Điều khiển thích nghi bền vững tay máy đôi

Bài viết đề xuất một bộ điều khiển thích nghi bền vững cho rô bốt kiểu tay đôi dựa trên cấu trúc của điều khiển trượt bậc 2 (SOSMC). Kỹ thuật thích nghi tham chiếu mô hình (MRAC) được sử dụng để xây dựng một cơ cấu thích nghi từ đó ước lượng các tham số chưa biết của rô bốt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển thích nghi bền vững tay máy đôi B hoặc C). Kết quả nhận được có độ chính xác cao so với thiết bị chuẩn châu Âu đang được sử dụng trọng thực tế. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Đỗ Đức Lưu và các tg. (2016), “Cơ sở toán học và truyền tin cho thiết kế thiết bị đo mức độ âm thanh trên tàu thủy”, Tạp chí KHCNHH, số 48, 11/2016. [2]. Đỗ Đức Lưu và các tg. (2017), “Đo và xử lý tín hiệu âm thanh tàu thủy dùng công nghệ NI”, Tạp chí KHCNHH, số 49, 1/2017. [3]. SVANTEK Sp. z o.o. WARSAW,SVAN 958 User’s manual, 2008. [4]. TOA http://www.tca.vn/Micro-TOA-DM-1300/. [5]. Micro loại G.R.A.S. Type 40PP. [6]. QCVN 80: 2014/BGTVT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về kiểm soát tiếng ồn trên tàu biển. Ngày nhận bài: 09/3/2017 Ngày phản biện: 24/3/2017 Ngày duyệt đăng: 28/3/2017 ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI BỀN VỮNG TAY MÁY ĐÔI ROBUST ADAPTIVE CONTROL OF DUAL-ARM MANIPULATORS LÊ ANH TUẤN, ĐỖ ĐỨC LƯU Viện Nghiên cứu Phát triển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Tóm tắt Chúng tôi đề xuất một bộ điều khiển thích nghi bền vững cho rô bốt kiểu tay đôi dựa trên cấu trúc của điều khiển trượt bậc 2 (SOSMC). Kỹ thuật thích nghi tham chiếu mô hình (MRAC) được sử dụng để xây dựng một cơ cấu thích nghi từ đó ước lượng các tham số chưa biết của rô bốt. Như thế, bộ điều khiển không cần nhiều thông tin về các tham số của hệ động lực. Chất lượng của bộ điều khiển được kiểm chứng thông qua mô phỏng một tay máy đôi 4 bậc tự do. Kết quả cho thấy hệ thống điều khiển đề xuất bền vững với nhiễu và sự biến đổi tham số. Từ khóa: Tay máy đôi, điều khiển thích nghi tham chiếu mô hình, ước lượng tham số, điều khiển bền vững. Abstract We propose a robust adaptive controller for dual-arm robots based on the frame of second-order sliding mode control (SOSMC). The model-reference adaptive control (MRAC) is utilized for constituting an adaptation mechanism to estimate the unknown robot parameters. By doing so, the controller does not require the knowledge of many robot parameters. The control system is robust with disturbances and parametric uncertainties. The quality of proposed controller is investigated through a 4 DOFs dual- arm manipulator. Keywords: Dual-arm manipulator, model-reference adaptive control, parameter estimation, robust control. 1. Giới thiệu chung Tay máy đôi (hình 1) hay còn gọi rô bốt hai tay (dual-arm robots) được xếp vào nhóm rô bốt giống người (humanoid robot). Ngày nay, loại rô bốt này được sử dụng phổ biến không những trong công nghiệp mà còn phục vụ trong các hoạt động thường ngày của con người. Khác với tay máy đơn, tương tác động lực ở tay máy đôi phức tạp hơn nhiều do có chuỗi động lực mạch kín. Tương tác giữa cánh tay thứ nhất - vật thể - cánh tay thứ hai khá phức tạp, dễ xung đột chuyển động nếu không có chiến lược điều khiển Hình 1. Tay máy đôi YuMi II của hãng ABB tốt. Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 51-8/2017 85  Cho đến nay, nhiều kỹ thuật điều khiển, từ kinh điển đến hiện đại, đã được dùng trong thiết kế hệ thống điều khiển rô bốt tay đôi. Liu [1] đã phân tích một bộ điều khiển thích nghi cho tay máy đôi có kể đến yếu tố đàn trễ của tín hiệu ra. Kỹ thuật mạng nơ ron với hàm hướng kính cơ sở (RBFN) được sử dụng để thiết kế luật thích nghi sao cho các phần phi tuyến chưa biết của động lực học rô bốt có thể được xấp xỉ. Hacioglu [2] đã nghiên cứu chuyển động tương tác của tay máy đôi 4 bậc tự do sử dụng kỹ thuật điều khiển trượt truyền thống (SMC) kết hợp với logic mờ. Kỹ thuật logic mờ được áp dụng để điều chỉnh các tham số của bộ điều khiển. Ở đó, các hàm thành viên kiểu tam giác (triangular membership functions) được sử dụng để mờ hóa sai số tín hiệu vào và đạo hàm của nó. Jiang [3] đã xây dựng một bộ điều khiển thích nghi mờ cho tay máy đôi trong trường hợp có kể đến yếu tố phi tuyến của vùng chết (dead-zone) ở các cơ cấu chấp hành. Kỹ thuật logic mờ cũng được sử dụng để xấp xỉ động lực học rô bốt. Mở rộng các nghiên cứu [1, 2], bài báo này phát triển một bộ điều khiển thích nghi bền vững MRAC-SOSMC cho phối hợp chuyển động của tay máy đôi. Công trình này có những điểm cải tiến sau: Nghiên cứu [1] tập trung giải quyết tính thích nghi của hệ thống điều khiển rô bốt. Khác với nghiên cứu này, chúng tôi thiết kế một bộ điều khiển thích nghi bền vững dựa trên kỹ thuật SOSMC tích hợp MRAC. Trong khi SOSMC đảm bảo tính bền vững của hệ thống, thì MRAC dùng để xấp xỉ các tham số chưa biết của rô bốt. Phối hợp giữa SOSMC và MRAC dẫn tới một hệ thống điều khiển có được cả tính thích nghi và tính bền vững. Trong khi công trình [2] đề xuất luật điều khiển mờ trượt (fuzzy SMC) giới hạn cho trường hợp rô bốt tay đôi bốn 4 tự do, chúng tôi mở rộng bài toán điều khiển cho trường hợp tổng quát với rô bốt tay đôi 2n bậc tự do. Thay vì sử kỹ thuật logic mờ như công trình [2], kỹ thuật MRAC được sử dụng và tích hợp vào bộ điều khiển trượt cải tiến (non-chattering SMC) để thiết kế bộ ước lượng tham số. Cấu trúc của bài báo gồm: Mục 2 mô tả mô hình động lực cho tay máy đôi trong trường hợp tổng quát với hệ 2n bậc tự do. Tính chất động lực của tay máy đôi cũng được trình bày trong mục này. Mục 3 áp dụng phương pháp MRAC để thiết kế một cơ cấu thích nghi dùng trong xấp xỉ các tham số chưa biết của hệ động lực, sau đó tích hợp vào bộ điều khiển SOSMC. Ứng dụng của bộ điều khiển vừa thiết kế vào rô bốt tay đôi 4 bậc tự do được trình bày trong mục 4. Kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo sẽ được thảo luận trong mục 5. 2. Mô hình toán 2.1. Phương trình vi phân chuyển động Mô hình toán tay máy đôi 2n bậc tự do (hình 2) đã được thiết lập trong [3] gồm 2n phương trình vi phân cấp 2 phi tuyến, được viết gọn lại dưới dạng ma trận như sau: M  q  q + C  q,q  q + G  q ...