PHẦN MỞ ĐẦU
1- LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI:
- Nghiên cứu các bộ điều khiển nâng cao Mờ và Nơron: Đánh giá ưu
nhược điểm của hai bộ điểu khiển
- Ứng dụng bộ điều khiển Mờ và Nơron để điều khiển các hệ phi tuyến
- Kết hợp ưu điểm hai bộ điều khiển Mờ và Nơron (NEFCON)
- Khảo sát đánh giá bộ điều khiển NEFCON trên mô hình tay máy Robot
2- MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU:
Xây dựng bộ điều khiển NEFCON cho cánh tay robot đảm bảm các yêu
cầu chất lượng
So sánh với chất lượng khi điều khiển tay máy dung bộ điều khiển kinh điển.
Kiểm chứng thuật toán bằng mô phỏng và thực nghiệm.
3- ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU:
Điều khiển cánh tay robot theo bộ điều khiển NEFCON
4- Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIẾN CỦA ĐỀ TÀI
a) Ý nghĩa khoa học
- Xây dựng bộ điều khiển NEFCON
- Ứng dụng bộ điều khiển NEFCON điều khiển các hệ thống phi tuyến
với các thông số chưa xác định.
- Đánh giá hoạt động của bộ điều khiển NEFCON trong việc điều khiển
đối tượng phi tuyến đặc biệt là điều khiển cánh tay robot.
b) Ý nghĩa thực tiễn
- Nâng cao chất lượng điều khiển trong hệ điều khiển cánh tay Robot
1
NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ NƠRON - MỜ (NEFCON)
1. Tổng quan về điều khiển mờ:
- Giới thiệu
- Cấu trúc của hệ điều khiển mờ
- Nguyên lý xây dựng và hoạt động bộ điều khiển mờ
2. Tổng quan về điều khiển Nơron:

W
1
W
2
W
3
X
1
X
2
X
3
Y
Σ
3

Hình 1.14: Mạng nơron 3 lớp
2.2 Mô hình nơron
a) Nơron đơn giản:
b) Nơron với nhiều đầu vào (véc tơ vào) Hình 1.17: Ký hiệu noron với R đầu vào
f
Vào Không có độ dốc
p
w
n
a
a = f(wp)

w
1,R
4
Hình 1.16: Nơron với R đầu vào
2.3 Cấu trúc mạng
a) Mạng một lớp
.Hình 1.19: Ký hiệu mạng R đầu vào và S nơron
a = f(WP+b)
p
1
w
1,1
1
f
n
1
a
1
Σ
b
1
p
2
p
3
p
R

Sx1
a
1x1
Sx1
SxR
Vào Nơron
Rx1
S
5
Hình 1.18 Cấu trúc mạng nơron 1 lớp
b) Mạng nhiều lớp
2.4. Huấn luyện mạng
1
Hình 1.21: Cấu trúc mạng nơron 3 lớp
a
1
= f
1
(W
1,1
P+b
1
)
f
1
n
1
1
Σ
b

R
Vào Lớp 1(lớp vào)
a
2
= f
2
(W
2,1
a
1
+b
2
)
f
2
n
2
1
a
2
1
b
2
1
1
f
2
n
2
2

1
n
3
1
Σ
b
3
1
1
n
3
2
Σ
b
3
2
1
n
3
S
Σ
b
3
S
f
3
a
3
1
f

3
= y
P
Hình 1.22: Ký hiệu tắt của mạng nơron 3 lớp
1
R
S
1
a
1
= f
1
(IW
1,1
P+b
1
)
n
1
IW
1,
1
b
1
+
S
1
x
1
S

S
2
x
1
S
2
x
1
S
2
x
S
1
Lớp 2
LW
2
,1
1
f
1
S
3
a
3
= f
3
(LW
3,2
a
2

1
a
3
= f
3
(LW
3,2
f
2
(LW
2,1
f
1
(IW
1,1
P+b
1
)+b
2
)+b
3

=y
Đích
Hàm trọng lượng
(weights)
giữa các nơron
Vào
Điều chỉnh
So sánh

Hình 2.2: Sơ đồ cấu trúc chung của hệ thống cảm biến
2.3.2. Kết cấu tay máy
Hình 2.3: Sơ đồ kết cấu tay máy
9
2.4 Lựa chọn sơ đồ điều khiển hệ điều khiển robot

Hình 2.4 Sơ đồ cấu trúc robot 3 thanh nối
2.4.1 Thiết lập các phương trình động học cơ bản
r0 = Biri
2.4.2 Vận tốc chuyển động thứ i.

∑
=
∂
∂
==
i
1s
is
s
i
0
rq
q
B
rV

2.4.3 Gia tốc của chuyển động thứ i.
i
i

+
∂
∂
===
∑ ∑∑
= = =


2.5 Thành lập phương trình động lực học
2.5.1 Xây dựng phương trình tính động năng của hệ
32233232
2
3323
2
33
23
2
33233232
2
33
31233232
2
23
233232
2
3323
2
33
212
2

33
2
212
22
22
2
11
2
1
)]cos(llm
4
1
coslm)22cos(lm
4
1
)2cos(lm
4
1
)2cos(llmcoslm
4
1
[
)]cos(llm
4
1
coslm
)cos(llm
4
1
2coslm

1
(
))](2cos(llm
4
1
2coslm
4
1
cosllm
4
1
[
22cos(lm
8
1
[)cosllm
2
1
2coslm
8
1
(
)(coslm
6
1
mR
2
1
ϕϕϕ+ϕ−ϕ+ϕ−ϕ−
ϕ−ϕ+ϕ−ϕ−ϕ+

)sindsinll(gmsindlgmgdm
)2cos(llm
4
1
coslm)22cos(lm
4
1
)2cos(lm
4
1
)2cos(llmcoslm
4
1
[
)]cos(llm
4
1
coslm
)cos(llm
4
1
2coslm
4
1
)2cos(lm
4
1
[
]2coslm
2

cosllm
4
1
)22cos(lm
8
1
()cosllm
2
1
2coslm
8
1
[
))(coslm(
6
1
mR
2
1
PWL
322213221211
233232
2
3323
2
33
23
2
33233232
2

2
2
1233233
2
233323
23
2
33
2
333233
2
33
212
22
22
2
11
2
1
ϕ+ϕ−+ϕ−−−
+ϕ−ϕ−ϕ+ϕ−ϕ−
+ϕ−ϕ+ϕ−ϕ−ϕ+
+ϕϕϕ+ϕ−ϕ+
+ϕ−ϕ−ϕ+ϕ−ϕ+
−ϕϕϕ+ϕ−ϕ−ϕ−
+ϕ−ϕ+++
+ϕ+ϕ+ϕ++
+ϕ+ϕϕ−ϕ−ϕ+ϕ−
−ϕ−ϕ+ϕϕ−ϕ+
+ϕ+ϕϕ+ϕ=−=

13113
2
2112
321133111221111313212111
QHH
NNNMMM
=ϕ+ϕ+
ϕϕ+ϕϕ+ϕϕ+ϕ+ϕ+ϕ


11
b) Thành lập phương trình vi phân với chuyển động quay II
22
2
3213
2
2212
2
1211
2
3
2
221331212323222121
QGHH
HNNMMM
=+ϕ+ϕ+
ϕ+ϕϕ+ϕϕ+ϕ+ϕ+ϕ


c) Thành lập phương trình vi phân với chuyển động quay III








ϕ
ϕ
ϕ










=











2.7.1 Các biến trạng thái và phương trình trạng thái
1
333231
232221
131211
3
2
1
1
333231
232221
131211
3
2
1
32
22
12
MMM
MMM
MMM
u
u
u
MMM
MMM
MMM
K
K

















−=














+
−
+
+
−
+
−
+
+
−
+
−
=
=

12
2 2
11 1 12 2 13 3 111 1 2 112 1 3 113 3 2 112 2 113 3 1
2 2 2
21 1 22 2 23 3 212 1 3 213 2 3 211 1 212 2 313 3 2 2
2
31 1 32 2 33 3 312 1 3 311 1
M M M N N N H H Q
M M M N N H H H G Q
M M M N H H
ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ
ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ
ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ
+ + + + + + + =
+ + + + + + + + =

MS
K)MMMM(
MS
u)MMMM(
MS
u)MMMM(
MS
u)MMMM(
X
XX
−
+
−
+
+
−
+
−
+
+
−
+
−
=
=


2.7.4 Phương trình trạng thái chuyển động III
3
322112112

+
−
+
−
+
+
−
+
−
=
=


KẾT LUẬN CHƯƠNG II
Chương II: "Khảo sát và xây dựng mô hình toán học robot" đã giải quyêt
được một số vấn đề cơ bản sau:
- Tìm hiểu sơ lược về lịch sử phát triển, ứng dụng, cấu trúc của robot
công nghiệp
- Thành lập được phương trình động lực học cơ bản cho tay máy ba bậc tự do
- Thành lập được phương trình động lực học cho tay máy ba bậc tự do
- Mô tả toán học hệ điều khiển chuyển động bằng phương trình vi phân
- Mô tả hệ điều khiển chuyển động bằng phương trình trạng thái
13
CHƯƠNG 3: BỘ ĐIỀU KHIỂN NEFCON
3.1. Mô hình tay máy 2 bậc tự do

Hình 3.1.a Mô hình cấu trúc đối tượng trong phần mềm Matlab
Hình 3.1.b Mô hình cấu trúc đối tượng trong phần mềm Matlab
Hình 3.2. Mô hình cấu trúc bộ điều khiển trong phần mềm Matlab
14

Hình 3.18: Đường cong nội suy thể hiện mối quan hệ giữa đầu ra và đầu vào
18
Bước 5: Chạy mô phỏng với kết quả các hàm liên thuộc sau khi đã chỉnh định
Hình 3.19. Quỹ đạo bám của cánh tay Robot
Hình 3.20. Sai lệch quỹ đạo bám của cánh tay Robot
19
Hình 3.21. Tin hiệu điều khiển quỹ đạo bám của cánh tay Robot
Nhận xét:
Bộ điều khiển NEFCON cho đáp ứng đầu ra của hệ thống tốt hơn nhiều so
với Bộ điều khiển PD (Hình 3.19) với sự thay đổi tín hiệu vào có dạng bậc
thang qua bộ lọc có dạng như Hình 3.19, cụ thể sai lệch giữa tín hiệu đặt và
tín hiệu thực của hai biến khớp 1 và 2 là khá nhỏ tầm được biểu thị trên Hình
3.20. Đồng thời tín hiệu điều khiển cho hai biến khớp cụ thể ở đây là cung
cấp giá trị điện áp đầu vào cho hai động cơ để quay hai biến khớp được thể
hiện như Hình 3.21.
3.3. Thực nghiệm trên Robot sử dụng bộ điều khiển NEFCON
Hình 3.22. Sơ đồ khối chạy thực nghiệm
Mô hình Cánh
tay robot 5 bậc
tự do
Card Arduino
Board kết nối với
Simulink
Mạch công suất
điều khiển động
cơ cánh tay
robot
Máy tính cài đặt
phần mềm Matlab -
Simulink

điểm của điều khiển mờ và mạng nơron trong điều khiển các hệ thống phi tuyến;
- Xây dựng mô hình toán học robot 3 bậc tự do; mô phỏng robot trên
Matlab; xây dựng hệ điều khiển các chuyển động của robot bằng các qui luật
điều khiển kinh điển, đồng thời tiến hành mô phỏng với các quĩ đạo chuyển
động khác nhau để thấy rõ mối quan hệ và tác động ảnh hưởng qua lại giữa các
chuyển động đến chất lượng và độ chính xác điều khiển vị trí robot;
- Xây dựng bộ điều khiển nơron mờ (NEFCON) cho mạch vòng điều
khiển 2 khớp. Các kết quả mô phỏng cho thấy bộ điều khiển nơron mờ làm việc
theo cơ chế thích nghi đã cho phép khắc phục một phần ảnh hưởng của các
chuyển động khớp 1 đến khớp 2. Bộ điều khiển này rất linh hoạt và có thể áp
dụng để điều khiển hệ thống thực.
- Tiến hành thí nghiệm trên mô hình thực tại Phòng thí nghiệm trường Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp với Bộ điều khiển NEFCON và cho các kết quả rất
tốt, chứng minh được tính đúng đắn của lý thuyết về bộ điều khiển này
24