Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Cơ khí: Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích chung của đề tài luận án "Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động" là giải thuật điều khiển thông minh cho robot di động hai chân dựa trên logic mờ, đại số gia tử và mạng noron và sự tích hợp của các phương pháp đó cùng với điều khiển kinh điển PID và động lực học ngược.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật Cơ khí: Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Xuân Hồng TÍCH HỢP ĐẠI SỐ GIA TỬ, ĐIỀU KHIỂN MỜ VÀ MẠNG NORON TRONG ĐIỀU KHIỂN ROBOT DI ĐỘNG Ngành: Kỹ thuật Cơ khí Mã số: 9520103 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội - 2022
Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Phan Bùi Khôi 2. PGS.TS. Trần Đức Trung Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp trường họp tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Vào hồi.…giờ….. ngày…. tháng….. năm…… Có thể tìm hiểu luận án tại: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Robot di động nói chung đặc biệt robot di động hai chân có hình dạng giống người vừa có khả năng thực hiện các thao tác độc lập vừa có thể thay thế, hỗ trợ, phục vụ và tương tác trực tiếp với con người. Để robot thực hiện được các thao tác hay phục vụ, thay thế, tương tác với con người thì cần phải điều khiển robot thực hiện thao tác phù hợp với mục đích ứng dụng. Có nhiều phương pháp điều khiển robot. Trong đó phương pháp điều khiển tuyến tính PID tích hợp với động lực học ngược là phương pháp tương đối dễ thực hiện và được áp dụng phổ biến. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi tính chính xác và đầy đủ của mô hình động lực. Trên thực tế thì mô hình động lực robot khó có thể xác định được một cách chính xác và đầy đủ, mặt khác khi robot thực hiện thao tác thì các yếu tố động lực cũng thường xuyên thay đổi. Cho nên điều khiển dựa trên mô hình động lực gặp khó khăn trong việc mô hình động lực không chính xác và luôn thay đổi. Để khắc phục những nhược điểm trên thì nhóm phương pháp điều khiển thông minh mà trong đó gồm các phương pháp điều khiển dựa trên logic mờ, dựa trên đại số gia tử, mạng noron và sự tích hợp của các phương pháp đó với nhau và với phương pháp điều khiển PID có thể khắc phục được những nhược điểm, khó khăn ở trên. Logic mờ đã được ứng dụng trong điều khiển robot di động hai chân. Một trong những vấn đề chính của điều khiển dựa trên logic mờ là việc xây dựng hệ luật mờ và phương pháp giải mờ phù hợp, vấn đề này đối với robot di động hai chân hiện vẫn là bài toán mở. Với mỗi một bài toán cụ thể tìm được các hệ luật mờ, phương pháp giải mờ hợp lý sẽ khắc phục được những khó khăn trong điều khiển rõ cho những kết quả điều khiển tốt có thể ứng dụng vào thực tiễn. Bên cạnh điều khiển mờ thì có các phương pháp điều khiển dựa trên đại số gia tử và mạng noron. Đã có những kết quả nghiên cứu về điều khiển mạng noron nhưng đối với mỗi bài toán cụ thể nếu áp dụng phương pháp của lý thuyết điều khiển dựa trên mạng noron thì vẫn là bài toán mở. Để tìm được những giải pháp phù hợp trong những trường hợp cụ thể thì sẽ cho những kết quả tốt. Bài toán điều khiển dựa trên đại số gia tử thì đã được áp dụng trong các bài toán điều khiển nhưng vẫn chưa được áp dụng trong 1
điều khiển robot di động hai chân. Từ những phân tích trên luận án lấy tên đề tài là “Tích hợp đại số gia tử, điều khiển mờ và mạng noron trong điều khiển robot di động” làm đề tài nghiên cứu. 2. Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2.1 Mục đích nghiên cứu Mục đích chung của đề tài nghiên cứu của luận án là giải thuật điều khiển thông minh cho robot di động hai chân dựa trên logic mờ, đại số gia tử và mạng noron và sự tích hợp của các phương pháp đó cùng với điều khiển kinh điển PID và động lực học ngược. Mục đích cụ thể: - Xây dựng được các hệ luật mờ thích hợp, cũng như các giải thuật điều khiển dựa trên đại số gia tử và mạng noron thích hợp để áp dụng vào điều khiển robot di động hai chân. - Xây dựng được các bộ điều khiển và mô phỏng các bộ điều khiển bằng các phần mềm. - Mô hình hóa và mô phỏng hoạt động của robot để tăng thêm tính trực quan để kiểm nghiệm kết quả. 2.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu trong luận án là mô hình robot di động hai chân cùng với các bài toán động học, động lực học và điều khiển. Phạm vi nghiên cứu của luận án bao gồm: - Mô hình robot di động hai chân gồm thân và hai chân. - Bài toán khảo sát động học, động lực học để nhận được quỹ đạo chuyển động cũng như các kết quả của bài toán động học, động lực học làm cơ sở để nghiên cứu bài toán điều khiển robot. - Nghiên cứu chuyển động của robot trong điều kiện không trượt chân tự thỏa mãn. - Áp dụng các luật điều khiển dựa trên logic mờ, đại số gia tử và mạng noron và có sự phối kết hợp với luật điều khiển rõ như điều khiển PID và động lực học ngược. 3. Hướng tiếp cận của luận án Thông qua việc quan sát bước đi của con người, các thống kê số liệu, tìm hiểu các công trình đã nghiên cứu, đã công bố, nghiên cứu cơ sở lý thuyết nền tảng, trên cơ sở đó dự đoán những vấn đề có thể khảo sát, nghiên cứu và những kết quả có thể đạt được. Từ đó, vạch ra các bài toán, các vấn đề khoa học để xem xét. 4. Phương pháp nghiên cứu 2
Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với lập trình tính toán mô phỏng số và mô phỏng hoạt động. Nghiên cứu lý thuyết kinh điển nói chung về các phương pháp điều khiển robot di động hai chân. Nghiên cứu lý thuyết cơ sở về các phương pháp điều khiển thông minh như điều khiển mờ, điều khiển dựa trên đại số gia tử và mạng noron. Về mặt tính toán mô phỏng sử dụng phần mềm, ngôn ngữ lập trình hiện đại để tính toán xây dựng chương trình qua đó quan sát, có cái nhìn trực quan, kiểm chứng các kết quả nghiên cứu. 5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn - Ý nghĩa khoa học: Các kết quả nghiên cứu làm phong phú thêm phương pháp điều khiển robot di động hai chân. Luận án là tài liệu tham khảo để tiếp tục hoàn thiện nghiên cứu phát triển việc điều khiển robot di động hai chân. - Ý nghĩa thực tiễn: Các kết quả nghiên cứu cho phép áp dụng thực nghiệm để triển khai ứng dụng vào việc điều khiển robot di động hai chân. 6. Những đóng góp mới của luận án Mô hình động học và động lực học phù hợp mục tiêu và phạm vi nghiên cứu đặt ra, đồng thời tạo cơ sở mở rộng thuận lợi các bài toán và hướng nghiên cứu tiếp theo. Các giải thuật điều khiển thông minh dựa trên logic mờ, đại số gia tử, mạng noron và sự kết hợp giữa các phương pháp với nhau và với phương pháp kinh điển là PID. Đã xây dựng được các hệ luật mờ phù hợp cho bộ điều khiển logic mờ, đại số gia tử, mạng noron. Các chương trình tính toán, mô phỏng cho các kết quả mô phỏng số, mô phỏng hoạt động của robot, và kiểm nghiệm phương pháp điều khiển bằng Simulink. Các kết quả tính toán động học, động lực học, mô phỏng số, mô phỏng hoạt động và kết quả Simulink các bộ điều khiển là phù hợp và tin cậy. 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan về robot di động hai chân 1.1.1 Giới thiệu về robot di động hai chân 1.1.2 Sự phát triển của robot di động hai chân 1.1.3 Các ứng dụng của robot di động hai chân 1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1.2.1 Cấu trúc robot di động hai chân 3
Mô hình tương đối tổng quát của robot di động hai chân có 32 DOF trong đó mỗi chân có 6 DOF, mỗi tay có 7 DOF, cổ có 3 DOF, thân có 3 DOF. Hình 1.15 Sơ đồ bố trí khâu và khớp của robot di động hai chân 1.2.2 Những vấn đề khoa học liên quan đến robot di động hai chân Robot cần phải giữ được trạng thái cân bằng khi đứng yên cũng như khi di chuyển. Trong quá trình robot di chuyển phải đảm bảo thực hiện được các thao tác. Thiết kế quỹ đạo chuyển động của robot sao cho có bước đi vừa phù hợp với yêu cầu thao tác mong muốn vừa có dáng đi giống người. 1.2.3 Những nghiên cứu ở trong nước và ngoài nước liên quan đến robot di động hai chân 1.3 Các nội dung nghiên cứu trong luận án 1.3.1 Mô hình robot di động hai chân Hình 1.18 Mô hình robot di động hai Hình 1.19 Mô hình robot di động hai chân chuyển động không gian chân chuyển động phẳng 4
1.3.2 Các bài toán động học, động lực học và thiết kế quỹ đạo 1.3.3 Các bài toán áp dụng các phương pháp điều khiển Kết luận chương 1 Chương 1 đã nghiên cứu về robot di động hai chân, các công trình trong và ngoài nước liên quan đến robot di động hai chân, từ đó đưa ra những nhận xét đánh giá. Chương 1 đã đặt ra được các bài toán xây dựng mô hình, khảo sát động học, động lực học, thiết kế quỹ đạo chuyển động. Đặt bài toán tìm giải thuật điều khiển dựa trên logic mờ, mạng noron, đại số gia tử và tích hợp các phương pháp điều khiển với nhau. 2 CHƯƠNG 2. ĐỘNG HỌC ROBOT DI ĐỘNG Nội dung chương khảo sát động học cho robot di động hai chân chuyển động không gian và chuyển động phẳng. Trình bày nghiên cứu về bước đi của robot, phương pháp xây dựng và thuật toán thiết kế quỹ đạo chuyển động, phương pháp giải các bài toán động học và kết quả giải bài toán động học ngược robot di động hai chân. 2.1 Khảo sát động học robot di động hai chân 2.1.1 Phương trình động học robot di động hai chân Hình 2.1 Sơ đồ động học của robot di động hai chân Gắn các hệ tọa độ vào khớp động của robot sẽ thu được các bảng tham số động học tương ứng. 5
Bảng 2.1 Tham số động học của Bảng 2.2 Tham số động học của chân trái robot chân phải robot Vị trí và hướng của các bàn chân trong hệ tọa độ cố định đươc tính theo chuỗi động học và tính trực tiếp thông qua các phép biến đổi sẽ thu được phương trình động học  0 A16 ( xL , yL , zL ,  L ,  L , L ) = 0 A00 ( xB , yB , z B ,  B ,  B , B ) 00 A16 (q) 0 (2.11)  A26 ( xR , yR , zR ,  R ,  R , R ) = A00 ( xB , yB , zB ,  B ,  B , B ) A26 ( q) 0 00 Hay có thể viết dưới dạng f ( p, q) = 0 (2.13) 2.1.2 Phương trình động học robot di động hai chân chuyển động phẳng Hình 2.2 Sơ đồ động học của robot trong mô hình phẳng Phương trình động học của robot chuyển động phẳng nhận được từ phương trình động học của mô hình chuyển động không gian. cos  L − cos( B + q13 + q14 + q15 ) = 0 cos  − cos( + q + q + q ) = 0  R B 23 24 25  yB + a13 sin( B + q13 ) + a14 sin( B + q13 + q14 ) + a16 sin( B + q13 + q14 + q15 ) − y L = 0   (2.18)  zB − a13 cos( B + q13 ) − a14 cos( B + q13 + q14 ) − a16 cos( B + q13 + q14 + q15 ) − z L = 0  yB + a23 sin( B + q23 ) + a24 sin( B + q23 + q24 ) + a26 sin( B + q23 + q24 + q25 ) − yR = 0   zB − a23 cos( B + q23 ) − a24 cos( B + q23 + q24 ) − a26 cos( B + q23 + q24 + q25 ) − z R = 0  6
Hay có thể viết dưới dạng f ( p, q) = 0 (2.19) q =  q13 , q14 , q15 , q23 , q24 , q25  T (2.21) p =  yB , z B ,  B , yL , z L ,  L , yR , z R ,  R  T (2.22) 2.1.3 Khảo sát các bài toán động học 2.1.4 Khảo sát các bài toàn vận tốc 2.1.5 Khảo sát bài toán gia tốc 2.2 Thiết kế quỹ đạo chuyển động cho robot di động hai chân 2.2.1 Mô tả chuyển động bước đi của robot di động hai chân 2.2.1.1 Các giai đoạn của chuyển động bước đi Bước đi con người có thể chia ra làm 3 giai đoạn: giai đoạn một chân chạm đất, hai chân chạn đất và cả hai chân đều không chạm đất. Khi bước chân bước chạm đất thì chân trụ cũng đồng thời nhấc lên bước đi như vậy gọi là bước đi đơn hay là pha đơn. Trong trường hợp chân bước chạm đất mà chân trụ vẫn còn tiếp đất trong một khoảng thời gian ngắn sau đó mới nhấc lên thì giai đoạn đó là giai đoạn bước đi kép hay pha kép. 2.2.1.2 Các loại bước đi của robot di động hai chân Có 3 loại bước đi: bước khởi động, bước đi đều và bước kết thúc. Bước khởi động là bước mà đang đứng yên và bắt đầu bước. Bước đi đều là bước khi đang bước đi hành quân hoặc khi rảo bước đi trên đường sau khi khởi động 1, 2 bước. Bước kết thúc là bước khi sắp đến một vị trí nào đó thì dừng lại. 2.2.1.3 Các dáng đi của robot di động hai chân 2.2.2 Các phương pháp xây dựng quỹ đạo bước đi cho robot 2.2.2.1 Xây dựng quỹ đạo bằng sử dụng camera và gắn chip vào cơ thể người 2.2.2.2 Xây dựng quỹ đạo bằng cách tính toán qua các điểm nút Phương pháp này sẽ tạo quỹ đạo bước đi bằng cách nội suy thông qua một số điểm nút trên quỹ đạo, do vậy cần phải xác định các điểm nút trên quỹ đạo đó. Để xác định các điểm nút trên quỹ đạo bước đi thường sử dụng hai cách sau. Cách thứ nhất là chia điểm nút theo các điểm vị trí đặc biệt trong chu kỳ bước đi. Cách thứ hai là dựa vào quan sát chỉ định một số điểm nút trên quỹ đạo. 2.2.3 Tính toán quỹ đạo chuyển động của robot 7
2.3 Phương pháp giải bài toán động học 2.3.1 Thuật giải bài toán động học thuận 2.3.2 Thuật giải bài toán động học ngược 2.3.3 Kết quả mô phỏng số bài toán động học ngược 2.3.3.1 Quỹ đạo chuyển động của khớp hông và khớp mắt cá chân Hình 2.13 Quỹ đạo của hông và mắt cá chân ở bước khởi động 1 Hình 2.15 Quỹ đạo của hông và mắt cá chân ở bước khởi động 2 Hình 2.16 Quỹ đạo của hông và mắt cá chân trong bước đi đều Hình 2.17 Quỹ đạo hông và mắt cá chân trong bước kết thúc 2.3.3.2 Quỹ đạo chuyển động của robot 8
Hình 2.21 Tọa độ và vận tốc các khớp trong bước khởi động 1 Hình 2.22 Tọa độ và vận tốc các khớp trong bước khởi động 2 Hình 2.23 Tọa độ và vận tốc các khớp trong bước đi đều Hình 2.24 Tọa độ và vận tốc các khớp trong bước kết thúc Kết luận Chương 2 Chương 2 đã xây dựng mô hình động học của robot để có được phương trình động học trong trường hợp chuyển động không gian và chuyển động phẳng. Bài toán thiết kế quỹ đạo chuyển động và thuật giải các bài toán động học của robot được trình bày. 3 CHƯƠNG 3. ĐỘNG LỰC HỌC ROBOT DI ĐỘNG HAI CHÂN Chương này sẽ trình bày việc khảo sát động lực học cho robot di động hai chân. Đầu tiên sẽ lựa chọn mô hình động lực học cho robot, 9
thiết lập hệ tọa độ khảo sát động lực học, đưa ra phương trình động lực học, tính toán các đại lượng động lực của robot và đưa ra thuật giải các bài toán động lực học. 3.1 Xây dựng mô hình động lực học robot 3.1.1 Các mô hình động lực học của robot di đông hai chân 3.1.2 Hệ tọa độ khảo sát động lực học 3.2 Thiết lập phương trình động lực học 3.2.1 Phương trình động lực học dạng ma trận Phương trình động lực của robot di động có dạng M (q)q + C (q, q)q + G(q) + Q = U (3.1) 3.2.2 Các đại lượng động lực học 3.2.2.1 Ma trận khối lượng của robot 7 T  (3.14) M (q) =  ( JTi mi J Ti + J Ri Ci J Ri ) T r  i =1  77 3.2.2.2 Lực suy rộng của các lực quán tính Coriolis và quán tính ly tâm 7 (3.36) C ( q, q ) q  ( 71) = c1 , c2 ,.., c7  ; c j =  ( k , l ; j )q q T   k l k ,l =1 3.2.2.3 Lực suy rộng của các lực có thế  G ( q ) = G1 , G2 ,.., G7  ; (3.38) T Gj = q j 3.2.2.4 Lực suy rộng của các lực không thế Giả thiết robot chịu tác dụng của các lực không thế gồm lực cản nhớt và lực đàn hồi tại các khớp và lực nhiễu. Q = Qcn + Qdh + Qdis (3.41) 3.2.2.5 Lực suy rộng của các lực dẫn động U (71) = U1 ,U 2 ,..,U 7 T ; U i =  i (3.44) Ở đây i là mô men dẫn động tại các khớp và mô men do nền tác động lên bàn chân trụ. 3.3 Các bài toán động lực học và thuật giải 3.3.1 Bài toán động lực học thuận 3.3.2 Bài toán động lực học ngược 3.3.3 Thuật giải các bài toán động lực học 10
Hình 3.5 Sơ đồ thuật giải các bài toán động lực học 3.3.4 Kết quả mô phỏng số ĐLH ngược robot di động hai chân Hình 3.8 Momen do nền tác dụng lên chân và các momen dẫn động Kết luận Chương 3 Chương 3 đã lựa chọn mô hình động lực cho robot di động hai chân, thiết lập phương trình vi phân chuyển động. Tính toán các đại lượng động lực và đưa ra thuật giải các bài toán động lực học. 4 CHƯƠNG 4. ĐIỀU KHIỂN ROBOT DI ĐỘNG HAI CHÂN Chương này trình bày về các phương pháp điều khiển robot di động hai chân. Từ các phương pháp điều khiển kinh điển đến các phương pháp điều khiển thông minh và sự kết hợp của chúng. 4.1 Điều khiển robot bằng phương pháp cổ điển 4.1.1 Cơ sở điều khiển robot 11
4.1.2 Điều khiển robot di động bằng điều khiển PID+ĐLH ngược Chọn hệ luật điều khiển có dạng: U = M (q) + C(q, q)q + G(q) + Q (4.5)  = qd + K D e + K P e + K I  edt (4.6) KD, KP, KI là các ma trận hệ số đường chéo Hình 4.4 Mô hình điều khiển PID+Động lực học ngược 4.2 Điều khiển robot dựa trên lý thuyết mờ 4.2.1 Giới thiệu về logic mờ 4.2.2 Bộ điều khiển dựa trên lý thuyết mờ 4.2.3 Áp dụng điều khiển mờ cho robot di động hai chân + Xác định đầu vào đầu ra e = e1 ,..., e7  , de =  de1 ,..., de7  , u = u1 ,..., u7  (4.29-4.31) + Xác định miền giá trị vật lý cho các đầu vào ra e = e ,e T ( rad ) ; de = de ,de T ( rad.s −1 )  i i min imax i i min imax (4.32)  ; i=1,..,7 u i =  u i min , u imax  ( Nm ) T  + Mờ hóa dữ liệu vào ra Miền giá trị vật lý của mỗi đầu vào ra được chia thành các miền nhỏ được mô tả bời một tập mờ F miêu tả cho một giá trị ngôn ngữ. Bảng 4.1 Miền vật lý, tập mờ, giá trị ngôn ngữ của tín hiệu vào ra + Xác định hàm thuộc 12
Hình 4.7 Hàm thuộc của sai số tọa độ, vận tốc và lượng điều chỉnh momen + Xây dựng các luật điều khiển Bảng 4.1 Hệ luật mờ cho bộ điều khiển mờ - Bảng FAM + Lựa chọn thiết bị hợp thành: Thiết bị hợp thành là MAX-MIN + Giải mờ: Sử dụng phương pháp điểm trọng tâm. 4.3 Điều khiển sử dụng đại số gia tử 4.3.1 Giới thiệu về đại số gia tử 4.3.2 Xây dựng bộ điều khiển sử dụng đại số gia tử 4.3.3 Áp dụng bộ điều khiền ĐSGT cho robot di động hai chân Bước 1 : Xác định biến vào ra và chọn các tham số gia tử e =  e1 ,..., e7  , de =  de1 ,..., de7  , u = u1 ,..., u7  Với miền giá trị vật lý của các biến vào ra. e = e ,e T ( rad ) ; de = de ,de T ( rad.s −1 )  i i min imax i i min imax  ; i=1,..,7 u i =  u i min ,u imax  ( Nm ) T  Lựa chọn tập phần tử sinh: G = 0,S, W, B,1 với S=Small; B =Big. Lựa chọn các tập gia tử H = H − , H +  , H = L, H = V , Với L=Little, V=Very. − + Bước 2: Chuyển bảng FAM sang bảng SAM của đại số gia tử Bảng 4.3 Cơ sở luật Đại số gia tử - Bảng SAM Bước 3: Giải ngữ nghĩa đầu ra 4.4 Điều khiển dựa trên mạng noron 4.4.1 Giới thiệu mạng noron 4.4.2 Thiết kế bộ điều khiển noron cho robot di động Huấn luyện mạng noron bằng bộ điều khiển đại số gia tử 13
Bước 1: Từ bảng FAM ta quy đổi ra bảng SAM của ĐSGT. Bước 2: Từ bảng SAM làm tập học cho mạng noron. Sử dụng thuật toán lan truyền ngược và phương pháp GD. Bước 3: Từ bộ trọng số thu được xây dựng bộ điều khiển mờ noron. Hình 4.19 Sơ đồ mạng noron 5 lớp 4.5 Điều khiển tích hợp Hình 4.21 Khối Control của bộ điều khiển tích hợp Kết luận Chương 4 Chương 4 đã trình bày việc thiết kế các bộ điều khiển cho robot di động hai chân bao gồm bộ điều khiển kinh điển PID kết hợp với động lực học ngược, bộ điều khiển dựa trên logic mờ, bộ điều khiển ĐSGT, bộ điều khiển mạng noron và bộ điều khiển tích hợp. 5 CHƯƠNG 5. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG SỐ Chương này sẽ trình bày việc áp dụng các bộ điều khiển đã được phân tích và xây dựng trong Chương 4 vào các bài toán điều khiển khác nhau của robot di động hai chân. 5.1 Mô tả thông số và chuyển động mô phỏng của robot Bảng 5.1 Thông số kích thước của robot 14
Bảng 5.2 Tham số động lực học của robot Bảng 5.1 Tenxơ quán tính của các khâu robot Bảng 5.4 Miền giá trị vật lý của tín hiệu vào ra 5.2 Kết quả mô phỏng điều khiển robot di động hai chân 5.2.1 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PID+Động lực học ngược KP = diag{0,16000,8100,8100,8100,22000,22000} (5.1) KI = diag{0,1000,300,600,600,600,1000} (5.2) KD = diag{0,180,180,160,160,180,180} (5.3) 5.2.1.1 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PID+ĐLH ngược trong trường hợp 1 - đã biết được chính xác các đại lượng động lực. 15
Hình 5.6 Kết quả điều khiển PID+ĐLH ngược TH 1 ở bước khởi động 1 Hình 5.8 Kết quả điều khiển PID+ĐLH ngược TH 1 ở bước đi đều 16
Hình 5.9 Kết quả điều khiển PID+ĐLH ngược TH 1 ở bước kết thúc Bộ điều khiển PID+ĐLH ngược được áp dụng cho robot di động hai chân trong trường hợp đã biết được chính xác các đại lượng động lực cho tất cả các bước đi đều cho kết quả điều khiển chính xác, sai số điều khiển hội tụ rất nhanh, với khoảng 0,05s thì quỹ đạo thực đã gần như trùng với quỹ đạo đặt. 5.2.1.2 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PID+ĐLH ngược trong trường hợp 2 – không biết được lực nhiễu và lực cản. Hình 5.10 Kết quả điều khiển PID+ĐLH ngược TH 2 bước khởi động 1 17
Hình 5.12 Kết quả điều khiển PID+ĐLH ngược TH 2 bước đi đều Kết quả của bộ điều khiển PID+ĐLH ngược trong TH 2 này có kết quả kém hơn rất nhiều, Sai số của bộ điều khiển trong trường hợp này hội tụ rất chậm, một số khớp còn dường như không hội tụ. 5.2.1.3 Kết quả mô phỏng bộ điều khiển PID+Động lực học ngược trong trường hợp 3 – không biết được lực nhiễu và lực cản tác động lên robot, mô hình động lực sai lệch 50%. Hình 5.14 Kết quả điều khiển PID+ĐLH ngược TH 3 bước khởi động 1 Kết quả của bộ điều khiển PID+ĐLH ngược trong TH 3 này cũng có kết quả kém như trong TH 2. Phương pháp điều khiển là chính xác nhưng không thể điều khiển robot chuyển động chính xác trong các TH 2 và 3 này. Bản chất của phương pháp điều khiển là phải biết chính xác được mô hình điều 18