ đạo đặt cho Robot tớ.
*
Do đó vấn đề đặt ra là phải xác định được thuật toán đánh giá thành phần τe  τe τNs

(gọi tắt là tác động của môi trường lên Robot tớ) nhằm xây dựng cấu trúc bộ điều
khiển bền vững, có khả năng thích nghi kháng nhiễu cho Roobot tớ và truyền thành
`

6


*

phần τ e về phía Robot chủ giúp cho người thao tác có thể cảm nhận được tác động
này lên Robot tớ thông qua Robot chủ.
 Bài toán 2: Xây dựng cấu trúc điều khiển Robot chủ trong hệ thao tác từ xa.
Điều khiển Robot chủ vừa phải bám ngược trở lại theo quỹ đạo Robot tớ, lại
vừa phải tạo ra quỹ đạo theo chủ ý của người thao tác trong điều kiện có nhiễu nội tác
động và các thành phần không mô hình hóa được của Robot chủ. Bên cạnh đó cấu
*
trúc điều khiển cần phải đảm bảo chứa mạch vòng phản hồi thành phần τe về phía

Robot chủ để giúp người thao tác có được cảm nhận thực về các tác động của môi
trường lên Robot tớ.
Theo [94] và để cho người thao tác cảm nhận được chính xác tác động của môi
*
trường τe lên Robot tớ động học của Robot chủ sẽ có dạng:

M m (qm )qm  Cm (qm , q m )q m  G m (qm )  τ Nm  τ m + τ op  τ e*
Trong đó: “m” là các chỉ số của Robot chủ; qm   n là véc tơ góc (vị trí) của Robot
chủ; τ m   n là mô men đầu vào của Robot chủ (tín hiệu từ bộ điều khiển của Robot
chủ); τ op   n là mô men do người thao tác tạo nên; M m (qm )   nxn là mô men quán
tính Robot chủ (ma trận đối xứng xác định dương); Cm (qm , q m )   nxn là các véc tơ
mô men Coriolis và hướng tâm; τ Nm   n là các thành phần nhiễu nội (nhiễu cộng)
không đo được và khó mô hình hóa tác động lên Robot chủ.
Tương tự như Robot tớ, để đảm bảo cho Robot chủ hoạt động bám sát quỹ đạo của
Robot tớ khi và chỉ khi:
lim
qs t  T   qm  0;
t 

lim
q s t  T   q m  0
t 

Trong đó: qs t  T    n là véc tơ góc (vị trí) của Robot tớ qua kênh truyền
thông với trễ T, làm quỹ đạo đặt cho Robot chủ. Như vậy, trước hết cần xác định
được thuật toán đánh giá thành phần nhiễu τ Nm tác động lên Robot chủ. Tiếp đó xây
dựng cấu trúc điều khiển thích nghi kháng nhiễu và đảm bảo ổn định ISS cho Robot
chủ với các tác động kích thích bên ngoài τ op ;τ e* …lên Robot chủ.
 Bài toán 3: Tổng hợp hệ thao tác từ xa bền vững thích nghi kháng nhiễu với trễ

trên kênh truyền thông T là hằng số.
Trong luận án đề cập đến hệ thống thao tác từ xa được xây dựng trên cơ sở tích
hợp giữa Robot chủ và Robot tớ thông qua kênh truyền thông với trễ T là hằng số.
Yêu cầu đặt ra là phải tổng hợp hệ thao tác từ xa, trong đó bộ điều khiển của từng
Robot đã đề cập trong Bài toán 1; Bài toán 2. Mặt khác phải đảm bảo cho toàn bộ hệ
`

7


thống hoạt động ổn định khi chịu hiệu ứng trễ của kênh truyền. Vấn đề đặt ra là cần
phải xác định điều kiện đủ để hệ thao tác từ xa ổn định thực tế.
Nội dung của 3 bài toán trên có thể nhóm gọn lại như sau:
- Ước lượng các thành phần nhiễu nội và tác động của môi trường lên Robot
chủ/Robot tớ;
- Tổng hợp bộ điều khiển bền vững thích nghi kháng nhiễu sử dụng chế độ trượt
cho Robot tớ và tổng hợp bộ điều khiển ISS thích nghi kháng nhiễu cho Robot chủ;
- Tổng hợp hệ thống thao tác từ xa thích nghi bền vững kháng nhiễu với trễ
trên kênh truyền thông là hằng số đảm bảo tính ổn định cũng như chất lượng của hệ
thống.
1.5. Kết luận chương 1
Chương 1 đã trình bày tổng quan về hệ thống thao tác từ xa (Teleoperation)
bao gồm cấu trúc, phân loại, các đặc điểm và yêu cầu về chất lượng điều khiển của
một hệ thống Teleoperation. Điểm lại một số kỹ thuật điều khiển hệ thống thao tác từ
xa đã được công bố trên tạp chí khoa học trên thế giới và trong nước. Đã chỉ ra những
vấn đề còn tồn tại chưa được giải quyết thỏa đáng cũng như nêu lên những đặc thù và
khó khăn khi tổng hợp điều khiển hệ thống Teleoperation đảm bảo được các yêu cầu
về kỹ thuật điều khiển. Từ đó đã nêu rõ tính bức thiết của luận án cần giải quyết, xác
định rõ mục tiêu cần đạt được, đề xuất được thuật toán đảm bảo giải quyết được các
mục tiêu của luận án.

`

8


CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG
THAO TÁC TỪ XA (TELEOPERATION-SMSS)
2.1. Cơ sở lý thuyết điều khiển hiện đại
2.2. Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi bền vững cho hệ thống thao tác từ xa
(Teleoperation-SMSS)
Dưới đây đề xuất phương pháp mới để tổng hợp hệ thống thao tác từ xa, đảm
bảo tính bền vững và tính kháng nhiễu, đồng thời có chú ý đến tính phi tuyến của
Robot chủ và Robot tớ; hiệu ứng trễ do truyền thông gây ra và đặc biệt là ước lượng
tác động của môi trường lên Robot tớ và bù trừ ảnh hưởng của nó, trong khi vẫn đảm
bảo cho người thao tác cảm nhận được tác động này.
Đặt vấn đề
Theo [94] động học của hệ thao tác từ xa, bao gồm hai Robot là Robot chủ (Master)
và Robot tớ (Slave) được mô tả bằng hệ phương trình:
M m ( qm ) qm  Cm (qm , q m )q m  G m ( qm )  τ Nm  τ op  τ m
(2.24)
M s (qs )qs  Cs (qs , q s )q s  G s (qs )  τ Ns  τ s  τ e
(2.25)
Để giải quyết vấn đề đặt ra, luận án đề xuất phương pháp tổng hợp bộ điều khiển
thích nghi, bền vững trên cơ sở ước lượng nhiễu kết hợp sử dụng chế độ trượt cho phía
Robot tớ và tổng hợp bộ điều khiển ISS thích nghi kháng nhiễu cho Robot chủ.
2.2.1. Tổng hợp bộ điều khiển thích nghi bền vững sử dụng chế độ trượt cho
Robot tớ
2.2.1.1. Ước lượng nhiễu tác động lên Robot tớ
Động học của Robot Slave được mô tả bởi phương trình (2.25) trong đó thành phần

mô men các lực tác động của môi trường τ e và thành phần nhiễu bất định τ Ns là đại
lượng thay đổi trong dải rộng và không đo được. Như đã nêu ở phần trên, đối với tác
động bên ngoài như τ e và τ Ns chúng ta cần ước lượng, từ đó sử dụng kết quả ước
lượng để điều khiển, làm cho hệ thống có khả năng thích nghi kháng nhiễu.
Trên Hình 2.8 là sơ đồ cấu trúc của bộ ước lượng tác động của môi trường lên
Robot tớ, trong đó có hai khối chính: khối mô hình Robot tớ MHRS và khối xử lý
nhiễu của Robot tớ XLNS. Động học của khối mô hình MHRS được mô tả bằng
phương trình:
M s (qs )qs  Cs (qs , q s )q s  G s (qs )  τ s
(2.30)
M s (qs )  M s (qs ); Cs (qs , q s )  Cs (qs , q s ); G s ( qs )  G s (qs )
qs , q s , qs là các biến trạng thái của mô hình Robot tớ MHRS.

(2.31)

Lấy hai vế của phương trình (2.30) trừ hai vế tương ứng của phương trình (2.25), có
chú ý đến (2.31), ta thu được:
M s (qs ) εs  C s (qs , q s )εs  τ e*
(2.32)
`

9


với

εs  qs  qs ; εs  q s  q s ; εs  qs  qs ; τ e*  τ e  τ NS

(2.33)

Các biểu thức (2.32), (2.33) có thể sử dụng để xác định thành phần τ e* .
Kết quả ước lượng theo (2.32), (2.33) sẽ là véc tơ đánh giá tác động của môi trường
lên Robot tớ τ e* , với sai số đánh giá e phụ thuộc vào độ chính xác của các sensor
*
*
nói trên: τ e  τˆe  e hay τ e*  e  τˆe*

(2.34)

Hình 2.8. Sơ đồ cấu trúc của khâu ước lượng tác động của môi trường lên Robot tớ
2.2.1.2. Tổng hợp luật điều khiển cho cho Robot tớ
Ý tưởng chủ đạo của phương pháp đề xuất là: sử dụng đầu ra của bộ ước lượng
nhiễu đề xuất ở phần trên nhằm làm cho hệ thống có khả năng thích nghi kháng
nhiễu; sử dụng phương pháp “tính mômen” và chế độ trượt nhằm chế ngự các yếu tố
bất định, làm cho hệ thống có tính bền vững tốt [19], [87], [91]. Thực hiện ý tưởng
nêu trên, trước hết chúng ta áp dụng phương pháp “tính mômen”, theo đó đầu vào
của Robot tớ (2.25) được tạo ra theo luật dưới đây [57]:
τ s  M s (qs )u s  Cs (qs , q s )q s  G s (qs )  τb
(2.35)
Với u s là biến điều khiển sẽ phải được xác định tiếp theo; Cs (qs , q s )q s  G s (qs ) là
thành phần bù phi tuyến và τ b là thành phần bù nhiễu. Sử dụng kết quả ước lượng
nhiễu đã thu được ở phần trên, ta chọn τ b  τˆe . Khi đó, thế (2.35) vào (2.25) và biến
đổi ta thu được:
M s (qs )qs  M s (qs )u s e
(2.36)
*

Tiếp theo, chúng ta phải xác định u s nhằm đảm bảo tính bền vững cho hệ thống.
Điều khiển mode trượt là lựa chọn thích hợp nhất cho đối tượng (2.36).
qsd (t)  qs (t)  e(t)

Đặt:
(2.37)
Cần xác định thuật toán điều khiển mode trượt cho (2.36) đảm bảo đầu ra của
Robot tớ bám theo đầu vào mong muốn (2.37), nghĩa là làm cho:
lim
e (t)  lim
qm (t T)  qs (t)  0
qsd (t)  qs (t)  lim
t  s
t 
t 

lim
e (t)  lim
q m (t T)  q s (t)  0
q sd (t)  q s (t)  lim
t  s
t 
t 

Chọn mặt trượt dạng:

t

S s  es   p es   I  es  d 
o

`

10

(2.39)
(2.40)


Với S s   n ,  p và  I là các ma trận đường chéo xác định dương

 p  diag  p1  p 2 ...  pn  ,  I  diag  I 1  I 2 ...  In ;  pi  0;  Ii  0, i  1, 2, ..., n .

Tiếp theo, ta phải xác định u s trong (2.36) đảm bảo tồn tại chế độ trượt trên mặt trượt
S s cho hệ thống Robot tớ. Chọn

u s ở dạng:

u s  u seq  K s S s  AsgnS s

(2.43)

Trong đó u seq là điều khiển tương đương và các thành phần K s , A được xác định
như sau:

K s  diag k si    nxn , ksi  0, i

(2.44)

A  A o  I, A o  diag aoi    nxn ,

(2.45)

*e  M s 1 qs e  1* *2 ... *n  T

(2.46)

aoi  *i max ; I là ma trận đơn vị

Định lý sau đây thiết lập điều kiện đủ cho sự tồn tại chế độ trượt của hệ (2.36), (2.43).
Định lý 2.1. Xét hệ động học (2.36). Luật điều khiển (2.43) đảm bảo tồn tại chế
độ trượt cho hệ thống trên mặt trượt (2.40) mỗi khi thỏa mãn điều kiện (2.44), (2.45),
(2.46) với  là đại lượng dương nhỏ bao nhiêu tùy ý. (Định lý đã được chứng minh.)

Hình 2.9. Sơ đồ cấu trúc điều khiển cho Robot tớ
2.2.2. Tổng hợp bộ điều khiển ISS thích nghi kháng nhiễu cho Robot chủ
Để đáp ứng được đồng thời các yêu cầu đó đòi hỏi hệ thống phải có khả năng thích
nghi kháng nhiễu và đảm bảo được ổn định ISS. Vì vậy trước hết cần ước lượng
nhiễu tác động lên Robot chủ.
2.2.2.1. Ước lượng nhiễu tác động lên Robot chủ
Để cho người thao tác cảm nhận chính xác được tác động của môi trường lên
Robot tớ, τˆe được đưa tới Robot chủ, lúc đó kết hợp với phương trình gốc (2.24),
phương trình động học của Robot chủ sẽ có dạng:
M m (qm ) qm  Cm (qm , q m )q m  G m ( qm )  τ Nm  τ op  τ m  τˆe*
(2.58)
*

Để đánh giá được nhiễu τ Nm tác động lên Robot chủ, ta sử dụng cấu trúc như
Hình 2.10. trong đó phương trình của mô hình Robot chủ MHRM sẽ có dạng:
`

11

M m ( qm ) qm  Cm (qm , q m )q m  G m ( qm )  τ op  τ m  τˆe*

(2.59)

Trong đó:
M m ( qm )  M m ( qm ); Cm (qm , q m )  Cm ( qm , q m ); G m ( qm )  G m ( qm )

(2.60)

qm , q m , qm là các biến trạng thái của mô hình Robot chủ MHRM.
Lấy hai vế của phương trình (2.59) trừ hai vế tương ứng của phương trình
(2.58), có chú ý đến (2.60), ta thu được:
M m ( qm ) εm  Cm (qm , q m )εm  τ Nm
(2.61)

với

εm  qm  qm ; εm  q m  q m ; εm  qm  qm

(2.62)

Như vậy, thành phần nhiễu τ Nm bất định tác động lên Robot chủ hoàn toàn được

xác định thông qua các đại lượng qm , qm , q m , q m , qm , qm trên cơ sở (2.61) và (2.62), kết
quả đánh giá τˆNm kèm theo sai số  Nm :
 Nm  τ Nm  τˆNm

(2.63)

Kết quả đánh giá nhiễu τˆNm ở đầu ra của bộ ước lượng được sử dụng trong luật

điều khiển của Robot chủ.

Hình 2.10. Sơ đồ cấu trúc ước lượng nhiễu bất định tác động lên Robot chủ
2.2.2.2. Tổng hợp luật điều khiển cho Robot chủ
Do yêu cầu đặt ra đối với Robot chủ, bộ điều khiển cho Robot chủ phải có khả
năng kháng nhiễu và phải đảm bảo được ổn định ISS. Để đạt được mục tiêu này, ta sử
dụng phương pháp “tính mô men” kết hợp bù trừ nhiễu. Chọn luật điều khiển dạng:
τ m  M m ( qm )  qmd  K p em  K D em   Cm (qm , q m )q m  G m (qm )  τˆNm
(2.64)

Trong đó: em  qmd  qm ; em  q md  q m ; qmd là đầu vào mong muốn của Robot

chủ;

Kp, KD là các ma trận đối xứng, xác định dương. Thế

τ m từ (2.64) vào (2.58)

và biến đổi ta có:
M m (qm )  qm  qmd  K p em  K D em   τ op  τˆe*  τˆNm  τ Nm
Đặt:

 Nm  τ Nm  τˆNm

0
0
 0

em 
Im 

, B  


Xm    , A  

1
 p   
M m qm  B 2 qm 
em 
D
 


 

`

(2.66)

12

(2.67)


B 2 qm   M m1  qm 

Giả thiết rằng:

  AX  B τ  τˆ*   
X

m
m
e
 op
Nm 
τ op



 Nm

 sup τop t   op ; τˆe*
t



(2.68)

 sup τˆe* t   e ;
t

n

 sup  Nm t   Nm ; max  bij qm   b


(2.69)

1in j 1

t

khi hệ không có tác động kích thích τ op , τˆe* ,  Nm mô hình hệ (2.68) sẽ có dạng:
  AX
X
(2.70)
mo

mo

Tính ổn định của (2.70) hoàn toàn phụ thuộc vào ma trận A theo dạng (2.67). Vì
K P , K D là các ma trận đối xứng xác định dương nên ma trận A là ma trận bền, tức là
ma trận Hurwitz. Do đó hệ (2.70) ổn định và quỹ đạo Xmo t  với mọi giá trị ban đầu
của X mo 0 bị chặn và tiệm cận về gốc tọa độ khi t   .
Bây giờ ta sẽ chứng minh hệ (2.68) là ổn định thực tế, hay ổn định ISS. Định lý
sau đây thiết lập các điều kiện đủ đó.
Định lý 2.2. Xét hệ động học (2.68), trong đó các tác động τ op , τˆe* ,  Nm bị chặn
bởi (2.69). Hệ sẽ ổn định thực tế (practical Stabilied) với quỹ đạo trong không gian
sai lệch luôn bị chặn và hội tụ về miền  chứa gốc tọa độ, được xác định bởi:
 
(2.71)
Xm   2 n : Xm  2 pbv 
v  op  e   Nm

(2.72)

AT Pm  Pm A = -I

(2.73)

 p là chặn trên của chuẩn . của ma trận Pm   2nx 2n :
Định lý đã được chứng minh.

Hình 2.11. Sơ đồ cấu trúc điều khiển Robot chủ
2.2.3. Tổng hợp hệ thống thao tác từ xa bền vững thích nghi kháng nhiễu
Hệ thống thao tác từ xa được xây dựng trên cơ sở hệ Robot chủ tích hợp với
Robot tớ thông qua các kênh truyền với trễ T=const.
τ e t   τˆe* t  T  ; qsd t   qm (t  T ) ; q sd t   q m (t  T ) ;
qmd t   qs (t  T ) ; q md t   q s (t  T )

`

13

(2.83)


Với qsd t , q sd t  là các đầu vào của Robot tớ; qmd t , q md t  là các đầu vào
của Robot chủ. Từ (2.83) ta suy ra:
em t   qmd t   qm t   qs (t  T )  qm t  ; em t   q md t   q m t   q s (t  T )  q m t 
es t   qsd t   qs t   qm (t  T )  qs t  ; es t   q sd t   q s t   q m (t  T )  q s t 
Như vậy thời gian trễ T ảnh hưởng trực tiếp đến các véc tơ:
T
T
X m t    em t  em t  ; X s t    es t  es t 

(2.84)
(2.85)

Vấn đề đặt ra tiếp theo là phải xác định điều kiện đủ để hệ thao tác từ xa ổn

định thực tế. Định lý sau đây thiết lập điều kiện đủ để hệ thao tác từ xa ổn định với
các hệ Robot chủ và Robot tớ được xác định ở (2.21) và (2.22).
Định lý 2.3. Xét hệ thao tác từ xa với hệ Robot chủ (2.24), (2.61)(2.64); hệ Robot
tớ (2.25), (2.32)(2.35), (2.40), (2.43), (2.52) và trễ đường truyền T (2.83). Hệ sẽ ổn
định thực tế với quỹ đạo trong không gian sai lệch luôn bị chặn và hội tụ về miền  t
chứa gốc tọa độ, được xác định bởi:
 t  Xt   XTm XTs    4 n 
T

g  2 Pm . B . τv

;

Xm 

g  g 2  4
;
2

Xs  0

;   m  s  τe ; m  m1  m 2 ; s   s1  s 2

d i qmT t  T  qm t  T  i
T
i1
dt i


m1  

d i qsT t  T  qs t  T  i
T
i 1
dt i


s1  

d i q mT t  T  q m t  T  i
T
i1
dt i


m 2  

d i q sT t  T  q s t  T  i
T
i1
dt i


s 2  

d i τˆe*T t  T  τˆe* t  T  i
T
i1
dt i


τe  

(2.87)
(2.90)
(2.93)
(2.95)
(2.96)

Định lý đã được chứng minh.

Hình 2.12. Sơ đồ cấu trúc hệ thống thao tác từ xa trên cơ sở bộ điều khiển
bền vững thích nghi kháng nhiễu
2.3. Mô phỏng điều khiển hệ thống thao tác từ xa (Teleoperation SMSS)
trên Matlab-Simulink
2.3.1. Động lực học của hệ Teleoperation SMSS
`

14


Hình 2.13. Robot 2 bậc tự do dạng tay nối tiếp theo phương ngang
2.3.1.1. Phương trình động lực học Robot chủ
2.3.1.2. Phương trình động lực học Robot tớ
2.3.2. Cấu hình của Robot chủ và Robot tớ
2.3.3. Mô phỏng minh họa thuật toán tổng hợp luật điều khiển bền vững thích
nghi kháng nhiễu sử dụng chế độ trượt cho Robot tớ
2.3.4. Mô phỏng minh họa thuật toán tổng hợp luật điều khiển ISS thích nghi
kháng nhiễu cho Robot chủ
2.3.5. Cấu trúc điều khiển hệ thao tác từ xa (Teleoperation SMSS) trên Matlab

Simulink
2.3.6. Kết quả mô phỏng thuật toán điều khiển hệ thao tác từ xa và nhận xét
* Kết quả mô phỏng ước lượng tác động của môi trường lên Robot tớ τ e*

Hình 2.38. Thành phần tác động của môi trường τˆe*1

Hình 2.39. Thành phần tác động của môi trường τˆe*2

* Kết quả mô phỏng quỹ đạo Robot chủ và Robot tớ khi T=0(s)
Trường hợp 2: Khi đã bù trừ ảnh hưởng của thành phần τ e* phía Robot tớ
`

15


Hình 2.42. So sánh quỹ đạo q1 của Robot chủ và Robot tớ khi đã bù trừ thành phần τˆe*

Hình 2.43. So sánh quỹ đạo q2 của Robot chủ và Robot tớ khi đã bù trừ thành phần τˆe*
- Kết quả mô phỏng so sánh τ op trong trường hợp có và không có mạch vòng
phản hồi thành phần τˆe phía Robot chủ
*

Hình 2.44. Thành phần mômen τ op1

Hình 2.45. Thành phần mômen τ op 2

`

16

* Kết quả mô phỏng quỹ đạo Robot chủ và Robot tớ với trễ kênh truyền T=0.5 (s)

Hình 2.46. Thành phần quỹ đạo q1 của Robot

Hình 2.47. Thành phần quỹ đạo q2 của Robot
* Nhận xét: Thông qua kết quả mô phỏng Hình 2.38 và Hình 2.39 cho ta thấy thuật
toán đánh giá nhiễu và tác động của môi trường lên Robot chủ/Robot tớ đề xuất theo
cấu trúc Hình 2.12 hoàn toàn chính xác làm cơ sở cho việc bù trừ tín hiệu điều khiển
giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu lên hệ thống. Hình 2.40 đến Hình 2.43 cho ta thấy
quỹ đạo Robot tớ bám hoàn toàn đồng nhất về dạng quỹ đạo, biên độ, pha với Robot
chủ trong trường hợp không có trễ trên kênh truyền; Hình 2.46 và Hình 2.47 khi trễ
T=2 (s) thì quỹ đạo Robot tớ chỉ lệch pha nhưng vẫn đồng nhất về dạng quỹ đạo với
Robot chủ. Mặt khác kết quả mô phỏng Hình 2.44 và Hình 2.45 cho ta thấy khi có tác
động của môi trường gây sức cản lên Robot tớ thì người thao tác có khả năng cảm
nhận được sức cản đó.
2.4. Kết luận chương 2
Chương 2 của luận án đã tập trung vào xây dựng thuật toán điều khiển cho hệ
thao tác từ xa với những đóng góp mới sau đây:
 Đã đưa ra thuật toán ước lượng nhiễu cũng như tác động của môi trường lên
Robot chủ và Robot tớ, từ đó làm cơ sở cho việc tổng hợp bộ điều khiển thích nghi
kháng nhiễu cho từng Robot trong hệ thống thao tác từ xa (Teleoperation-SMSS).
 Đã phát biểu và chứng minh được ba định lý về các điều kiện đủ, từ đó đưa ra cấu
trúc điều khiển cho Robot chủ và Robot tớ hoạt động ổn định với các đặc thù và yêu
cầu về kỹ thuật điều khiển riêng cho từng Robot.
`

17

CHƯƠNG 3
MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN
ĐÃ ĐỀ XUẤT CHO HỆ THAO TÁC TỪ XA (TELEOPERATION SMSS)
3.1. Sơ đồ khối ghép nối điều khiển hệ thống thao tác từ xa qua máy tính và
Card DSP1103

Hình 3.1. Sơ đồ ghép nối điều khiển hệ SMSS qua máy tính và Card DSP1103
3.2. Sơ đồ kết nối vật lý cho một khớp (1 động cơ) của Robot chủ/Robot tớ với
Card DSP1103

Hình 3.2. Sơ đồ ghép nối vật lý cho một khớp của Robot với Card DSP1103
3.3. Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ Teleoperation SMSS
3.4. Sơ đồ các khối ghép nối trên Matlab Simulink kết nối với DSP1103 và hệ
SMSS thực
3.5. Sơ đồ ghép nối thực điều khiển hệ thống Teleoperation SMSS qua máy
tính

Hình 3.10. Mô hình ghép nối thực hệ SMSS với DSP1103 và mạch điều khiển
`

18


3.6.

Kết quả điều khiển thực hệ SMSS qua card DSP1103 và phần mềm
Control Desk
 Kết quả ước lượng tác động của môi trường τ e* lên Robot tớ

Hình 3.12. Kết quả ước lượng thành phần nhiễu τ e* khi Robot tớ không mang tải

Hình 3.13. Kết quả ước lượng thành phần nhiễu τ e* khi Robot tớ mang tải
Nhận xét: Việc ước lượng nhiễu đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều
khiển, góp phần bù trừ tín hiệu điều khiển do thành phần nhiễu gây ra lên hệ thống.
Hình 3.13 và Hình 3.14 cho ta thấy được các thành phần nhiễu đánh giá trong trường
hợp không tải và có tải.
 So sánh quỹ đạo Robot chủ và Robot tớ với trễ kênh truyền T=0 (s)
+ Trường hợp 1: Robot tớ không mang tải và chưa bù trừ nhiễu nội τ NS

Hình 3.14. So sánh quỹ đạo q1 của Robot chủ và Robot tớ khi chưa bù trừ nhiễu τ NS

Hình 3.15. So sánh quỹ đạo q2 của Robot chủ và Robot tớ khi chưa bù trừ nhiễu τ NS
`

19


+ Trường hợp 2: Robot tớ không mang tải và đã bù trừ nhiễu nội τ NS

Hình 3.16. So sánh quỹ đạo q1 của Robot chủ và Robot tớ khi đã bù trừ nhiễu τ NS

Hình 3.17. So sánh quỹ đạo q2 của Robot chủ và Robot tớ khi đã bù trừ nhiễu τ NS
+ Trường hợp 3: Robot tớ có mang tải và chưa bù trừ nhiễu τ e*

Hình 3.38. So sánh quỹ đạo q1 của Robot chủ và Robot tớ khi chưa bù trừ nhiễu τ e*

Hình 3.49. So sánh quỹ đạo q2 của Robot chủ và Robot tớ khi chưa bù trừ nhiễu τ e*
`

20

+ Trường hợp 4: Robot tớ có mang tải và đã bù trừ nhiễu τ e*

Hình 3. 20. So sánh quỹ đạo q1 của Robot chủ và Robot tớ khi đã bù trừ nhiễu τ e*

Hình 3.21. So sánh quỹ đạo q2 của Robot chủ và Robot tớ khi đã bù trừ nhiễu τ e*

 So sánh quỹ đạo Robot chủ và Robot tớ khi chưa bù trừ nhiễu τ với trễ kênh
*

e

truyền T≠0.
+ Trường hợp 1: Trễ kênh truyền T=0,2s

Hình 3.22. So sánh quỹ đạo q1 của Robot chủ và Robot tớ với trễ T=0.2 (s)

Hình 3.23. So sánh quỹ đạo q2 của Robot chủ và Robot tớ với trễ T=0.2 (s)
`

21


 So sánh quỹ đạo Robot chủ và Robot tớ khi đã bù trừ nhiễu τ với trễ kênh
*

e

truyền T≠0.

+ Trường hợp 1: Trễ kênh truyền T=0,1s

Hình 3.24. So sánh quỹ đạo q1 của Robot chủ và Robot tớ với trễ T=0.1 (s)

Hình 3.25. So sánh quỹ đạo q2 của Robot chủ và Robot tớ với trễ T=0.1 (s)
+ Trường hợp 3: Trễ kênh truyền T=0,5 s

Hình 3.28. So sánh quỹ đạo q1 của Robot chủ và Robot tớ với trễ T=0.5 (s)

Hình 3.29. So sánh quỹ đạo q2 của Robot chủ và Robot tớ với trễ T=0.5 (s)
`

22


Nhận xét: Thông qua các kết quả thực nghiệm từ Hình 3.14 đến Hình 3.21 cho
ta thấy, trong trường hợp trễ kênh truyền T=0 (s) thì việc việc đánh giá chính xác các
thành phần nhiễu tác động lên hệ thống và từ đó bù trừ tín hiệu điều khiển tại các
khớp giúp quỹ đạo Robot tớ bám chính xác theo quỹ đạo của Robot chủ với sai số
xấp xỉ 0. Tuy nhiên nếu nhiễu quá lớn sẽ gây ra sự sai lệch phần nào quỹ đạo giữa
Robot chủ và Robot tớ. Từ Hình 3.22 đến Hình 3.29 với trễ trên kênh truyền lần lượt
là T=0.1(s); T=0.2(s); T=0.5(s) (ở đây xem đường truyền là hữu tuyến) ta thấy cấu
trúc điều khiển hệ thống đã đề xuất ở chương 2 vẫn đảm bảo được tính ổn định cũng
như yêu cầu về chất lượng đồng nhất giữa quỹ đạo Robot chủ và Robot tớ. Tuy nhiên
khi thời gian trễ tăng lên thì chất lượng của hệ thống cũng giảm, một phần cũng do
kết cấu cơ khí của đối tượng làm thực nghiệm cũng chưa thực sự chính xác nên tồn
tại hiện tượng rung giật trong vận hành.
3.7. Kết luận chương 3
Bằng thực nghiệm đã kiểm tra được tính đúng đắn của thuật toán đề xuất và đã
khẳng định được hệ thỏa mãn được các yêu cầu về kỹ thuật điều khiển bám quỹ đạo và

giúp người thao tác cảm nhận được sự tương tác lực giữa Robot tớ với môi trường.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
 Kết luận
Luận án đã đạt được:
 Đã đề xuất phương pháp đánh giá nhiễu và tác động của môi trường lên
Robot chủ và Robot tớ; đưa ra giải pháp bù trừ nhiễu và tác động bên ngoài lên hệ
thống.
 Đã tổng hợp được các bộ điều khiển bền vững, thích nghi kháng nhiễu trên
cơ sở đánh giá, bù nhiễu và sử dụng điều khiển mode trượt cho Robot tớ, đảm bảo ổn
định tiệm cận, phù hợp với yêu cầu đặc thù đối với Robot tớ.
 Đã tổng hợp được bộ điều khiển bền vững, thích nghi kháng nhiễu, đảm bảo
ổn định thực tế (ISS), phù hợp với yêu cầu đặc thù đối với Robot chủ.
 Đã chứng minh được điều kiện đủ để toàn bộ hệ thống ổn định thực tế (ISS)
đáp ứng các yêu cầu đặt ra đối với hệ thao tác từ xa dưới tác động của nhiễu bất định
từ bên ngoài và tồn tại hiệu ứng trễ trên kênh truyền thông.
 Hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án và kiến nghị
 Triển khai áp dụng kết quả nghiên cứu cho các hệ SMMS và MMMS.
 Luận án đã đề cập đến phân tích và tổng hợp hệ thống thao tác từ xa
(Teleoperation SMSS) với cấu hình Robot chủ và Robot tớ giống nhau và trễ
trên kênh truyền là hằng số. Cần tiếp tục nghiên cứu cho các trường hợp trễ
trênh kênh truyền thay đổi không đối xứng và cấu hình Robot chủ và Robot tớ
khác nhau.
`

23


31

`