Đồ án tốt nghiệp - Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho cánh tay máy 6 bậc tự do

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG – ĐIỀU KHIỂN

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
“THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN
CHO CÁNH TAY MÁY 6 BẬC TỰ DO”
Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Đức Thiện
Nhóm sinh viên thực hiện:
TỐNG HẢI NINH

18151212

HÀ THANH BÌNH

18151157

TRẦN MINH PHÚC

18151223

TP. HỒ CHÍ MINH – 08/2022

TRƯỜNG ĐH SPKT TP. HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

-o0oTP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022

NHIỆM VỤ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên 1: Tống Hải Ninh

MSSV: 18151212

Họ và tên sinh viên 2: Hà Thanh Bình

MSSV: 18151157

Họ và tên sinh viên 3: Trần Minh Phúc

MSSV: 18151223

Chuyên ngành: Công nghệ Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hoá
Hệ đào tạo: Chính quy
Khoá: 2018

Lớp: 18151

1. Tên đề tài:
Thiết kế bộ điều khiển phi tuyến cho cánh tay máy 6 bậc tự do
2. Nội dung chính của đồ án:
- Xây dựng lại mô hình cánh táy máy trong công nghiệp 2D và 3D trên các phần
mềm chuyên dụng.
- Phân tích, tính toán động học, quy hoạch quỹ đạo và động lực học cho cánh tay
máy 6 bậc tự do.
- Thực hiện chuyển đổi mô hình từ Solidworks sang MATLAB Simscape
Multibody để mô hình hoá và mô phỏng hoạt động hệ thống trước khi đưa vào thực
nghiệm.
- Kiểm chứng động học và động lực học dựa trên MATLAB Simscape Multibody.
- Thiết kế và thi công tủ điện cho mô hình cánh tay máy 6 bậc tự do.
- Xây dựng bộ điều khiển tuyến tính vi phân tỉ lệ (PD), áp dụng trên mô phỏng và
mô hình thực nghiệm.
- Xây dựng các bộ điều khiển phi tuyến gồm: bộ điều khiển tính toán mô-men
(CTC), bộ điều khiển trượt (SMC). Sử dụng thuyết ổn định Lyapunov để chứng minh
tính ổn định của hệ thống, áp dụng các bộ điều khiển được đề xuất trên mô phỏng và mô
hình thực nghiệm.
- Sử dụng hệ thống thu thập dữ liệu để quan sát, đánh giá chất lượng và hiệu suất
hoạt động của từng bộ điều khiển.
3. Các sản phẩm dự kiến:
- Mô hình cánh tay máy 6 bậc tự do.
-

Tủ điều khiển.

-

Chương trình mô phỏng và chương trình thực nghiệm.

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

i

-

Quyển báo cáo khoá luận tốt nghiệp.
Poster tóm tắt đề tài.

- Video giới thiệu đề tài.
4. Ngày giao nhiệm vụ: 07/03/2022
5. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 26/07/2022
6. Họ và tên cán bộ hướng dẫn: TS. Trần Đức Thiện
7. Ngôn ngữ trình bày:
Bản báo cáo:

Tiếng Anh

Tiếng Việt

Trình bày bảo vệ: Tiếng Anh

Tiếng Việt
TP. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2022
Giáo viê
...

...
) m4 = m(4) m5 = m(5) m6 = m(6)
g = -9.80665
M = [M11 M12 M13 M14 M15 M16
M21 M22 M23 M24 M25 M26
M31 M32 M33 M34 M35 M36
M41 M42 M43 M44 M45 M46
M51 M52 M53 M54 M55 M56
M61 M62 M63 M64 M65 M66]
C = [C11 C12 C13 C14 C15 C16
C21 C22 C23 C24 C25 C26
C31 C32 C33 C34 C35 C36
C41 C42 C43 C44 C45 C46
C51 C52 C53 C54 C55 C56
C61 C62 C63 C64 C65 C66]
G = [G1 G2 G3 G4 G5 G6]
%% Computed torque control:
% Controler parameters
Kp_ = diag(Kp)
Kv_ = diag(Kv)
% Designed controller
E = the_r - the
dE = dthe_r - dthe
u = Kp_*E + Kv_*dE + M*ddthe_r + C*dthe_r + G
% Note: SMC Controller
function [u] = SMC(the,dthe,the_r,dthe_r,ddthe_r,lamda,K,eta,m,L,Pic,I)
e1 = the(1) e2 = the(2) e3 = the(3)
e4 = the(4) e5 = the(5) e6 = the(6)
de1 = dthe(1) de2 = dthe(2) de3 = dthe(3)
de4 = dthe(4) de5 = dthe(5) de6 = dthe(6)
x1 = Pic(1,1) y1 = Pic(1,2) z1 = Pic(1,3)
x2 = Pic(2,1) y2 = Pic(2,2) z2 = Pic(2,3)
x3 = Pic(3,1) y3 = Pic(3,2) z3 = Pic(3,3)
x4 = Pic(4,1) y4 = Pic(4,2) z4 = Pic(4,3)
x5 = Pic(5,1) y5 = Pic(5,2) z5 = Pic(5,3)
x6 = Pic(6,1) y6 = Pic(6,2) z6 = Pic(6,3)
I1xx = I(1,1) I1yy = I(1,2) I1zz = I(1,3)

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

113

PHỤ LỤC
I1xy = I(1,4) I1yz = I(1,5) I1zx = I(1,6)
I2xx = I(2,1) I2yy = I(2,2) I2zz = I(2,3)
I2xy = I(2,4) I2yz = I(2,5) I2zx = I(2,6)
I3xx = I(3,1) I3yy = I(3,2) I3zz = I(3,3)
I3xy = I(3,4) I3yz = I(3,5) I3zx = I(3,6)
I4xx = I(4,1) I4yy = I(4,2) I4zz = I(4,3)
I4xy = I(4,4) I4yz = I(4,5) I4zx = I(4,6)
I5xx = I(5,1) I5yy = I(5,2) I5zz = I(5,3)
I5xy = I(5,4) I5yz = I(5,5) I5zx = I(5,6)
I6xx = I(6,1) I6yy = I(6,2) I6zz = I(6,3)
I6xy = I(6,4) I6yz = I(6,5) I6zx = I(6,6)
a1 = L(1) a2 = L(2) a3 = L(3) d1 = L(4) d4 = L(5) d7 = L(6)
m1 = m(1) m2 = m(2) m3 = m(3) m4 = m(4) m5 = m(5) m6 = m(6)
g = -9.80665
M = [M11 M12 M13 M14 M15 M16
M21 M22 M23 M24 M25 M26
M31 M32 M33 M34 M35 M36
M41 M42 M43 M44 M45 M46
M51 M52 M53 M54 M55 M56
M61 M62 M63 M64 M65 M66]
C = [C11 C12 C13 C14 C15 C16
C21 C22 C23 C24 C25 C26
C31 C32 C33 C34 C35 C36
C41 C42 C43 C44 C45 C46
C51 C52 C53 C54 C55 C56
C61 C62 C63 C64 C65 C66]
G = [G1 G2 G3 G4 G5 G6]
%% Sliding mode control:
% Controler parameters
lamda_ = diag(lamda)
K_
= diag(K)
eta_
= diag(eta)
% Designed controller
e = the - the_r
e_d = dthe - dthe_r
s = lamda_*e + e_d
u = -K_*s + C*(dthe_r - lamda_*e) + G + M*(ddthe_r - lamda_*e_d) eta_*sign(s)

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

114