Nghiên cứu xây dựng mô hình vật lý và hệ điều khiển cánh tay robot hai bậc tự do_2

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 1 of 95.

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu
Quá trình phát triển về mọi mặt của con người luôn gắn liền với quá trình phát
triển của khoa học công nghệ. Sự phát triển về khoa học công nghệ là đòn bẩy giúp
cho một quốc gia có thể phát triển toàn điện và mạnh mẽ.Song song với quá trình phát
triển đó là yêu cầu ngày càng cao trong công việc về độ chính xác, tin cậy, khả năng
làm việc trong môi trường khắc nghiệt cường độ cao trong thời gian dài. Robot ra đời
như là một giải pháp vô cùng hiệu quả để thực thi cácnhu cầu cấp thiếtđó của con
người.Qua thời gian, kỹ thuật Robot đã phát triển mạnh mẽ trên nhiều quốc gia, trong
nhiều các lĩnh vực ứng dụng trong cuộc sống và hứa hẹn sẽ là ngành kỹ thuật đi đầu
trong tương lai.
Tự động hóa và kỹ thuật Robot là hai lĩnh vực có liên quan mật thiết đến nhau.
Về phương diện công nghiệp, tự động hóa là một công nghệ liên kết với sử dụng các
hệ thống cơ khí, điện tử và hệ thống máy tính trong vận hành điều khiển quá trình sản
xuất. Tuy nhiên việcđiều khiển chính xác được cánh tay robot đểđảm bảo cho quá
trình sản xuất được chính xác thì không hềđơn giản chút nào. Với những kiến thứcđã
được học, tác giả mong muốn kiểm chứng vàđưa vào thực tiễn đểđiều khiển robot. Do
đó, tác giảđã chọn đề tài“Nghiên cứu xây dựng mô hình vật lý và hệ điều khiển
cánh tay robot hai bậc tự do”.Đề tài sau khi hoàn thành có thể làm mô hình cho các
sinh viên thực tập môn điều khiển robot hoặc nghiên cứu quỹđạo chuyển động của
robot trong không gian.
2. Mục đích nghiên cứu
- Tìm hiểu khái quát về robot công nghiệp, quá trình hình thành và phát triển,
các phương pháp điều khiển có thể sử dụng được. Từđó tiến hành nghiên cứu, thiết kế
hệ điều khiển vị trí theo quỹ đạo mong muốn và xây dựng mô hình vật lý cánh tay
Robot hai bậc tự do.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 2 of 95.

- Đối tượng nghiên cứu chính của đề tài là cánh tay robot 2 bậc tự do. Nghiên
cứu các phương pháp điều khiển robot và cách thứcđiều khiển cánh tay Robot hai bậc
tự do từ máy tính.
- Phạm vi nghiên cứu thực hiện trên cơ sở lý luận, thiết kế xây dựng bộ điều
khiển, mô phỏng lý thuyết điều khiển đã xây dựng được trên phần mềm Matlab
Simulink. Sau đó xây dựng mô hình cánh tay robot 2 bậc tự do và xây dựng mô hình
điều khiển cho đối tượng thực.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết về robot và các vấn đề liên quan, đặc biệt là các phương
pháp điều khiển. Sau đó xây dựng mô hình mô phỏng của bộđiều khiển và tiến hành
mô phỏng. Cuối cùng tiến hành xây dựng mô hình vật lý của cánh tay robot hai bậc tự
do cùng với hệđiều khiển cho đối tượng thực
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
a. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Luận văn mang tính chất nghiên cứu, vận dụng các lý thuyết khoa học vào
thực tế. Từđó khẳngđịnh tính đúng đắn của lý thuyếtđiều khiển.
b. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Từ những kết quả nghiên cứu có được củaluận văn, ta có thể ứng dụng vàphát
triển nâng cao các kết quả vào việcđiều khiển cácRobot nhiều bậc tự do trong công
nghiệp.

2
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 3 of 95.

CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀCÁC PHƢƠNG
PHÁP ĐIỀU KHIỂN ROBOT
1.1 Giới thiệu chung về robot công nghiệp
1.1.1 Sơ lược quá trình phát triển của robot công nghiệp
Thuật ngữ “Robot” xuất phát từ tiếng Sec (Czech) “Robota” có nghĩa là công
việc tạpdịch trong vở kịch Rossum’s Universal Robots của Karel Capek, vào năm
1921. Trong vở kịch này, Rossum và con trai của ông ta đã chế tạo ra những chiếc
máy gần giống với con người để phục vụ con người. Có lẽ đó là một gợi ý ban đầu
cho các nhà sáng chế kỹ thuật về những cơcấu, máy móc bắt chước các hoạt động cơ
bắp của con người.
Đầu thập kỷ 60, công ty Mỹ AMF (American Machine and Foundry Company)
quảngcáo một loại máy tự động vạn năng và gọi là “Người máy công nghiệp”
(Industrial Robot).Ngày nay người ta đặt tên người máy công nghiệp (hay robot công
nghiệp) cho những loại thiếtbị có dáng dấp và một vài chức năng như tay người được
điều khiển tự động để thực hiện một sốthao tác sản xuất.
Về mặt kỹ thuật, những robot công nghiệp ngày nay, có nguồn gốc từ hai lĩnh
vực kỹthuật ra đời sớm hơn đó là các cơ cấu điều khiển từ xa (Teleoperators) và các
máy công cụ điềukhiển số (NC – Numerically Controlled machine tool).
Dưới đây chúng ta sẽ điểm qua một số thời điểm lịch sử phát triển của người
máy côngnghiệp. Một trong những robot công nghiệp đầu tiên được chế tạo làrobot
Versatran của côngty AMF, Mỹ. Cũng vào khoảng thời gian này ở Mỹ xuất hiện loại
robot Unimate -1900 đượcdùng đầu tiên trong kỹ nghệ ôtô.
Tiếp theo Mỹ, các nước khác bắt đầu sản xuất robot công nghiệp: Anh -1967,
Thuỵ Điển và Nhật -1968 theo bản quyền của Mỹ; CHLB Đức -1971; Pháp – 1972; ở
ý – 1973…
Tính năng làm việc của robot ngày càng được nâng cao, nhất là khả năng nhận
biết và xử lý. Năm 1967 ở trường Đại học tổng hợp Stanford (Mỹ) đã chế tạo ra mẫu
3
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 4 of 95.

robot hoạt độngtheo mô hình “mắt-tay”, có khả năng nhận biết và định hướng bàn kẹp
theo vị trí vật kẹp nhờcác cảm biến. Năm 1974 Công ty Mỹ Cincinnati đưa ra loại
robot được điều khiển bằng máy vitính, gọi là robot T3 (The Tomorrow Tool: Công
cụ của tương lai). Robot này có thể nâng được vật có khối lượng đến 40 Kg.
Có thể nói, Robot là sự tổ hợp khả năng hoạt động linh hoạt của các cơ cấu điều
khiển từxa với mức độ “tri thức” ngày càng phong phú của hệ thống điều khiển theo
chương trình sốcũng như kỹ thuật chế tạo các bộ cảm biến, công nghệ lập trình và các
phát triển của trí khônnhân tạo, hệ chuyên gia…
Trong những năm sau này, việc nâng cao tính năng hoạt động của robot không
ngừngphát triển. Các robot được trang bị thêm các loại cảm biến khác nhau để nhận
biết môi trườngchung quanh, cùng với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực Tin học
– Điện tử đã tạo ra cácthế hệ robot với nhiều tính năng đăc biệt, số lượng robot ngày
càng gia tăng, giá thành ngày càng giảm. Nhờ vậy, robot công nghiệp đã có vị trí quan
trọng trong các dây chuyền sản xuấthiện đại.
Mỹ là nước đầu tiên phát minh ra robot, nhưng nước phát triển cao nhất trong
lĩnh vựcnghiên cứu chế tạo và sử dụng robot lại là Nhật.
1.1.2 Ứng dụng robot công nghiệp trong sản xuất
Từ khi mới ra đời robot công nghiệp được áp dụng trong nhiều lĩnh vực dưới
góc độthay thế sức người. Nhờ vậy các dây chuyền sản xuất được tổ chức lại, năng
suất và hiệu quảsản xuất tăng lên rõ rệt.
Mục tiêu ứng dụng robot công nghiệp nhằm góp phần nâng cao năng suất dây
chuyềncông nghệ, giảm giá thành, nâng cao chất lượng và khả năng cạnh tranh của
sản phẩm đồngthời cải thiện điều kiện lao động. Đạt được các mục tiêu trên là nhờ
vào những khả năng to lớncủa robot như: làm việc không biết mệt mỏi, rất dễ dàng
chuyển nghề một cách thành thạo, chịu được phóng xạ và các môi trường làm việc
độc hại, nhiệt độ cao,”cảm thấy” được cả từ trường và”nghe” được cả siêu

4
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 5 of 95.

âm…Robot được dùng thay thế con người trong các trường hợptrên hoặc thực hiện
các công việc tuy không nặng nhọc nhưng đơn điệu, dễ gây mệt mỏi, nhầmlẫn.
Trong ngành cơ khí, robot được sử dụng nhiều trong công nghệ đúc, công nghệ
hàn, cắtkim loại, sơn, phun phủ kim loại, tháo lắp vận chuyển phôi, lắp ráp sản
phẩm…
Ngày nay đã xuất hiện nhiều dây chuyền sản xuất tự động gồm các máy CNC
vớiRobot công nghiệp, các dây chuyền đó đạt mức tự động hoá cao, mức độ linh hoạt
cao…ởđây các máy và robot được điều khiển bằng cùng một hệ thống chương trình.
Ngoài các phân xưởng, nhà máy, kỹ thuật robot cũng được sử dụng trong việc
khai thácthềm lục địa và đại dương, trong y học, sử dụng trong quốc phòng, trong
chinh phục vũ trụ, trong công nghiệp nguyên tử, trong các lĩnh vực xã hội…
Rõ ràng là khả năng làm việc của robot trong một số điều kiện vượt hơn khả
năng củacon người; do đó nó là phương tiện hữu hiệu để tự động hoá, nâng cao năng
suất lao động, giảm nhẹ cho con người những công việc nặng nhọc và độc hại. Nhược
điểm lớn nhất củarobot là chưa linh hoạt như con người, trong dây chuyền tự động,
nếu có một robot bị hỏng cóthể làm ngừng hoạt động của cả dây chuyền, cho nên
robot vẫn luôn hoạt động dưới sự giám sát của con người.
1.1.3 Cấu trúc cơ bản của robot công nghiệp
a. Các thành phần chính của robot công nghiệp
Một robot công nghiệp thường bao gồm các thành phần chính như: cánh tay
robot, nguồn động lực, dụng cụ gắn lên khâu chấp hành cuối, các cảm biến, bộ điều
khiển, thiết bịdạy học, máy tính... các phần mềm lập trình cũng nên được coi là một
thành phần của hệthống robot. Mối quan hệ giữa các thành phần trong robot như hình

1.3. [5]

5
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 6 of 95.

Hình 1.1: Các thành phần chính của hệ thống robot.
Cánh tay robot (tay máy) là kết cấu cơ khí gồm các khâu liên kết với nhau bằng
cáckhớp động để có thể tạo nên những chuyển động cơ bản của robot.
Nguồn động lực là các động cơ điện (một chiều hoặc động cơ bước), các hệ
thống xylanh khí nén, thuỷ lực để tạo động lực cho tay máy hoạt động.
Dụng cụ thao tác được gắn trên khâu cuối của robot, dụng cụ của robot có thể
có nhiềukiểu khác nhau như: dạng bàn tay để nắm bắt đối tượng hoặc các công cụ làm
việc như mỏhàn, đá mài, đầu phun sơn...
Thiết bị dạy-học (Teach-Pendant) dùng để dạy cho robot các thao tác cần thiết
theoyêu cầu của quá trình làm việc, sau đó robot tự lặp lại các động tác đã được dạy
để làm việc(phương pháp lập trình kiểu dạy học).
Các phần mềm để lập trình và các chương trình điều khiển robot được cài đặt
trên máytính, dùng điều khiển robot thông qua bộ điều khiển (Controller). Bộ điều
khiển còn được gọilà Mođun điều khiển (hay Unit, Driver), nó thường được kết nối
với máy tính. Một mođunđiều khiển có thể còn có các cổng Vào - Ra (I/O port) để
làm việc với nhiều thiết bị khác nhau như các cảm biến giúp robot nhận biết trạng thái
của bản thân, xác định vị trí của đối tượnglàm việc hoặc các dò tìm khác; điều khiển
các băng tải hoặc cơ cấu cấp phôi hoạt động phốihợp với robot...
6
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 7 of 95.

b. Kết cấu của tay máy
Tay máy là thành phần quan trọng, nó quyết định khả năng làm việccủa
robot. Các kết cấu của nhiều tay máy được phỏng theo cấu tạo và chức năng của
tayngười; tuy nhiên ngày nay, tay máy được thiết kế rất đa dạng, nhiều cánh tay robot
có hìnhdáng rất khác xa cánh tay người. Trong thiết kế và sử dụng tay máy, chúng ta
cần quan tâmđến các thông số hình - động học, là những thông số liên quan đến khả
năng làm việc củarobot như: tầm với (hay trường công tác), số bậc tự do (thể hiện sự
khéo léo linh hoạt củarobot), độ cứng vững, tải trọng vật nâng, lực kẹp...
Các khâu của robot thường thực hiện hai chuyển động cơ bản:
 Chuyển động tịnh tiến theo hướng x, y, z trong không gian Descarde, thông
thườngtạo nên các hình khối, các chuyển động này thường ký hiệu là T (Translation)
hoặcP (Prismatic).
 Chuyển động quay quanh các trục x, y, z ký hiệu là R (Roatation).Tuỳ thuộc
vào số khâu và sự tổ hợp các chuyển động (R và T) mà tay máy có các kếtcấu khác
nhau với vùng làm việc khác nhau. Các kết cấu thường gặp của Robot là robotkiểu toạ
độ Đề các, toạ độ trụ, toạ độ cầu, robot kiểu SCARA, hệ toạ độ góc (phỏng sinh)...
1.2 Các phƣơng pháp điều khiển robot kinh điển
1.2.1 Điều khiển tỉ lệ sai lệch (PE: Propotional Error)
Nhiệm vụ quan trọng đầu tiên của việc điều khiển robot là bảo đảm chođiểm
tác động cuối E (End-effector) của tay máy dịch chuyển bám theo một quỹđạo định
trước. Không những thế, hệ toạ độ gắn trên khâu chấp hành cuối cònphải đảm bảo
hướng trong quá trình di chuyển. Giải bài toán ngược phương trìnhđộng học ta có thể
giải quyết về mặt động học yêu cầu trên. Đó cũng là nội dungcơ bản để xây dựng
chương trình điều khiển vị trí cho robot.
Tuy nhiên việc giải bài toán này chưa xét tới điều kiện thực tế khi robot làm
việc, như là các tác động của momen lực, ma sát…Tuỳ theo yêu cầu nâng cao chất

7

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 8 of 95.

lượng điều khiển mà ta cần tính đến ảnh hưởng của cácyếu tố trên, và theo đó,
phương pháp điều khiển cũng trở nên đa dạng và phongphú hơn.
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này rất dễ hiểu; đó là làm cho hệthống
thay đổi theo chiều hướng có sai lệch nhỏ nhất. Hàm sai lệch có thể là ε =θd–θ(t), ở
đây θdlà góc quay mong muốn và θ(t) là giá trị quay thực tế của biếnkhớp, ta sẽ gọi θd
là “góc đặt”. Khi ε = 0 thì khớp đạt được vị trí mong muốn.Nếu ε < 0, thì khớp đã di
chuyển quá mức và cần chuyển động ngược lại. Như vậy, kiểu điều khiển chuyển
động này là luôn có chiều hướng làm cho sai lệch εxấp xỉ zero.
Bên cạnh đó, chúng ta cũng cần quan tâm đến phần độ lớn, nghĩa là, chúng ta
không những cần biết”làm cho động cơ chuyển động bằng cách nào?” mà còn cần
biết”cần cung cấp cho động cơ một năng lượng (mômen động) là bao nhiêu?”. Để trả
lời câu hỏi này một lần nữa, chúng ta có thể dùng tín hiệu sai số ε = θd– θ. Chúng ta
hãy áp dụng một tín hiệu điều khiển mà nó tỉ lệ với ε: [5, tr.103-105]
F = Kp(θd– θ(t))

(1.2)

Qui luật này xác định một hệ điều khiển phản hồi và được gọi là hệ điềukhiển tỉ
lệ sai lệch.
1.2.2 Điều khiển tỉ lệ - đạo hàm (PD: Propotional Derivative)
Phương pháp điểu khiển tỉ lệ sai lệch còn nhiều nhược điểm như: Hệ daođộng
lớn khi ma sát nhỏ (tình trạng vượt quá) và ở trạng thái tĩnh, khi ε → 0 thìmomen
cũng gần bằng không, nên không giữ được vị trí dưới tác dụng của tải.
Để khắc phục điều trên, có thể chọn phương pháp điều khiển tỉ lệ - đạohàm
(PD), với lực tổng quát:

F = Kp ε + Kd𝜃(t)
Trong đó:

(1.3)

ε – sai số vị trí của khớp động. ε = θd– θ(t).
𝜃(t)– Thành phần đạo hàm – vận tốc góc.
Ke – Hệ số tỉ lệ sai lệch vị trí.
Kd – Hệ số tỉ lệ vận tốc.
8

Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 9 of 95.

1.2.3 Điều khiển tỉ lệ - tích phân – đạo hàm(PID: Propotional Integral Derivative)
Hệ thống với cấu trúc luật điều khiển PD vẫn còn một số nhược điểm, không
phù hợp với một số loại robot. Một hệ thống điều khiển khác có bổ sungthêm tín hiệu
tốc độ đặtθd và sai lệch tốc độ ε = θd–θ(t)tác động vào khâukhuyếch đại Kd. Phương
trình lực tác động lên khớp động có dạng: [5]
F = Ke ε + Kdε + Ki

𝑡
ε(t)
0

dt

(1.4)

Với ε– sai số tốc độ. ε= θd–θ(t)
Như vậy, tuỳ theo cấu trúc đã lựa chọn của bộ điều khiển, ta đem đốichiếu các
phương trình(1.2), (1.3) hoặc (1.4) với phương trình Lagrange – Euler, Từ đó nhận
được các phương trình của hệ điều khiển tương ứng. Từ các phươngtrình này của hệ
điều khiển, cần xác định các hệ số tỉ lệ Ke, Kd, Ki để hệ hoạtđộng ổn định.
1.3Điều khiển mờ
1.3.1 Định nghĩa tập mờ
Tập mờ là một phần mở rộng của tập hợp kinh điển.Tập mờ mô tả các khái
niệm mơ hồ, chưa xác định được các giá trị chính xác.
Mỗi phần tửcơ bản x của tập mờ được gán thêm một giá trị thực (x) thuộc
đoạn [0, 1] để chỉ độ phụ thuộc của phần tử đó vào tập đã cho. Khi độ phụ thuộc bằng
0 thì phần tử cơ bản đó sẽ hoàn toàn không thuôc tập mờ đã chọn ngược lại với độ
phụ thuộc bằng 1, phần tửcơ bản đó sẽ thuộc tập hợp với xác suất 100%.
Như vậy, tập mờ là tập của các cặp (x, (x)). Tập kinh điển X của phần tử x
được gọi là tập nền của tập mờ. Cho x chạy khắp trong tập hợp X ta sẽ có hàm (x) có
giá trị là số bất kỳ trong đoạn [0, 1], tức là:
F: X  [0, 1].
Ánh xạ F được gọi là hàm liên thuộc hay hàm phụ thuộc của tập mờ F. Hàm
liên thuộc là một đường cong xác định giá trị F biến thiên trong đoạn [0, 1].Vì hàm
thuộc đặc trưng cho tập mờ nên dùng hàm thuộc (x) đặc trưng cho tập mờ.
9
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 10 of 95.

Khi xây dựng bộ điều khiển mờ thì dạng (x) do người điều khiển tự định đoạt
theo kinh nghiệm điều khiển. Về nguyên tắc có thể sử dụng bất kỳ hàm nào thuộc
đoạn [0, 1] để làm hàm thuộc. Chẳng hạn hàm trapmf, gbellmf, gaussmf, gauss2mf,

pimf, dsigmf, psigmf…
Tuy nhiên, trên thực sử dụng ba dạng hàm phổ biến sau: Hàm Singleton (Hàm
Kroneecker), Hàm trimf (Hàm hình tam giác), Hàm trampf (Hàm hình thang). [4,
tr.15-18]
- Hàm Singleton (Hàm Kroneecker).

- Hàm trimf (Hàm hình tam giác).

- Hàm trampf (Hàm hình thang).

Ta có thể sử dụng các dạng hàm (x) sẵn có hoặc tạo ra dạng hàm liên thuộc
mới sao cho quá trình điều khiển là tối ưu. Tuy nhiên trong điều khiển mục đích sử
dụng các hàm liên thuộc sao cho khả năng tích hợp chúng là đơn giản. Việc (x) có
giá trị là số bất kỳ trong đoạn [0, 1] là điều khác biệt cơ bản giữa tập kinh điển so với
tập mờ.
10
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 11 of 95.

Đối với tập kinh điển A, hàm thuộc (x) chỉ có hai giá trị
A(x) =

1 nếu x A
0 nếu x A

1.3.2 Cấu trúc bộ điều khiển mờ
Hệ điều khiển logic mờ đã được Mamdani và Asilian đề xướng cách đây hai
thập kỷ. Đến nay, điều khiển mờ đã là một phương pháp điều khiển nổi bật bởi tính

linh hoạt và thu được những kết quả khả quan trong nghiên cứu, ứng dụng lý thuyết
tập mờ, logic mờ và suy luận mờ. Khác với kỹ thuật điều khiển thông thường, hệ điều
khiển logic mờ được dùng hiệu quả nhất trong các quá trình chưa xác định rõ, trong
điều kiện thiếu thông tin.Trong các trường hợp đó nó sử dụng các kinh nghiệm
chuyên gia trong thao tác để điều khiển mà không cần hiểu biết nhiều về các thông số
của hệ thống. Ý tưởng cơ bản trong hệ điều khiển logic mờ là tích hợp các kinh
nghiêm chuyên gia trong thao tác vào các bộ điều khiển trong quá trình điều khiển,
quan hệ giữa các đầu vào và đầu ra của hệ điều khiển logic mờ được thiết lập thông
qua việc lựa chọn các luật điều khiển mờ trên các biến ngôn ngữ. Luật điều khiển IFTHEN là một cấu trúc câu điều kiện dạng Nếu-Thì trong đó có một số từ được đặc
trưng bởi các hàm liên thuộc liên tục. Các luật mờ và các thiết bị suy diễn mờ là
những công cụ gắn liền với việc sử dụng kinh nghiệm chuyên gia trong việc thiết kế
các bộ điều khiển.
Dưới đây ta xét cấu trúc cơ bản, phương pháp thiết kế, tính toán và phân tích
các bộ điều khiển logic mờ và đưa ra một vài ứng dụng thực tiễn của hệ điều khiển
logic mờ ta thấy được điểm mạnh của hệ điều khiển logic mờ trong việc sử dụng các
tập mờ, các quan hệ mờ, các biến ngôn ngữ và các phép suy luận mờ.
Trên hình 2.1 cho ta cấu trúc của một bộ điều khiển mờ cơ bản. Trong sơ đồ
mạch điều khiển có khâu đối tượng. Đối tượng này được điều khiển bằng đại lượng u
là tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển mờ. Vì các tín hiệu điều khiển đối tượng là các
“tín hiệu rõ”, nên tín hiệu ra của bộ điều khiển mờ trước khi đưa và điều khiển đối
tượng phải đưa qua khâu giải mờ. Các tín hiệu ra y của đối tượng được đo bằng các
11
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 12 of 95.

bộ cảm biến và được xử lý sơ bộ trước khi đưa vào bộ điều khiển. Các tín hiệu này
cũng là các “tín hiệu rõ”, do vậy để bộ điều khiển mờ hiểu được chúng thì tín hiệu y
và ngay cả tín hiệu chủ đạo x phải được mờ hoá.

Hình 1.2: Bộ điều khiển mờ cơ bản
Bộ điều khiển mờ có thể là SISO (Single Input Single Output), SIMO(Single
input Multi Output), MISO (Multi Input Single Output), MIMO (Multi Input Multi
Output).
+ Với bộ điều khiển mờ là SISO:
Nếu a = A1 thì b = B1
Nếu a = A2 thì b = B2
Nếu

a = An thì b = Bn.

Trong đó:
a: là biến ngôn ngữ đầu vào.
b: là biến ngôn ngữ đầu ra
Ai: các giá trị của biếnngôn ngữ a
Bi: các giá trị của biếnngôn ngữ b

(i = 1 n)

+ Với bộ điều khiển MISO:
Nếu a1 = A11; a2 = A12;.... , am = A1m; thì b = B1.
Nếu a1 = A21; a2 = A22;.... , am = A2m; thì b = B2.
12
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 13 of 95.

Nếu a1 = An1; a2 = An2;.... , am = Anm; thì b = Bn.

+ Với bộ điều khiển MIMO:
Nếu a1 = A11; a2 = A12;.... , am = A1m thì b1 = B11; b2 = B12;.... , bm = B1m
Nếu a1 = An1; a2 = An2;.... , am = Anm thì b1 = Bn1; b2 = Bn2;.... , bm = Bnm
Luật hợp thành với SISO là luật hợp thành đơn, luật hợp thành với MIMO là
luật hợp thành kép.
Một hệ thống MIMO có thể được chia làm nhiều hệ thống MISO như hình vẽ
sau:

Hình 1.3: Bộ điều khiển MIMO
Khi nghiên cứu về bộ điều khiển MIMO chỉ cần nghiên cứu bộ điều khiển
MISO là đủ.
1.3.3 Luật mờ cơ bản
Luật mờ cơ bản là tập hợp các luật mờ IF – THEN được xây dựng trên các biến
ngôn ngữ, các luật này đặc trưng cho mối liên hệ giữa đầu vào và đầu ra của hệ, nó là
trái tim của hệ điều khiển logic mờ. Các thành phần khác của hệ điều khiển logic mờ
sử dụng luật mờ cơ bản này làm công cụ để suy luận và đưa a các đáp ứng có hiệu
quả. Đặc biệt một luật điều khiển chung cơ bản cho một hệ nhiều đầu vào, một đầu ra
(MISO) là:
R’: IF x là Ai và... y là Bi, THEN z là Ci.

(2.1)

Đó là một tập của các luật IF- THEN như đã nêu trên.
13
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 14 of 95.

Trong đó x,... y, z là các biến ngôn ngữ vào và ra của hệ điều khiển logic mờ.

Ai,... Bivà Ci là các giá trị ngôn ngữ trong miền giá trị mờ U,... V và W.
Ta gọi các luật trong công thức (2.1) là các luật IF- THEN mờ điều khiển vì
chúng bao gồm nhiều loại khác nhau.Trong các trường hợp đặc biệt chúng được đưa
ra dưới dạng đặc biệt sau: [4, tr.25-29]
a) Luật Partial:
IF x là Ai và... y là Bi THEN z là Ci.

(2.2)

Trong đó số điều khiển x,... y nhỏ hơn n (n là số luật mờ IF- THEN)
b) Luật OR
IF m là Ai AND...AND n là Bi OR p là Ci AND...AND p là Di THEN q là Ei
(2.3)
c) Luật mờ đơn
y là Bi

(2.4)

d) Luật Gradual
Trong hệ thống mờ, kiến thức của con người được tích hợp vào các luật và bổ
đề 1 cho ta một phương pháp chung để thực hiện luật mờ cơ bản.
Một biến dạng của luật mờ cơ bản là luật mà kết luận đưa ra là hàm của các
biến trạng thái quá trình:
R’: IF x là Ai, AND... AND y là Bi THEN z là  (x...y), i  1, n (2.5)
Trong đó  (x...y) là hàm của các biến quá trình x...y.
Các luật điều khiển mờ trong các công thức (2.1) đến (2.5) đánh giá trạng thái
của quá trình tại thời điểm t, hệ thống tính toán xử lý dữ liệu để đưa ra tín hiệu điều
khiển là hàm của các biến đầu vào f(x...y). Một cách tổng quát, ta có thể nói rằng các
luật điều khiển mờ dùng các giá trị ngôn ngữ mờ đầu vào hoặc các giá trị rõ và giá trị
mờ đầu ra.

1.3.4 Phương pháp tổng hợp bộ điều khiển mờ
a. Nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ
14
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 15 of 95.

Khi thiết kế một bộ điều khiển mờ ta cần lưu ý rằng: Đối với các hệ thống dễ
dàng tổng hợp được bằng bộ điều khiển kinh điển (P, PI, PD, PID) thoả mãn các yêu
cầu đặt ra thì không nên dùng bộ điều khiển mờ. Bộ điều khiển mờ chỉ thích hợp khi
mô hình toán học của hệ thống không rõ ràng, có nhiều yếu tố phi tuyến và có nhiều
tham số thay đổi trong quá trình hoạt động. Không nên thiết kế bộ điều khiển mờ cho
hệ thống cần độ an toàn cao ví dụ điều khiển phản ứng hạt nhân, công nghệ hoá chất
vì nhược điểm của nó là khó xác định độ ổn định của hệ thống. Khi thiết kế, do
nguyên lý làm việc của bộ điều khiển mờ là sao chép lại kinh nghiệm điều khiển của
con người nên luôn phải nghĩ tới việc bổ xung cho bộ điều khiển mờ khả năng tự học
để thích nghi với sự thay đổi của đối tượng.
b. Các bƣớc thực hiện khi xây dựng một bộ điều khiển mờ
- Định nghĩa tất cả các biến ngôn ngữ vào, ra (đây là các biến vào / ra của bộ
điều khiển).
- Định nghĩa các tập mờ (các giá trị ngôn ngữ) cho từng biến vào và ra. Sau
đó thực hiện công việc mờ hóa tức là xác định các hàm thuộc cho từng giá trị ngôn
ngữ đầu vào, ra.
- Xây dựng luật hợp thành, chọn quy tắc thực hiện thiết bị hợp thành.
- Chọn phương pháp giải mờ, tối ưu hệ thống.
1.3.5 Điều khiển PID mờ [2, tr.190-193]
a. Điều khiển PID mờ dùng hệ quy tắc mamdani
Theo lý thuyết điều khiền kinh điển, bộ điều khiển PID là bộ điều khiển có tín
hiệu ra tỉ lệ tuyến tính với tín hiệu vào, vi phân tín hiệu vào và tích phân tín hiệu vào

theo biểu thức:
u(t) = Kpe(t) + KI

𝑡
𝑒
0

𝑑𝑒 (𝑡)

𝜏 𝑑𝜏 + KD

𝑑𝑡

(2.6)

Bộ điều khiển PID nếu được thiết kế tốt có khả năng điều khiển hệ thống với
chất lượng quá độ tốt (đáp ứng nhanh, độ vọt lố thấp) và triệt tiêu sai số xác lập, vì lý
do đó các bộ điều khiển PID được sử dụng rất phổ biến trong các quá trình công
15
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 16 of 95.

nghiệp. Một nghiên cứu cho thấy hơn 90% các bộ điều khiển được sử dụng hiện nay
là bộđiều khiển PID. Tuy nhiên bộ điều khiển PID kinh điển chỉ khống chế tín hiệu ra
của đối tượng với chất lượng tốt nếu hệ thống làm việc trong miền tín hiệu nhỏ (hệ
tuyến tính). Nếu đối tượng điều khiển là phi tuyến thì bộ điều khiển PID kinh điển
không thể đảm bảo chất lượng điều khiển tại mọi thời điểm làm việc. Do vậy, để điều
khiển các đối tượng phi tuyến ta cần sử dụng các bộ điều khiển PID mờ. Thuật ngữ

PID mờ được hiểu theo nghĩa tín hiệu ra của bộ điều khiển tỷ lệ phi tuyến với tín hiệu
vào, với tích phân tín hiệu vào và vi phân tín hiệu vào theo quy luật xác định bởi hệ
quy tắc mờ.
b. Điều khiển PD mờ
Bộ điều khiển PD mờ là bộ điều khiển có tín hiệu ra của bộ điều khiển mờ cơ
bản phụ thuộc vào tín hiệu cào và vi phân của tín hiệu vào. Bộ điều khiển PD mờ có
thể điều khiển vô sai trong các trường hợp sau đây:
- Đối tượng có khâu tích phân lý tưởng, hoặc
- Ổn định hóa trạng thái của đối tượng xung quanh điểm cân bằng (𝑢, 𝑥 ) trong
đó 𝑢 = 0.
Với đối tượng không có khâu tích phân lý tưởng thì sử dụng bộ điều khiển PD
mờ không thể triệt tiêu sai số xác lập.
c. Điều khiển PI mờ
Có hai cách để thực hiện bộ điều khiển PI mờ. Tín hiệu ra của bộ điều khiển có
quan hệ phi tuyến với tín hiệu vào và tích phân tín hiệu vào. Bộ điều khiển PI mờ nếu
thiết kế tốt có thể điều khiển đối tượng trong miền làm việc rộng với sai số xác lập
bằng 0. Tuy nhiên cũng cần để ý rằng, bộ điều khiển PI làm chậm đáp ứng của hệ
thống và quá trình quá độ có dao động.
d. Điều khiển PID mờ
Bộ điều khiển PID mờ có các ưu điểm của bồ điều khiển PI mờ và PD mờ, tức
là có thể điều khiển vô sai, thời gian đáp ứng nhanh, độ vọt lố thấp. Thực tế, việc đưa
16
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 17 of 95.

ra các quy tắc Mamdani mô tả quan hệ giữa vi phân của tín hiệu ra theo tín hiệu vào,
vi phân bậc 1 và vi phân bậc 2 của tín hiệu dựa vào kinh nghiệm chuyên gia cũng
không dễ dàng. Do đó chỉ nên sử dụng bộ điều khiển PID mờ khi bộ điều khiển PI mờ

hoặc PD mờ không thể điều khiển đối tượng với chất lượng mong muốn.
Một giải pháp khác để thực thi bộ điều khiển PID mờ là sử dụng bộ điều khiển
PI mờ ghép song song với bộ điều khiển PD mờ
Khi thực hiện bộ điều khiển PID mờ rời rạc thì phép tính vi phân được tính gần đúng
bằng phép sai phân, phép tính tích phân được thay thế bằng phép tính tổng (tích phân
gần đúng).
1.3.6 Kết luận chương I
Nhiệm vụ quan trọng đầu tiên của việc điều khiển Robot là đảm bảo cho điểm
tác động cuối của tay máy dịch chuyển bám theo một quỹ đạo định trước. Không
những thế hệ tọa độ gắn trên khâu chấp hành cuối còn phải đảm bảo hướng trong quá
trình di chuyển
Tuy nhiên việc giải bài toán này chưa xét đến điều kiện thực tế khi Robot làm
việc, như các tác động của momen lực, ma sát, …Tùy theo yêu cầu nâng cao chất
lượng điều khiển (độ chính xác) mà ta cần tính đến ảnh hưởng của các yếu tố trên, và
theo đó, phương pháp điều khiển cũng trở nên đa dạng và phong phú hơn.
Việc nắm rõ được các phương pháp điều khiển Robot là cơ sở kiến thức vững
chắc và hết sức quan trọng trong quá trình nghiên cứu thiết kế cánh tay robot 2 hay
nhiều bậc tự do. Điều khiển mờ cóưu điểm vượt trội trong việcđiều khiển đối tượng
khi mà ta chưa hoàn toàn nắm bắt được đối tượng. Do đó tác giảđã lựa chọn phương
pháp này để giải quyết bài toánđiều khiển.

17
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 18 of 95.

CHƢƠNG II. PHẦN MỀM MATLAB- SIMULINK VÀ CẠC GHÉP NỐI PCT
1711
Để điều khiển đối tượng thực từ máy tính thì có thể dùng nhiều phương pháp,

cách thức và thiết bị khác nhau. Ở đây tác giả dùng một thiết bị rất quen thuộc trong
lĩnh vực điều khiển, đó là Card PCI1711 kết hợp với phần mềm Matlab Simulink.
2.1 Phần mềm Matlab Simulink
Giới thiệu chung về Matlab – Simulink 2010A
Matlab là một bộ chương trình phần mềm lớn được xây dựng để phục vụ vấn
đề giải quyết các bài toán phức tạp. Matlab là tên viết tắt theo tiếng Anh của bộ công
cụ này, tên đầy đủ từ lúc mới được xây dựng là Matrix Laboratory. Tức là bộ công cụ
được thiết kế để thí nghiệm giải quyết các bài toán liên quan tới matrận. Từ khi vừa
mới ra đời, bộ công cụ này đã thể hiện được khả năng tuyệt vời và đã được ứng dụng
trong rất nhiều các lĩnh vực khác nhau, không chỉ riêng lĩnh vực tự động hóa điện.
Do tính ưu việt của bộ công cụ nên những nhà thiết kế ra bộ công cụ này liên
tục quan tâm phát triển Matlab theo thời gian. Một phiên bản khá ổn định và được
nhiều người sử dụng đó là Matlab 6.5, ở phiên bản này thì dung lượng bộ cài đặt nhỏ
và đặc biệt là làm việc rất ổn định, không xảy ra các lỗi khi làm việc như những phiên
bản trước.
Matlab phát triển hai lĩnh vực chính đó là lập và mô phỏng. Lập trình trên
matlab thì có thể thực hiện trực tiếp trên giao diện màn hình chính của matlab hoặc
lập trình trên m_file nếu như người làm muốn lưu lại kết quả. Còn việc xây dựng mô
hình để mô phỏng đối tượng thì sẽ được xây dựng trên công cụ Simulink. Cả lập trình
và mô phỏng đều có thể hiển thị cho ta các đặc tính giúp chúng ta đánh giá, quan sát
đáp ứng của đối tượng chúng ta muốn mô phỏng. M_file và Simulink có thể hoạt
động độc lập nhưng cũng có thể hoạt động kết hợp với nhau.
Nếu hoạt động độc lập thì với Simulink ta phải nhập các dữ liệu dưới dạng có
trước, tất cả các biến không được dùng. Còn nếu hoạt động kết hợp thì ta có thể dùng
18
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 19 of 95.

biến trong mô hình mô phỏng trên Simulink bằng cách lập trình khai báo và tính toán
giá trị của các biến đó trên m_file, chạy m_file trước để lấy các thông số cho mô hình
mô phỏng hoạt động.
Ở đây sử dụng phiên bản 2010A để có được những công cụ điều khiển mới và
phù hợp với yêu cầu thiết kế. Và đây cũng là một phiên bản khá ổn định được sử dụng
nhiều trong thời gian gần đây.
Cài đặt phần mềm
Ta tiến hành download phần mền từ trên internet hoặc coppy từ đĩa CD. Sau đó
sẽ có được phần mềm như hình 2.1.

Hình 2.1 Bộ công cụ Matlab – Simulink 2010A
Để cài đặt phần mềm ta kích đúp vào biểu tượng setup, sau đó hiện ra giao diện
để cài đặt (hình 2.2).

19
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 20 of 95.

Hình 2.2 Cài đặt phần mềm
Ta tiến hành cài đặt theo sự hướng dẫn trong từng phần, cuối cùng ta có được
phần mềm Malab như hình 2.3.

Hình 2.3 Cửa sổ giao diện Matlab

20
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 21 of 95.

Đây là giao diện chính của matlab, nếu ta muốn lập trình trên m_file thì ta nhấn
vào biểu tượng New trên góc trái phía trên giao diện, hoặc khi ta muốn mô phỏng đối
tượng thì ta sẽ gọi bộ công cụ Simulink ra bằng cách nhấn vào biểu tượng của
Simulink trên thanh công cụ, và ta có được công cụ Simulink như hình 2.4.

Hình 2.4 Công cụ Simulink
2.2 Công cụ Fuzzy Logic Toolbox
2.2.1 Khái quát về Fuzzy Logic Toolbox
Fuzzy logic toolbox là một sự kết nối của các hàm được xây dựng trên matlabmôi trường tính toán số. Nó cung cấp những công cụ cho bạn để tạo và chỉnh sửa hệ
thống mờ trong khuôn khổ của matlab, hoặc nếu cần bạn có thể mô phỏng trong
simulink, hoặc có thể xây dựng bằng tay một chương trình sau đó gọi tên trong
matlab.
The toolbox cung cấp ba loại công cụ:
- Các hàm- dòng lệnh.
- Đồ họa, các công cụ có ảnh hưởng tác động lẫn nhau.
- Các khối mô phỏng và ví dụ.
Loại công cụ thứ nhất được tạo nên bởi các hàm, bạn có thể gọi từ dòng lệnh
hoặc chương trình áp dụng của bạn. Có thể xem mã code matlab cho các hàm sử dụng
cách trình bày sau: Loại hàm-tên.
21
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 22 of 95.

Có thể thay đổi cách thức làm việc của một vài hàm bằng cách sao chép và đổi
tên trên mfile, sau đó thay đổi chương trình. Bạn co thể mở rộng hộp công cụ bằng
cách thêm chương trình vào mfile.

Thứ hai hộp công cụ cung cấp một số công cụ ảnh hưởng lẫn nhau, hỗ trợ bạn
một vài hàm thông qua GUI, cùng với nền tảng công cụ GUI cung cấp một môi
trường để thiết kế hệ thống mờ, phân tích bổ sung.
Loại công cụ thứ ba là cách cài đặt các khối sử dụng simulink. Việc mô phỏng
sẽ được khảo sát trên simulink để thu được đặc tính của hệ thống.
2.2.2 Xây dựng hệ thống với fuzzy logic toolbox
Để xây dựng hệ thống với fuzzy logic toolbox phải trả lời câu hỏi: có bao nhiêu
biến đầu vào và đầu ra. Chúng tên là gì.
The membership function được sử dụng để định nghĩa hình dạng của tất cả các
hàm thuộc của từng biến.
The Rule Editor dùng để chỉnh sửa danh sách của các luật hợp thành được định
nghĩa trên hệ thống.
Surface Viewr dùng để hiển thị một trong các đầu ra phụ thuộc vào một hoặc
hai đầu vào, nó vẽ biểu đồ bề mặt đầu ra của hệ thống.
Fis Editor là một chương trình tạo lập bộ điều khiển mờ cơ bản, trong đó có cả
chương trình tạo lập hàm liên thuộc, chương trình soạn thảo hàm liên thuộc.
Fis Editor cho phép xác định số đầu vào, số đầu ra, đặt tên các biến vào, các
biến ra.
2.2.3 Khái quát về Realtime windows target
Real-time windows target là một giải pháp máy tính cho sự tạo nguyên mẫu và
kiểm tra hệ thống thời gian thực. Đây là một môi trường nơi mà bạn sử dụng máy tính
đơn lẻ như một máy chủ và một đích đến.Trong môi trường này, bạn sử dụng máy
tính để bàn, máy tính cá nhân của bạn với Matlab, Simulink và Stateflow để tạo ra các
dạng sử dụng các khối Simulink và sơ đồ Stateflow.
22
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 23 of 95.

Sau khi tạo ra một mô hình và mô phỏng nó với Simulink, bạn có thể sinh ra
mã thực thi được với Real-time workshop, Stateflow Coder và trình biện dịch Open
C/C++. Tiếp theo bạn có thể chạy các ứng dụng của bạn trong thời gian thực với các
hình thức ngoài Simulink.
Sự tích hợp giữa mô hình bên ngoài Simulink và Real-time windows target cho
phép bạn sử dụng Simulink như một đồ họa giao diện người sử dụng cho:
- Sựhiển thị tín hiệu: Sử dụng như khối Scope trong Simulink, bạn có thể sử
dụng để hiển thị tín hiệu trong suốt quá tình mô phỏng không gian thực và để hiển thị
tín hiệu trong khi chạy ứng dụng thời gian thực.
- Tham số điều chỉnh: Sử dụng hộp hội thoại Block Parameter để thay đổi
tham số cho ứng dụng của bạn trong khi nó chạy trong thời gian thực.
2.2.4 Các ứng dụng đặc trưng cho Real-time windows target
- Điều khiển thời gian thực: Tạo một nguyên mẫu ban đầu của một máy tự
động, máy tính là thiết bị ngoại vi và hệ thống điều khiển máy móc đo điểm.
- Sự mô phỏng phần cứng trong chu kì thời gian thực: Tạo một nguyên mẫu
của người điều khiển kếtnối 1 mô hình vật lý. Tạo một nguyên mẫu của một đối tượng
kết nối với một bộ điều khiển thực.
- Về vấn đề học tập: Dạy khái niệm và biện pháp cho việc mô hình hóa, mô
phỏng, kiểm tra hệ thống thời gian thực và các dạng lặp.
 Những đặc trƣng: Môi trường phần mềm Real-time windows target bao
gồm nhiều đặc trưng để giúp bạn tạo mô hình và kiểm tra các ứng dụng thời gian
thực.
- Hạt nhân thời gian thực: Real-time windows target sử dụng một hạt nhân
thời gian thực nhỏ để đảm bảo rằng các ứng dụng thời gian thực chạy trong thời gian
thực. Hạt nhân thời gian thực chạy ở vành 0 trong máy tính và sử dụng bộ định thời
chứa trong PC như là nguồn thời gian.

23
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai

luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 24 of 95.

- Thời gian gián đoạn: Hạt nhân được chia thành các phần gián đoạn từ bộ
định thời (xung) PC trước khi hệ thống vận hành Windows nhận nó. Khối máy
thường được gọi tới hệ thống vận hành Windows. Bởi vì điều đó mà bạn không thể sử
dụng Win32.
- Hạt nhân được sử dụng làm gián đoạn, được dùng để kích hoạt sự hoạt động
của các mô hình biên dịch. Như một tất yếu, hạt nhân có thể đưa ra các ứng dụng thời
gian thực đạt được quyềt ưu tiên cao nhất.
a. Môi trường phần cứng
Môi trường phần cứng bao gồm một máy tính PC thích hợp và các bảng đấu
vào/ra.Máy tính PC- thích hợp.
Bạn có thể sử dụng vài máy tính PC- thích hợp chạy được với Windows NT4.0,
Windows 2000 hoặc Windows XP.
Máy tính của bạn có thể là máy tính để bàn, máy tính xách tay I/O Driver
Support. Real-time windows target sử dụng các bảng đầu vào/ra chuẩn và không hề
đắtcho máy tính PC- thích hợp. Khi chạy các định dạng của bạn với thời gian thực,
Real-time windows target thu được dữ liệu trích mẫu từ một hoặc nhiều hơn các kênh
đầu vào, sử dụng dữ liệu như đầu vào cho các dạng sơ đồ khối của bạn, sử lý tín hiệu
ngay lập tức, và gửi nó quay lại với thế giới bên ngoài thông qua một kênh đầu ra trên
bảng đầu vào/ra của bạn.
Bảng I/O Real-time windows targetthích hợp cho dải rộng của các bảng I/O.
Danh sách sự thích hợp bảng I/O bao gồm ISA, PCI và PCMIA. Điều nàybao gồm từ
tương tự sang số (A/D), từ số sang tương tự (D/A) đầu vào số, đầu ra số và đầu vào
mã hóa..
Real-time windows target cung cấp một thư viện khối Simulink yêu cầu. Thư
viện khối điều khiển I/O bao gồm các bộ điều khiển vạn năng cho sự thích hợp của
các bảng I/O. Những khối vạn năng này được cấu tạo để vận hành với thư viện của

24
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai


luan van thac si - luan van thac si kinh te - luan an tien - luan van 25 of 95.

các bộ điều khiển thích hợp. Điều này cho phép định vị dễ dàng của các khối điều
khiển và các bảng I/O có cấu tạo đơn giản.
Gắp và thả các khối điều khiển I/O vạn năng từ thư viện I/O, giống như là bạn
sẽ làm từ thư viện khối Simulink chuẩn. Bạn kết nối một khối điều khiển I/O tới mô
hìnhcủa bạn ngay như bạn kết nối mọi khối Simulink chuẩn.
Có thể thêm các thiết bị đầu vào/ra cho mô hình Simulink của bạn bằng việc sử
dụng các khối đk I/O từ thư viện”rtwinLab” được cung cấp với Real-time windows
target. Thư viện này bao gồm các khối sau:
- Đầu vào tương tự.
- Ra tương tự
- Vào số
- Ra số
- Đầu vào đếm
- Đầu vào mã hóa.
Real-time windows target cung cấp các khối điều khiển cho hơn 200 bảng đầu
vào/ra. Những khối điều khiển này kết nối mô hình vật lý với ứng dụng thời gian thực
của bạn.
b. Môi trường phần mềm
Môi trường phần mềm Real-time windows target là nơi để thiết kế, xây dựng và
kiểm tra một ứng dụng với không thời gian thực và thời gian thực.
 Mô phỏng không thời gian thực
Bạn tạo mô hình sử dụng Simulink trong một mô hình bình thường cho quá
trình mô phỏng không thời gian thực trên máy tính PC của bạn.
Mô hình Simulink: Tạo sơ đồ khối trên Simulink sử dụng các công đoạn gắp

thả đơn giản và sau đó vào giá trị của khối tham số và lựa chọn một chuẩn lấy mẫu.
Mô phỏng không thời gian thực: Simulink sử dụng một vectơ thời gian được
tính cho bước nhảy mô hình Simulink. Sau khi đầu ra được tính toán cho một giá trị
25
Footer Page - Footer Page - kho luan van - tai lieu - 123doc- tieu luan - khoa luan-tai chinh ngan hang - thuong mai - tai