Luận văn Tóm tắt Thiết kế bộ điều khiển PID mờ cho tay máy 3 bậc tự do

0.009
0.01
Sai lech quy dao RoBot
Thoi gian [s]
Sa
i l
e
ch
Hình 5.6: Đồ thị sai lệch quỹ ñạo khi dùng PID 
Đồ thị của khớp quay 1 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
Do thi goc quay khop 1
Thoi gian [s]
G
oc
qu
ay
[ra
d]
Tin hieu goc quay dat
Tin hieu goc quay thuc
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
x 10-3 Sai lech goc quay khop 1
Thoi gian [s]
G
oc
qu
a
y 
[ra
d]
Hình 5.7 Hình 5.8 
- 16 - 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.05
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Toc do sai lech goc quay khop 1
Thoi gian [s]
To
c 
do
sa
i le
ch
[ra
d/
s]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-15
-10
-5
0
5
10
15
Toc do Dong Co khop 1
Thoi gian [s]
To
c 
do
qu
a
y 
[ra
d/
s]
Hình 5.9 Hình 5.10 
Đồ thị của khớp quay 2 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
Do thi goc quay khop 2
Thoi gian [s]
G
o
c 
qu
a
y 
[ra
d]
Tin hieu goc quay dat
Tin hieu goc quay thuc
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
Sai lech goc quay khop 2
Thoi gian [s]
G
o
c 
qu
ay
[ra
d]
Hình 5.11 Hình 5.12 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
Toc do sai lech goc quay khop 2
Thoi gian [s]
To
c 
do
sa
i l
ec
h 
[ra
d/
s]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
Toc do Dong Co khop 2
Thoi gian [s]
To
c 
do
qu
ay
[ra
d/
s]
Hình 5.13 Hình 5.14 
- 17 - 
Đồ thị của khớp quay 3 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
Do thi goc quay khop 3
Thoi gian [s]
G
o
c 
qu
ay
[ra
d]
Tin hieu goc quay dat
Tin hieu goc quay thuc
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
x 10-3 Sai lech goc quay khop 3
Thoi gian [s]
G
o
c 
qu
a
y 
[ra
d]
Hình 5.15 Hình 5.16 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
Toc do sai lech goc quay khop 3
Thoi gian [s]
To
c 
do
sa
i l
ec
h 
[ra
d/
s]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
Toc do Dong Co khop 3
Thoi gian [s]
To
c 
do
qu
ay
[ra
d/
s]
Hình 5.17 Hình 5.18 
Từ ñồ thị quỹ ñạo ñặt và quỹ ñạo thực di chuyển của cánh 
tay Robot, ñồ thị sai lệch quỹ ñạo, ta nhận thấy rằng: 
+ Tại thời ñiểm ban ñầu khi khởi ñộng ñến 1 giây cánh tay 
dao ñộng với sai lệch (khoảng 0,009) 
+ Trong khoảng thời gian từ 0s ñến 3s là khoảng thời gian 
cánh tay Robot di chuyển với dao ñộng giảm của vị trí ñầu ñến quỹ 
ñạo tương ứng cánh tay máy di chuyển nên sai lệch so với quỹ ñạo 
ñặt (khoảng 0,0025). 
+ Tại t=10s sai lệch bằng 0, ñến 20s, do có sự thay ñổi 
ñường ñi quỹ ñạo, làm thay ñổi chiều quay các khớp của tay máy, 
nên dẫn ñến sự dao ñộng của tín hiệu trước khi xác lập. Tuy nhiên, 
- 18 - 
biên ñộ dao ñộng của tín hiệu quỹ ñạo ñầu ra rất nhỏ, và sai số xác 
lập cũng nhỏ (nhỏ hơn 0,002) 
5.2. Hệ thống ñiều khiển tay máy sử dụng bộ ñiều khiển mờ 
chỉnh ñịnh tham số bộ PID 
5.2.1. Mô hình simulink hệ thống bộ ñiều khiển mờ (Fuzzy 
logic) 
- 19 - 
Hình 5.19: Mô hình hệ thống ñiều khiển sử dụng 
bộ ñiều khiển Fuzzy 
- 20 - 
5.2.2. Kết quả mô phỏng hệ thống ñiều khiển tay máy ba bậc tự 
do dùng bộ ñiều khiển mờ chỉnh ñịnh tham số PID 
Khi vị trí ñặt góc quay có dạng y= 0.15Sin(0.025t) ñưa vào 
hệ thống ñiều khiển như hình 5.19 ta có kết quả mô phỏng như sau: 
Kết quả về sai lệch quỹ ñạo thực của tay máy 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
x 10-3 Sai lech quy dao thuc RoBot
Thoi gian [s]
Sa
i l
ec
h[m
]
Hình 5.21: Đồ thị sai lệch quỹ ñạo dùng PID Fuzzy 
Đồ thị của khớp quay 1 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
Do thi goc quay khop 1
Thoi gian [s]
G
o
c 
qu
a
y 
[ra
d]
Tin hieu goc quay dat
Tin hieu goc quay thuc
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-4
-2
0
2
4
6
8
x 10-3 Sai lech goc quay khop 1
Thoi gian [s]
G
o
c 
qu
a
y 
[ra
d]
Hình 5.22 Hình 5.23 
- 21 - 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.05
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
Toc do sai lech goc quay khop 1
Thoi gian [s]
To
c 
do
sa
i l
ec
h 
[ra
d/
s]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-15
-10
-5
0
5
10
15
Toc do Dong Co khop 1
Thoi gian [s]
To
c 
do
qu
ay
[ra
d/
s]
Hình 5.24 Hình 5.25 
Đồ thị của khớp quay 2 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
Do thi goc quay khop 2
Thoi gian [s]
G
oc
qu
ay
[ra
d]
Tin hieu goc quay dat
Tin hieu goc quay thuc
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.04
-0.03
-0.02
-0.01
0
0.01
0.02
Sai lech goc quay khop 2
Thoi gian [s]
G
o
c 
qu
ay
[ra
d]
Hình 5.26 Hình 5.27 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.4
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
Toc do sai lech goc quay khop 2
Thoi gian [s]
To
c 
do
sa
i l
ec
h 
[ra
d/
s]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
80
100
120
Toc do Dong Co khop 2
Thoi gian [s]
To
c 
do
qu
ay
[ra
d/
s]
Hình 5.28 Hình 5.29 
- 22 - 
Đồ thị của khớp quay 3 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
0.14
0.16
Do thi goc quay khop 3
Thoi gian [s]
G
oc
qu
ay
[ra
d]
Tin hieu goc quay dat
Tin hieu goc quay thuc
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-4
-2
0
2
4
6
8
10
12
14
x 10-3 Sai lech goc quay khop 3
Thoi gian [s]
G
oc
qu
a
y 
[ra
d]
Hình 5.30 Hình 5.31 
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
Toc do sai lech goc quay khop 3
Thoi gian [s]
To
c 
do
sa
i l
ec
h 
[ra
d/
s]
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
Toc do Dong Co khop 3
Thoi gian [s]
To
c 
do
qu
a
y 
[ra
d/
s]
Hình 5.32 Hình 5.33 
Từ ñồ thị ta thấy việc so sánh hai sai lệch quỹ ñạo khi dùng 
PID và dùng bộ mờ chỉnh ñịnh các tham số bộ ñiều khiển PID, ta 
thấy rằng ñộ sai lệch quỹ ñạo ở cả hai trường hợp gần bằng nhau. 
Tuy nhiên biên ñộ dao ñộng ở các thời gian quá ñộ ở bộ chỉnh ñịnh 
mờ giảm so với bộ ñiều khiển PID, và thời gian tín hiệu sai lệch về 
không nhanh hơn. 
5.3. Kết luận chương 5 
- Sai lệch tốc ñộ trong quá trình chuyển ñộng của cánh tay 
Robot so với tốc ñộ của quỹ ñạo ñặt là tốt (gần bằng 0) so với khi 
dùng bộ PID. Biên ñộ dao ñộng tại các thời ñiểm quá ñộ và sai lệch 
quỹ ñạo ñược giảm. 
- 23 - 
- Khi chọn các tập giá trị mờ và luật ñiều khiển thích hợp thì 
luật ñiều khiển mờ giúp cho hệ ñạt ñược ñộ chính xác khá cao, ngay 
cả với giá trị ñặt rất nhỏ. 
- Hệ thống mô phỏng ñã ñược xét các trường hợp cánh tay 
Robot mang các phụ tải khác nhau, ñiều ñó càng chứng tỏ tính bền 
vững cao của hệ ñiều khiển. 
Như vậy hệ thống làm việc ở chế ñộ không tải hoặc có tải, 
bộ ñiều khiển mờ chỉnh ñịnh tham số bộ PID ñảm bảo ñược chất 
lượng tĩnh và ñộng tốt hơn khi dùng bộ ñiều khiển PID kinh ñiển. 
- 24 - 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
1. KẾT LUẬN 
- Việc xây dựng bộ ñiều khiển cho các ñối tượng có tính phi 
tuyến cao là rất cần thiết trong lĩnh vực tự ñộng hóa và các quá trình 
công nghiệp như hiện nay, tay máy robot là ñối tượng có tính phi 
tuyến cao, ñặc biệt là các tay máy có nhiều bậc tự do khác nhau, 
chính vì thế việc kết hợp và ứng dụng các phương pháp ñiều khiển 
hiện ñại khác nhau là cần thiết cho các ñối tượng khi có tính phi 
tuyến mạnh hoặc biến ñổi lớn trong bản luận văn này ñã nghiên cứu 
xây dựng và ñạt ñược các kết quả: 
- Tổng quan về tay máy và robot công nghiệp, là robot ba bậc 
tự do, lý thuyết về ñiều khiển mờ. Tính toán và thiết kế bộ ñiều khiển 
kinh ñiển PID cho hệ dẫn ñộng của tay máy ba bậc tự do, nghiên cứu 
thiết kế bộ ñiều khiển mờ chỉnh ñịnh các tham số bộ ñiều khiển PID ñể 
ñiều khiển quá trình chuyển ñộng của tay máy di chuyển trong quỹ 
ñạo ñặt trước. Thiết kế chương trình mô phỏng trên simulink cho các 
kết quả quỹ ñạo, sai lệch quỹ ñạo, sai lệch tốc ñộ, tốc ñộ, và sai lệch 
quỹ ñộng tổng của tay máy có kết quả ñáp ứng tốt. Với các kết quả 
này giúp cho việc khảo sát, ñánh giá và hiệu chỉnh nâng cao chất 
lượng hệ thống ñiều khiển cánh tay robot ñược tốt hơn. 
- Luận văn cũng ñã nghiên cứu lựa chọn bộ ñiều khiển mờ 
với các thông số nhằm chỉnh ñịnh cho các tham số của bộ ñiều khiển 
PID ñược lựa chọn phù hợp ñể nâng cao chất lượng ñiều khiển của 
cánh tay Robot chuyển ñộng theo quỹ ñạo ñặt trước, giúp cho việc 
tạo ra các quỹ ñạo ñáp ứng thực tốt, với hệ thống ñiều khiển này chất 
lượng bám theo quỹ ñạo của cánh tay Robot ñược nâng lên nhiều so 
với hệ ñiều khiển PID kinh ñiển, với kết quả mô phỏng cho ta thấy 
ñược giảm biên ñộ dao ñộng ở các thời ñiểm quá ñộ giảm sai lệch 
- 25 - 
quỹ ñạo thực so với quỹ ñạo ñặt nhỏ hơn 0.97 % so với 1,02% của 
bộ ñiều khiển PID, giảm sai lệch của góc quay và tốc ñộ của chuyển 
ñộng về gần bằng 0. 
- Khi thực hiện việc thiết kế bộ ñiều khiển mờ cho các ñối 
tượng không phụ thuộc vào ñặc ñiểm mô hình của ñối tượng, chính 
vì thế quá trình xây dựng nên các bộ ñiều khiển mờ với các nguyên 
tắc ñiều khiển cho các ñối tượng có ñặc tính khác nhau là hoàn toàn 
giống nhau. 
2. KIẾN NGHỊ 
Việc xây dựng và nghiên cứu bộ ñiều khiển cho tay máy ba 
bậc với ñiều kiện về thời gian, cơ sở vật chất hạn chế không cho 
phép nên luận văn chỉ dừng lại ở phần xây dựng lý thuyết và kết quả 
mô phỏng trên phần mêm Matlab simulink. Chưa làm trên mô hình 
thực tế của tay máy robot ba bậc tự do sử dụng bộ ñiều khiển mờ tích 
hợp ñể ñiều khiển, ñây cũng chính là phần còn hạn chế mà luận văn 
chưa thể hoàn thiện ñược. Tuy nhiên kết quả mô phỏng trên simulink 
cũng ñã kiểm chứng và cho thấy tính ñúng ñắn của ñề tài cần nghiên 
cứu. Để phát triển hơn nữa có thể tiến hành nghiên cứu thiết kế chế 
tạo mô hình tay máy ba bậc tự do dùng bộ ñiều khiển mờ tích hợp ñể 
ñiều khiển thì bản luận văn sẽ hoàn thiện hơn.