Điều khiển trượt với mặt trượt PID cho robot song song 5 bậc tự do sử dụng trong mô phỏng tập lái xe ô tô

Bài viết này trình bày việc điều khiển dựa trên mô hình cho robot song song 5 bậc tự do sử dụng trong mô phỏng tập lái xe ô tô. Ba bộ điều khiển được áp dụng cho hệ gồm: PID + động lực học ngược, điều khiển trượt với mặt trượt PID và mặt trượt PD. Các kết quả mô phỏng số trên Matlab được đưa ra cho thấy hiệu quả của bộ điều khiển trượt.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Điều khiển trượt với mặt trượt PID cho robot song song 5 bậc tự do sử dụng trong mô phỏng tập lái xe ô tô Tuyển tập Hội nghị khoa học toàn quốc lần thứ nhất về Động lực học và Điều khiển Đà Nẵng, ngày 19-20/7/2019, tr. 104-110, DOI 10.15625/vap.2019000264 Điều khiển trượt với mặt trượt PID cho robot song song 5 bậc tự do sử dụng trong mô phỏng tập lái xe ô tô Nguyễn Quang Hoàng, Nguyễn Đức Thịnh Bộ môn Cơ ứng dụng – Viện Cơ khí, Đại học Bách khoa Hà Nội E-mail: hoang.nguyenquang@hust.edu.vn Tóm tắt 2. Mô hình động lực học Nhờ những ưu điểm về độ cứng vững, độ chính xác cao và khả năng mang tải lớn robot song song ngày càng được 2.1. Mô tả mô hình robot và các ký hiệu ứng dụng nhiều. Bài báo này trình bày việc điều khiển dựa Phần này trình bày về việc mô hình hóa robot song trên mô hình cho robot song song 5 bậc tự do sử dụng song, mô hình động lực học cho robot. Robot có 5 DOF, trong mô phỏng tập lái xe ô tô. Ba bộ điều khiển được áp các chuyên động đó là tịnh tiến theo Ox, Oz và xoay dụng cho hệ gồm: PID + động lực học ngược, điều khiển trượt với mặt trượt PID và mặt trượt PD. Các kết quả mô quanh các trục Ox, Oy, Oz. Với 5 DOF mô hình có khả phỏng số trên Matlab được đưa ra cho thấy hiệu quả của năng mô tả các chuyển động thực tế của ô tô: rẽ hướng, bộ điều khiển trượt. giảm sóc, địa hình gồ ghề và các khả năng va chạm bên Từ khóa: robot song song, mô hình tập lái 5DOF, động lực hông xe. học, điều khiển dựa trên mô hình, điều khiển trượt. - Hệ có 5 động cơ dẫn động - 4 động cơ điều chỉnh chiều dài các chân và động cơ thứ 5 điều chỉnh góc 1. Giới thiệu nghiêng chân AB. Mô phỏng tập lái xe đòi hỏi cần có một robot tạo ra - Chân 1- AB và chân 2 – CD, ABCD tạo thành cơ cấu cảm giác chuyển động cho người tập và một màn hình tạo 4 khâu bản lề. môi trường xa hình. Hiện nay trên thị trường có nhiều - Chân 3- KH và chân 4 - MN. 2 chân KH, MN liên kết mẫu thiết bị hỗ trợ việc tập lái ô tô, tuy nhiên nổi bật hơn với mặt đáy bởi 2 khớp cardan. cả là mẫu Stewart Platform với sáu bậc tự do - Bàn máy động EFKN liên kết với 2 chân trước (1,2) [10,11,15,19]. Tuy nhiên, bậc tự do tịnh tiến theo chiều với 2 khớp xoay quanh trục BC và PQ, liên kết với 2 chạy của xe lại không thực sự cần thiết vì có phần giao chân sau (3,4) bằng 2 khớp cầu. diện màn hình đảm nhiệm. Hiện đã có những hệ thống - Điểm khảo sát G – là khối tâm bàn máy động. mô phỏng lái xe với 2, 3, 4 và 5 bậc tự do sử dụng kết Robot mô phỏng lái xe 5DOF được xây dựng với mô hợp cấu trúc song song và chuỗi [17-19]. Một hệ thống hình đơn giản như trên Hình 1. mô phỏng lái 5 bậc tự do được lựa chọn để phân tích động lực học và điều khiển trong bài báo này. Chân 3 Khi hệ thống hoạt động, để đảm bảo ghế gắn vào bệ động thực hiện những chuyển động mong muốn, hệ thống Chân 4 cần được điều khiển. Nhiều luật điều khiển cho robot hay tay máy song đã được nghiên cứu và áp dụng. Có thể kể Chân 2 ra như điều khiển PD, PID kết hợp động lực học ngược, điều khiển trượt, điều khiển thích nghi, hay các điều Chân 1 khiển thông minh dựa trên logic mờ, mạng nơron, … [3,4, 5,9,16]. Bài báo này trình bày việc thiết kế ba bộ điều khiển dựa trên mô hình động lực học cho robot song song 5 DOF sử dụng trong mô phỏng học lái xe. Đó là bộ điều Hình 1. Mô hình robot song song 5DOF mô phỏng lái xe khiển PID + động lực học ngược; điều khiển trượt với mặt trượt PID và với mặt trượt PD. Phần còn lại của bài Để thuận tiện cho việc xây dựng mô hình toán học báo bao gồm: Mô hình động lực học robot song song của hệ, các đại lượng được sử dụng trong mô hình được 5DOF; Thiết lập các bộ điều khiển dựa trên mô hình động liệt kê trong Bảng 1 sau đây. lực học; Các kết quả mô phỏng và Kết luận. Nguyễn Quang Hoàng, Nguyễn Đức Thịnh  E  f f Bảng 1: Các thông số, ký hiệu cơ bản của robot với R   1a  , Fa  , Fz  (4)  z a  qa q z Stt Ký hiệu 1 Chiều dài 4 chân: l = [l1, l2, l3, l4]T Ma (q)  RT M(q)R , ga (q)  RT g(q) , 2 Góc nghiêng 4 chân lần lượt theo chiều dương trục Ox trên mặt phẳng Oxz: α = [ α1, α2, α3, α4]T   C(q, q )R  , D  RT DR . Ca (q, q )  RT M(q)R  a 3 Góc nghiêng 2 chân 3,4 theo chiều dương trục Oz trên mặt phẳng Oyz: β = [β3, β4]T Trong phương trình (3) các tính chất sau đây vẫn còn 4 Tọa độ điểm P, rP = [XP, 0, ZP]T được đảm bảo Ma (q) là ma trận đối xứng và xác định 5 Tọa độ điểm G, rG = [XG, YG, ZG]T, (YG là biến ...