Thiết kế bộ quan sát vận tốc lực cho tay máy robot dưới tác động của nhiễu đo lường

Bài viết này đề xuất cơ sở toán học cho kỹ thuật quan sát mới NGPI (New Generalized Proportional Integral) cho hệ thống động học tổng quát khi khi sự tác động của nhiễu đo lường. Kỹ thuật quan sát này sẽ hạn chế sự ảnh hưởng của nhiễu đo lường đến sai lệch ước lượng trạng thái của bộ quan sát.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thiết kế bộ quan sát vận tốc lực cho tay máy robot dưới tác động của nhiễu đo lườngKỹ thuật điều khiển & Tự động hóaTHIẾT KẾ BỘ QUAN SÁT VẬN TỐC/LỰC CHO TAY MÁY ROBOT DƯỚI TÁC ĐỘNG CỦA NHIỄU ĐO LƯỜNG Đào Minh Tuấn1*, Phan Đình Hiếu2 Tóm tắt: Bài báo này đề xuất cơ sở toán học cho kỹ thuật quan sát mới NGPI (New Generalized Proportional Integral) cho hệ thống động học tổng quát khi khi sự tác động của nhiễu đo lường. Kỹ thuật quan sát này sẽ hạn chế sự ảnh hưởng của nhiễu đo lường đến sai lệch ước lượng trạng thái của bộ quan sát. Dựa trên cơ sở lý thuyết NGPI, một bộ quan sát vận tốc/lực được đề xuất để ước lượng vận tốc và lực tương tác giữa tay máy Robot mới môi trường khi có sự tác động của nhiễu đo lường vị trí. Để đánh giá chất lượng bộ quan sát, nhóm tác giả đã thực hiện mô phỏng trên phần mềm Matlab-Simulink để điều khiển chuyển động và lực tương tác trên tay máy Robot A465 của CRS Robotics.Từ khóa: Điều khiển robot; Điều khiển lực; Điều khiển lai lực/vị trí; Quan sát lực. 1. MỞ ĐẦU Trong các trường hợp làm việc của tay máy Robot tương tác với môi trườnglàm việc như lắp ráp, mài, hàn, ... yêu cầu đặt ra là phải điều khiển đồng thời quỹđạo và lực tương tác của tay máy Robot với môi trường làm việc để đảm an toàncho bề mặt môi trường. Các kỹ thuật điều khiển lực được chia làm 2 loại chính làđiều khiển trở kháng và điều khiển lai lực/vị trí đã được nghiên cứu và công bốtrong [1-4]. Trong các bộ điều khiển đã được công bố, tín hiệu phản hồi từ bộ điều khiểnđều lấy từ các cảm biến. Đã có một vài nghiên cứu sử dụng các bộ quan sát cho taymáy Robot để ước lượng các trạng thái mà không đo được như trong [5-11]. Tuynhiên, với tác động của nhiễu đo lường thì sai lệch ước lượng trạng thái thu được làlớn và ảnh hưởng đến chất lượng của bộ điều khiển khi sử dụng bộ quan sát. Bàibáo đưa ra cơ sở toán học cho kỹ thuật quan sát NGPI cho hệ thống động lực họctổng quát để ước lượng trạng thái khi có tác động của nhiễu đo lường đồng thờiứng dụng kỹ thuật quan sát này để xây dựng một bộ quan sát vận tốc/lực cho taymáy Robot nhằm giảm sai lệch ước lượng lực và vận tốc khi có tác động của nhiễuđo lường góc quay các khớp của tay máy robot. 2. NỘI DUNG2.1. Cơ sở toán học kỹ thuật quan sát NGPI Xét một hệ thống động lực học với sự tác động của nhiễu đo lường được mô tảtoán học bằng hệ phương trình vi phân như sau:  x  x  1 2  x  ku   (1)  2  y  x1  d t  Trong đó, d t  thể hiện cho tín hiệu nhiễu đo lường,  x1 , x2 ,  xn  là các biến trạngthái của hệ thống, k là hệ số, u là tín hiệu đầu vào,  là thành phần động lực họckhông xác định của hệ thống, y là tín hiệu đầu ra của hệ thống. Sai lệch ước lượngkhi có sự tác động của nhiễu là:126 Đ. M. Tuấn, P. Đ. Hiếu, “Thiết kế bộ quan sát vận tốc/lực … nhiễu đo lường.”Nghiên cứu khoa học công nghệ x  d  x1  xˆ1 (2)Khi đó, mô hình bộ quan sát sử dụng kỹ thuật quan sát GPI trong [11] được xâydựng cho hệ thống động học có tác động của nhiễu đo lường được mô tả bởi hệphương trình như sau:  xˆ    x  d  xˆ   xˆ    x  xˆ    d  xˆ  1 p 1 1 1 2 p 1 1 1 p 1 2    xˆ2   p  x1  d  xˆ1   ku  zˆ1   p  x1  xˆ1    p d  ku  zˆ1    zˆ1   p1  x1  d  xˆ1   zˆ2   p1  x1  xˆ1    p1d  zˆ2   zˆ2   p2  x1  d  xˆ1   zˆ3   p2  x1  xˆ1    p2 d  zˆ3 (3)      zˆ p1  1  x1  d  xˆ1   zˆ p  1  x1  xˆ1   1d  zˆ p   zˆ p  0  x1  d  xˆ1   0  x1  xˆ1   d 0 Với i với i  1  ( p  1) là các hệ số bộ quan sát. Thực hiện đạo hàm  p  2 lầnphương trình (2), kết hợp với hệ phương trình (3) và (1) ta được  x  d  x  xˆ  1 1     x1  d   p 1 x   p 1d  xˆ2    x  x1  d   p 1d    p 1 x  xˆ 2      d   p 1d   p d    p 1 x   p x  zˆ1 ...