Nâng cao chất lượng điều khiển bám cho anten vệ tinh trên hệ truyền động song song dạng Stewart Platform

Bài viết xây dựng bộ điều khiển trượt hữu hạn thời gian hội tụ (Terminal Sliding Mode Control - TSM) cho từng động cơ của sáu chân xy lanh trong hệ truyền động song song dạng Stewart Platform trong bài toán bám vệ tinh của anten.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nâng cao chất lượng điều khiển bám cho anten vệ tinh trên hệ truyền động song song dạng Stewart Platform Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa Nâng cao chất lượng điều khiển bám cho anten vệ tinh trên hệ truyền động song song dạng Stewart Platform Trần Trung Kiên 1, Nguyễn Trung Kiên2, Đặng Nam Kiên1*1 Viện Tự động hóa Kỹ thuật quân sự, Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, 89B Lý Nam Đế, Cửa Đông,Hoàn Kiếm, Hà Nội, Việt Nam;2 Viện Khoa học và Công nghệ quân sự, 17 Hoàng Sâm, Nghĩa Đô, Cầu Giấy, Hà Nội, Việt Nam.* Email: dangnamkien@gmail.comNhận bài: 15/01/2024; Hoàn thiện: 06/3/2024; Chấp nhận đăng: 14/3/2024; Xuất bản: 01/4/2024.DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.CAPITI.2024.26-33 TÓM TẮT Bài báo xây dựng bộ điều khiển trượt hữu hạn thời gian hội tụ (Terminal Sliding Mode Control- TSM) cho từng động cơ của sáu chân xy lanh trong hệ truyền động song song dạng StewartPlatform trong bài toán bám vệ tinh của anten. Bộ điều khiển đề xuất đã hạn chế được những điểmyếu của các bộ điều khiển đã được nghiên cứu, mang lại chất lượng tốt hơn, đảm bảo được khảnăng bám vệ tinh cho anten trong cả những trường hợp có biên độ góc lớn nhất. Kết quả nghiêncứu được mô phỏng minh chứng trên MATLAB.Từ khóa: Robot song song; Hexapod; Stewart platform; Điều khiển chế độ trượt; TSM. 1. MỞ ĐẦU Hiện nay việc sử dụng các anten tự động bám bắt vệ tinh đã được sử dụng rộng rãi, trong đó cónhiều hệ thống được truyền động bằng các hệ hai bậc tầm hướng, tuy nhiên, các hệ thống nàythường gặp phải hiện tượng “lỗ khóa” (key hole) khi dịch chuyển gần khu vực đỉnh đầu (khi antenhướng vuông góc với mặt đất) [1]. Để giải quyết vấn đề này các hệ thống đưa thêm một trục quaythứ ba, cách bố trí này gọi là “khớp X-Y” [1], những hệ thống như này vẫn bộc lộ hạn chế với cáctrường hợp dư dẫn động đòi hỏi giải quyết bài toán tối ưu. Hình 1. Một hệ thống anten vệ tinh sử dụng cơ cấu truyền động dạng Stewart Platform của Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam [2-3]. Khi vận hành các hệ thống đòi hỏi có tải trọng lớn các cơ cấu truyền động song song được lựachọn vì ưu điểm vượt trội về độ cứng vững so với các cơ cấu nối tiếp mà đặc biệt là các cơ cấu nốitiếp càng nhiều khớp sẽ càng làm giảm độ cứng vững và khả năng chịu tải của hệ thống. Ngoài ramột số cấu hình của robot song song còn mang đến một đặc điểm nổi trội đó là tính đối xứng quanhtrục thẳng đứng, giúp cho các anten vệ tinh đặt trên đó có khả năng bám các góc hướng quay đủ26 T. T. Kiên, N. T. Kiên, Đ. N. Kiên, “Nâng cao chất lượng điều khiển … Stewart Platform.”Nghiên cứu khoa học công nghệ3600 dễ dàng. Vì vậy, cấu hình robot song song phổ biến được sử dụng cho anten bám vệ tinh làdạng Stewart Platform. Trong bài toán bám quỹ đạo của vệ tinh dùng anten đặt trên nền hệ truyền động song song nhiềutác giả sử dụng các bộ điều khiển PID [2, 4-6], tuy nhiên, khi so sánh với các bộ điều khiển trượt[6-7] có tính bền vững khi tải trọng các chân thay đổi thì điều khiển PID bộc lộ hạn chế. Nhưngbộ điều khiển trượt thông thường có thời gian hội tụ không xác định có thể ảnh hưởng đến chấtlượng bám của anten. Do vậy, tác giả đề xuất nâng cấp các hệ thống điều khiển hiện có bằng bộđiều khiển trượt hữu hạn thời gian hội tụ (TSM). 2. NỘI DUNG CẦN GIẢI QUYẾT2.1. Động hình học của bài toán bám quỹ đạo vệ tinh cho anten có hệ truyền động song song Trong các nghiên cứu về robot song song dạng Stewart Platform bài toán động hình học ngượcđã được giải quyết [3-7], tuy nhiên, với bài toán bám vệ tinh đặc biệt với những quỹ đạo có biênđộ lớn vượt qua giới hạn trong cấu hình hình học của hệ truyền động song song cần có phươngpháp giải bài toán động hình học ngược khác. Do cấu hình đối xứng của hệ truyền động song songdạng Stewart Platform, với các góc bám yêu cầu của vệ tinh là ?, ? (theo thứ tự là góc tầm, góchướng trong hệ tọa độ cố định ENU (East North Up)) thay vì quay trực tiếp 3 góc tư thế roll, pitch,yaw thì có thể trực tiếp quay anten về góc tầm ? từ chính tại trục vuông góc với hướng yêu cầucủa vệ tinh. Khi đó, cần xác định được tọa độ của các khớp nối trên hệ tọa độ động gắn với hướngyêu cầu của vệ tinh. Hình 2. Hệ trục tọa độ động gắn với góc hướng ?. Giả sử hệ tọa độ động đặt tại mặt đế của hệ truyền động tại góc hướng ? là ? ? ? ?? ? ?? , khiđó, tương tự như [3] tọa độ các khớp tại chân đế: ? ? ???⁡(? ? − ?) ? ??? ? ?? = [ ? ? ???⁡(? ? − ?) ] = [ ? ??? ] (1) ? ? ??? (?−?)? ...