Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Phát triển thuật toán thích nghi điều khiển đồng thời quỹ đạo và lực tương tác của tay máy robot sử dụng bộ quan sát vận tốc lực

Luận án nghiên cứu với hai mục tiêu. Thứ nhất là xây dựng bộ quan sát vận tốc/lực để ước lượng giá trị vận tốc và lực tương tác giữa tay máy Robot với môi trường với tác động của nhiễu đo lường. Các tín hiệu phản hồi vận tốc và lực về bộ điều khiển được ước lượng từ bộ quan sát. Thứ hai là tổng hợp một thuật toán điều khiển thích nghi vị trí và lực sử dụng bộ quan sát vận tốc/lực để đáp ứng với sự thay đổi các tham số động lực học của tay máy Robot khi làm việc.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Phát triển thuật toán thích nghi điều khiển đồng thời quỹ đạo và lực tương tác của tay máy robot sử dụng bộ quan sát vận tốc lực BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ ĐÀO MINH TUẤN PHÁT TRIỂN THUẬT TOÁN THÍCH NGHI ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG THỜI QUỸ ĐẠO VÀ LỰC TƯƠNG TÁC CỦA TAY MÁY ROBOT SỬ DỤNG BỘ QUAN SÁT VẬN TỐC/LỰC Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9 52 02 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ ĐÀO MINH TUẤN PHÁT TRIỂN THUẬT TOÁN THÍCH NGHI ĐIỀU KHIỂN ĐỒNG THỜI QUỸ ĐẠO VÀ LỰC TƯƠNG TÁC CỦA TAY MÁY ROBOT SỬ DỤNG BỘ QUAN SÁT VẬN TỐC/LỰC Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa Mã số: 9 52 02 16 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS. TS Trần Đức Thuận 2. TS Nguyễn Hữu Thung HÀ NỘI - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình khoa học nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Tác giả luận án Đào Minh Tuấn ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi bày tỏ sự kính trọng và xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới tập thể giáo viên hướng dẫn, PGS.TS Trần Đức Thuận và TS Nguyễn Hữu Thung đã luôn luôn nhiệt tình chỉ bảo và luôn động viên để tôi hoàn thành bản luận án. Tiếp theo, tôi gửi lời cảm ơn tới Phòng Đào tạo-Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, Viện Tự động hóa KTQS cùng các cán bộ công tác tại viện đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu khoa học và có những ý kiến đóng góp quý báu về nội dung, bố cục của luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến tập thể các thầy cô nơi tôi công tác tại khoa Điện-Điện tử trường đại học SPKT Hưng Yên vì những động viên chân thành và sự san sẻ công việc chuyên môn để tôi yên tâm thực hiện nội dung luận án. Tôi xin cảm ơn các nhà nghiên cứu phòng Tối ưu và Điều khiển-Viện toán học-Viện hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình nghiên cứu. Cuối cùng, tôi muốn gửi lời cảm ơn tới gia đình tôi, bố mẹ, anh chị em và đặc biệt là người vợ thân yêu cùng các con của tôi đã dành cho tôi tình yêu và sự tin tưởng để tôi có động lực và quyết tâm thực hiện thành công luận án. TÁC GIẢ iii MỤC LỤC Nội dung ...................................................................................................Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .............................................. v DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...................................................................................vii MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY ROBOT ...................................... 11 1.1. Động lực học tay máy Robot ................................................................ 11 1.1.1. Mô hình toán học của tay máy Robot ........................................... 11 1.1.2. Các đặc tính của các thành phần động lực học tay máy Robot .... 12 1.2. Tổng quan về điều khiển tay máy Robot .............................................. 15 1.2.1. Điều khiển quỹ đạo tay máy Robot............................................... 16 1.2.2. Điều khiển lực tay máy Robot ...................................................... 25 1.3. Tổng quan về các bộ quan sát ............................................................... 31 1.3.1. Bộ quan sát Luenberger ................................................................ 32 1.3.2. Quan sát bằng bộ lọc Kalman ....................................................... 34 1.3.3. Bộ quan sát tốc độ cao .................................................................. 39 1.4. Kết luận chương 1 ................................................................................. 40 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG BỘ QUAN SÁT VẬN TỐC/LỰC CHO TAY MÁY ROBOT ..................................................................................................................... 43 2.1. Cơ sở ước lượng trạng thái của hệ động học lực không xác định ........ 43 2.1.1. Ước lượng trạng thái cho hệ động lực học bậc n ......................... 45 2.1.2. Xây dựng bộ quan sát để ước lượng trạng thái cho hệ động lực học có tác động của nhiễu đo lường .............................................................. 51 2.2. Xây dựng bộ quan sát vận tốc/lực cho tay máy Robot ......................... 56 2.2.1. Ràng buộc chuyển động của tay máy Robot với môi trường ...... 57 2.2.2. Xây dựng bộ quan sát vận tốc/lực cho tay máy Robot . ............... 62 2.2.3. Sự hội tụ của bộ quan sát vận tốc/lực. .......................................... 65 2.3. Kết luận chương 2 ................................................................................. 69 CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP THUẬT TOÁN ĐIỀU KHIỂN THÍCH NGHI VỊ TRÍ VÀ LỰC CHO TAY MÁY ROBOT SỬ DỤNG BỘ QUAN SÁT ......................... 70 3.1. Cơ sở điều khiển thích nghi cho cánh tay robbot ....... ...