Luận án Xây dựng những cơ sở khoa học về tối ưu hóa thiết kế và điều khiển tay máy song song kiểu Stewart – Gough Platform, góp phần tạo ra công cụ để thiết kế, chế tạo các hệ thống ứng dụng cụ thể

iLỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng nội dung của luận án này là kết quả nghiên cứu của riêng tác
giả. Tất cả những tham khảo từ các nghiên cứu liên quan đều được nêu nguồn gốc một
cách rõ ràng. Những kết quả nghiên cứu và đóng góp trong luận án chưa được công bố
trong bất kỳ công trình khoa học nào khác.
Tác giả luận án
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Xuân Vinh
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến hai Thầy hướng dẫn: PGS. TS. Nguyễn Ngọc
Lâm và TS. Nguyễn Minh Thạnh đã tận tình hướng dẫn tôi thực hiện các công trình nghiên
cứu và hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô, Cán bộ, Nhân viên của Viện Nghiên cứu
Điện tử, Tin học, Tự động hóa và Phân Viện Nghiên cứu Điện tử, Tin học, Tự động hóa
TP.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập
và nghiên cứu.
Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Gia đình của tôi, những người
thân đã chia sẻ mọi khó khăn, luôn động viên tôi vượt qua khó khăn để hoàn thành tốt luận
án này.
iii
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU......................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: TAY MÁY SONG SONG KIỂU STEWART–GOUGH PLATFORM VÀ
CÁC CƠ SỞ TOÁN HỌC. .............................................................................................. 5
1.1 Tổng quan về tối ưu hóa thiết kế và điều khiển tay máy song song kiểu Stewart–
Gough Platform. .......................................................................................................... 5
1.1.1 Giới thiệu về tay máy song song .................................................................. 5
1.1.2 Tình hình nghiên cứu về tay máy song song kiểu Stewart–Gough Platform . 6
1.2 Các cơ sở toán học về tay máy song song kiểu Stewart–Gough Platform.......... 13
1.2.1 Phân tích hình học tay máy song song kiểu Stewart–Gough Platform ........ 14
1.2.2 Mô hình toán của tay máy song song kiểu Stewart–Gough Platform .......... 15
1.3 Kết luận chương 1 ............................................................................................ 22
CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG CÔNG CỤ MÔ HÌNH HÓA, KHẢO SÁT KHẢ NĂNG
HOẠT ĐỘNG CỦA TAY MÁY SONG SONG KIỂU STEWART–GOUGH PLATFORM
.............................................................................................................................. 23
2.1 Xây dựng công cụ mô hình hóa tay máy song song kiểu Stewart–Gough Platform
......................................................................................................................... 23
2.2 Mô hình hóa tay máy song song kiểu Stewart–Gough Platform sử dụng bộ công
cụ đã thiết kế.............................................................................................................. 27
2.2.1 Điểm làm việc của tay máy với góc hướng tâm khâu là hằng số................. 27
2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến vùng làm việc ................................................... 29
2.2.3 Cấu hình làm việc của tay máy song song với góc hướng tâm khâu thay
đổi ................................................................................................................... 32
2.2.4 Áp dụng lý thuyết Vít xác định cấu hình suy biến, điểm kỳ dị và vùng lân cận
của tay máy song song ........................................................................................... 34
2.2.5 Độ cứng vững của tay máy......................................................................... 39
2.3 Kết luận chương 2 ............................................................................................ 39
iv
CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ
TAY MÁY SONG SONG KIỂU STEWART–GOUGH PLATFORM .......................... 41
3.1 Các thuật toán tối ưu và phương pháp tối ưu hóa thiết kế tay máy song song.... 41
3.1.1 Các thuật toán tối ưu .................................................................................. 41
3.1.2 Phương pháp tối ưu hóa thiết kế tay máy song song ................................... 46
3.2 Tối ưu hóa thiết kế tay máy song song theo một tiêu chí................................... 51
3.3 Tối ưu hóa thiết kế tay máy song song theo hai tiêu chí .................................... 56
3.3.1 Tối ưu hóa thiết kế theo hai tiêu chí dùng giải thuật di truyền và thuật toán PSI
................................................................................................................... 57
3.3.2 Tối ưu hóa thiết kế theo hai tiêu chí dùng thuật toán GA-PSI..................... 61
3.3.3 Tối ưu hóa thiết kế tay máy song song theo ba tiêu chí............................... 66
3.4 Nhận xét và kết luận chương 3.......................................................................... 71
CHƯƠNG 4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VỚI ỨNG DỤNG GIẢI PHÁP
TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ ............................................................................................. 73
4.1 Xây dựng mô hình thực nghiệm........................................................................ 73
4.1.1 Thiết kế, chế tạo hệ thống cơ khí................................................................ 74
4.1.2 Thiết kế, lập trình hệ thống điều khiển ....................................................... 76
4.2 Xác định thiết kế tối ưu cho mô hình thực nghiệm............................................ 81
4.3 Kết luận chương 4 ............................................................................................ 87
CHƯƠNG 5. ĐIỀU KHIỂN TAY MÁY SONG SONG KIỂU STEWART–GOUGH
PLATFORM TRÊN CƠ SỞ TỐI ƯU HÓA THIẾT KẾ VÀ ĐIỀU KHIỂN................... 89
5.1 Khảo sát bằng mô phỏng các thuật toán điều khiển tay máy song song kiểu
Stewart–Gough Platform............................................................................................ 89
5.1.1 Bộ điều khiển PID...................................................................................... 91
5.1.2 Bộ điều khiển mờ trực tiếp (Direct Fuzzy-PD) ........................................... 95
5.1.3 Bộ điều khiển tự chỉnh định Fuzzy-PID ................................................... 101
5.1.4 Nhận xét về các bộ điều khiển.................................................................. 108
v5.2 Điều khiển tay máy song song trên cơ sở tối ưu hóa thiết kế tay máy song song
kiểu Stewart–Gough Platform.................................................................................. 109
5.2.1 Bộ điều khiển PID.................................................................................... 110
5.2.2 Bộ điều khiển tự chỉnh định Fuzzy-PID ................................................... 114
5.3 Quy trình ứng dụng kết quả luận án cho hệ thống thực tế ............................... 119
5.4 Kết luận chương 5 .......................................................................................... 120
KẾT LUẬN................................................................................................................. 122
KIẾN NGHỊ VỀ NHỮNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO ............................................. 123
CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ................................................................ 124
CÔNG TRÌNH THAM GIA CỦA TÁC GIẢ............................................................... 125
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 125
PHỤ LỤC.................................................................................................................... 137
vi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt Viết đầy đủ Tiếng Anh Viết đầy đủ Tiếng Việt
ASME
American Society of Mechanical
Engineers
Hội kỹ sư cơ khí Mỹ
AVI Active Vibration Isolation Hệ thống cô lập dao động tích cực
CRIGOS
Compact Robot for Image
Guided Orthopedic Surgery
Robot nhỏ gọn cho phẫu thuật
chỉnh hình với hướng dẫn bằng
hình ảnh.
CSA Canadian Space Agency Cơ quan Vũ trụ Canada
ESA European Space Agency Cơ quan Vũ trụ Châu Âu
GA Genetic Algorithms Giải thuật di truyền
ICRA
International Conference on
Robotics and Automation
Hội nghị quốc tế về Robot và Tự
động hóa
IEEE
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện Kỹ sư Điện và Điện tử
IFAC
International Federation of
Automatic Control
Liên đoàn quốc tế về Điều khiển
tự động
IFToMM
International Federation for the
Promotion of Mechanism and
Machine Science
Liên đoàn quốc tế về Phát triển
khoa học máy và Cơ cấu.
IROS
International Conference on
Intelligent Robots and Systems
Hội nghị quốc tế về Robot và Hệ
thống thông minh.
NASA
National Aeronautics and Space
Administration
Cơ quan Hàng không và Vũ trụ
NASA (Mỹ)
vii
DANH MỤC CÁC ĐƠN VỊ ĐO LƯỜNG
NIST
National Institute of Standards
and Technology
Viện tiêu chuẩn và công nghệ
quốc gia (Mỹ)
PC Personal computer Máy tính cá nhân
PID Proportional Integral Derivative
Bộ điều khiển (giải thuật) vi tích
phân tỷ lệ – Bộ điều khiển (giải
thuật) PID
PPR Pulse per rovolution Số xung trên vòng quay
PSA Peugeot Société Anonyme Công ty Peugeot
PSI Parameters Space Investigation
Thuật toán điều tra không gian
tham số
PWM Pulse Width Modulation Điều chế độ rộng xung
SPI Serial Peripheral Interface Giao tiếp ngoại vi nối tiếp (SPI).
Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt Đại lượng
m meter mét Chiều dài
mm millimeter mi-li-mét Chiều dài
kg kilogram kilôgam Khối lượng
s second giây Thời gian
h hour giờ Thời gian
rad radian rađian Góc
N newton niutơn Lực
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu tạo tay máy song song. .............................................................................. 5
Hình 1.2. Tay máy song song của hãng Dunlop Rubber [19] ........................................... 7
Hình 1.3. Thiết bị mô phỏng bay của D. Stewart [19] ...................................................... 7
Hình 1.4. Delta robot [37]................................................................................................ 7
Hình 1.5. Thiết bị gia công Hexapod - Dự án của NIST [3] ............................................. 7
Hình 1.6. Tay máy Stewart–Gough - Dự án Cubic Hexapod [20]..................................... 8
Hình 1.7. Máy phay với hệ cấu trúc song song - Dự án Hexaglide [3].............................. 8
Hình 1.8. Thiết bị SurgiScope [37] .................................................................................. 8
Hình 1.9. Robot CRIGOS [31]......................................................................................... 8
Hình 1.10. Hệ thống định vị kính viễn vọng James Webb [84] ........................................ 9
Hình 1.11. Hệ thống thử nghiệm động cơ PSA [84] ......................................................... 9
Hình 1.12. Tay máy song song với các dẫn động tuyến tính [62] ................................... 10
Hình 1.13. Tay máy song phẳng dùng trong y tế [81]..................................................... 11
Hình 1.14. Tay máy song song Stewart Platform - Đại học SASTRA [75]..................... 11
Hình 1.15. Hệ thống kiểm định cơ sinh học [9].............................................................. 12
Hình 1.16. Hệ thống gia công 5 trục ảo CNC+Hexapod [110] ....................................... 13
Hình 1.17. Giản đồ vector của tay máy song song Stewart–Gough Platform.................. 14
Hình 1.18. Bố trí khớp nối Bi trên mặt phẳng nền (a) và Pi trên tấm chuyển động (b) .... 15
Hình 2.1. Lưu đồ thuật toán mô hình hóa tay máy song song ......................................... 24
Hình 2.2. Giao diện công cụ mô hình hóa tay máy song song ........................................ 26
Hình 2.3. Cấu hình khảo sát điểm làm việc của tâm khâu .............................................. 28
Hình 2.4. Tập hợp điểm làm việc với góc hướng tâm khâu là hằng số............................ 28
Hình 2.5. Vùng làm việc với góc hướng tâm khâu là hằng số......................................... 29
Hình 2.6. Tập hợp điểm làm việc khi xét giới hạn góc khớp .......................................... 30
Hình 2.7. Vùng làm việc khi xét giới hạn góc khớp ....................................................... 30
Hình 2.8. Điểm làm việc của tâm khâu khi tăng bán kính mặt phẳng nền....................... 31
Hình 2.9. Vùng làm việc của tâm khâu khi tăng bán kính mặt phẳng nền....................... 31
Hình 2.10. Ví dụ về cấu hình khác nhau tại điểm khảo sát (xd=-1,4; yd=-0,7; zd=1,1)..... 32
Hình 2.11. Điểm làm việc của tâm khâu khi góc hướng thay đổi ................................... 33
Hình 2.12. Vùng làm việc của tay máy khi góc hướng tâm khâu thay đổi ...................... 33
ix
Hình 2.13. Cấu hình Stewart–Gough Platform đối xứng – xác định cấu hình suy biến... 35
Hình 2.14. Tập hợp điểm làm việc ................................................................................. 35
Hình 2.15. Phân bố điểm kỳ dị....................................................................................... 35
Hình 2.16. Kết quả về cấu hình suy biến tại vị trí S4 (x4 = -0,44, y4 = -0,44, z4 = 1,19). . 36
Hình 2.17. Cấu hình biến thể – xác định cấu hình suy biến. ........................................... 37
Hình 2.18. Lân cận điểm kỳ dị với det(T)<10-4 .............................................................. 38
Hình 2.19. Lân cận điểm kỳ dị với det(T)<10-3 .............................................................. 38
Hình 2.20. Lân cận điểm kỳ dị với det(T)<10-2 .............................................................. 38
Hình 2.21. Lân cận điểm kỳ dị với det(T)<10-1 .............................................................. 38
Hình 3.1. Sơ đồ giải thuật di truyền ............................................................................... 43
Hình 3.2. Sơ đồ thuật toán PSI....................................................................................... 46
Hình 3.3. Phương pháp tối ưu hóa tay máy song song (thay đổi góc αi>0) ..................... 47
Hình 3.4. Cấu hình ban đầu của tay máy trước khi tối ưu hóa thiết kế............................ 50
Hình 3.5. Tập hợp điểm làm việc trước khi tối ưu theo 1 tiêu chí................................... 51
Hình 3.6. Vùng làm việc của tay máy trước khi tối ưu theo 1 tiêu chí ............................ 51
Hình 3.7. Quá trình tối ưu hóa theo 1 tiêu chí ................................................................ 54
Hình 3.8. Tập hợp điểm làm việc của tay máy sau khi tối ưu hóa theo 1 tiêu chí............ 54
Hình 3.9. Vùng làm việc của tay máy sau khi tối ưu hóa theo 1 tiêu chí......................... 54
Hình 3.10. Cấu hình của tay máy sau khi tối ưu hóa theo 1 tiêu chí ............................... 55
Hình 3.11. Phân bố điểm làm việc trước khi tối ưu theo 2 tiêu chí ................................. 56
Hình 3.12. Quá trình tối ưu hóa theo hai tiêu chí. ........................................................... 59
Hình 3.13. Tập hợp điểm làm việc của tay máy sau khi tối ưu hóa theo 2 tiêu chí. ... hỏng bộ điều khiển Fuzzy
Hình PL4.13. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 2 Hình PL4.14. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 2
Hình PL4.15. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 3 Hình PL4.16. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 3
Hình PL4.17 Sai số của chân dẫn động thứ 3 Hình PL4.18. Sai số của chân dẫn động thứ 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 2(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 2(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 3(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 3(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 3(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 3(
t) (
m)
time (s)
150
Mô phỏng bộ điều khiển PID Mô phỏng bộ điều khiển Fuzzy
Hình PL4.19. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 3 Hình PL4.20. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 3
Hình PL4.21. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 4 Hình PL4.22. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 4
Hình PL4.23 Sai số của chân dẫn động thứ 4 Hình PL4.24 Sai số của chân dẫn động thứ 4
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 3(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 3(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 4(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 4(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 4(
t) (
m)
time (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 4(
t) (
m)
time (s)
151
Mô phỏng bộ điều khiển PID Mô phỏng bộ điều khiển Fuzzy
Hình PL4.25. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 4 Hình PL4.26. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 4
Hình PL4.27. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 5 Hình PL4.28. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 5
Hình PL4.29 Sai số của chân dẫn động thứ 5 Hình PL4.30 Sai số của chân dẫn động thứ 5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 4(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 4(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 5(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 5(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 5(
t) (
m)
time (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 5(
t) (
m)
time (s)
152
Mô phỏng bộ điều khiển PID Mô phỏng bộ điều khiển Fuzzy
Hình PL4.31. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 5 Hình PL4.32. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 5
Hình PL4.33. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 6 Hình PL4.34. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 6
Hình PL4.35 Sai số của chân dẫn động thứ 6 Hình PL4.36 Sai số của chân dẫn động thứ 6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 5(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 5(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
c 6(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
c 6(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 6(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 6(
t) (
m)
time (s)
153
Mô phỏng bộ điều khiển PID Mô phỏng bộ điều khiển Fuzzy
Hình PL4.37. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 6 Hình PL4.38. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 6
Mô phỏng bộ điều khiển Fuzzy-PID
Hình PL4.39. Đáp ứng của các chân dẫn động
Hình PL4.40. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 1 Hình PL4.41. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 4
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 6(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 6(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
c 1(
t) -
 c 6
(t) 
(m
)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 1(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 4(
t) (
m)
time (s)
154
Mô phỏng bộ điều khiển Fuzzy-PID
Hình PL4.42 Sai số của chân dẫn động thứ 1 Hình PL4.43 Sai số của chân dẫn động thứ 4
Hình PL4.44. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 1 Hình PL4.45. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 4
Hình PL4.46. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 2 Hình PL4.47. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 1(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 4(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 1(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 4(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 2(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 5(
t) (
m)
time (s)
155
Mô phỏng bộ điều khiển Fuzzy-PID
Hình PL4.48 Sai số của chân dẫn động thứ 2 Hình PL4.49 Sai số của chân dẫn động thứ 5
Hình PL4.50. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 2 Hình PL4.51. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 5
Hình PL4.52. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 3 Hình PL4.53. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 2(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 5(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 2(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 5(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 3(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
c 6(
t) (
m)
time (s)
156
Mô phỏng bộ điều khiển Fuzzy-PID
Hình PL4.54 Sai số của chân dẫn động thứ 3 Hình PL4.55 Sai số của chân dẫn động thứ 6
Hình PL4.56. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 3 Hình PL4.57. Lực điều khiển chân dẫn động thứ 6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 3(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 6(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 3(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
ud
k 6(
t) (
N)
time (s)
157
Phụ lục 5. Các tiêu chuẩn chất lượng của bộ điều khiển tay máy song song
Bảng PL5.1. Mô phỏng bộ điều khiển PID
Tiêu chuẩn chất lượng / Trục X Y Z
Độ vọt lố (POT)
Vị trí (%) 0 0 10,57
Góc hướng (%) 0 0 0
Sai số xác lập (exl)
Vị trí (m) 0,53.10-3 1.10-3 0,57.10-3
Góc hướng (rad) 1.10-3 1,1.10-3 0,3.10-3
Thời gian xác lập (txl)
Vị trí (s) 0 0 4,5
Góc hướng (s) 0 0 0
Thời gian lên (trise)
Vị trí (s) 0 0 0,17
Góc hướng (s) 0 0 0
Bảng PL5.2. Mô phỏng bộ điều khiển Direct Fuzzy-PD
Tiêu chuẩn chất lượng / Trục X Y Z
Độ vọt lố (POT)
Vị trí (%) 0 0 1,37
Góc hướng (%) 0 0 0
Sai số xác lập (exl)
Vị trí (m) 0,1.10-3 0,84.10-3 0,076.10-3
Góc hướng (rad) 0,5.10-3 0,3.10-3 0,24.10-3
Thời gian xác lập (txl)
Vị trí (s) 0 0 6,3
Góc hướng (s) 0 0 0
Thời gian lên (trise)
Vị trí (s) 0 0 0,45
Góc hướng (s) 0 0 0
158
Bảng PL5.3. Mô phỏng bộ điều khiển Fuzzy-PID
Bảng PL5.4. Thực nghiệm bộ điều khiển PID
Tiêu chuẩn chất lượng / Trục X Y Z
Độ vọt lố (POT)
Vị trí (%) 0 0 5
Góc hướng (%) 0 0 0
Sai số xác lập (exl)
Vị trí (m) 0,03.10-3 0,84.10-3 0,5.10-3
Góc hướng (rad) 0,32.10-3 0,28.10-3 0,2.10-3
Thời gian xác lập (txl)
Vị trí (s) 0 0 3,9
Góc hướng (s) 0 0 0
Thời gian lên (trise)
Vị trí (s) 0 0 0,41
Góc hướng (s) 0 0 0
Tiêu chuẩn chất lượng / Trục X Y Z
Độ vọt lố (POT)
Vị trí (%) 0 0 0
Góc hướng (%) 0 0 0
Sai số xác lập (exl)
Vị trí (m) 1.10-3 1,5.10-3 1,7.10-3
Góc hướng (rad) 1,8.10-3 2.10-3 2.10-3
Thời gian xác lập (txl)
Vị trí (s) 0 0 5,7
Góc hướng (s) 0 0 0
Thời gian lên (trise)
Vị trí (s) 0 0 3,7
Góc hướng (s) 0 0 0
159
Bảng PL5.5. Thực nghiệm bộ điều khiển Fuzzy-PID
Tiêu chuẩn chất lượng / Trục X Y Z
Độ vọt lố (POT)
Vị trí (%) 0 0 0
Góc hướng (%) 0 0 0
Sai số xác lập (exl)
Vị trí (m) 1.10-3 1.10-3 1,5.10-3
Góc hướng (rad) 1,7.10-3 1,6.10-3 1,6.10-3
Thời gian xác lập (txl)
Vị trí (s) 0 0 5,7
Góc hướng (s) 0 0 0
Thời gian lên (trise)
Vị trí (s) 0 0 3,7
Góc hướng (s) 0 0 0
160
Phụ lục 6. Kết quả thực nghiệm - Đáp ứng các chân dẫn động tay máy song song
Thực nghiệm bộ điều khiển PID Thực nghiệm bộ điều khiển Fuzzy-PID
Hình PL6.1. Đáp ứng của các chân dẫn động Hình PL6.2. Đáp ứng của các chân dẫn động
Hình PL6.3. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 1 Hình PL6.4. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 1
Hình PL6.5. Sai số của chân dẫn động thứ 1 Hình PL6.6. Sai số của chân dẫn động thứ 1
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
c 1(
t) -
 c 6
(t) 
(m
)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
c 1(
t) -
 c 6
(t) 
(m
)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 1(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 1(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 1(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 1(
t) (
m)
time (s)
X: 41.19
Y: 0.00024
X: 41.32
Y: 0.000107
161
Thực nghiệm bộ điều khiển PID Thực nghiệm bộ điều khiển Fuzzy-PID
Hình PL6.7. Lực điều khiển của chân dẫn động 1 Hình PL6.8. Lực điều khiển của chân dẫn động 1
Hình PL6.9. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 2 Hình PL6.10. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 2
Hình PL6.11. Sai số của chân dẫn động thứ 2 Hình PL6.12. Sai số của chân dẫn động thứ 2
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
ud
k 1(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
ud
k 1(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 2(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 2(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 2(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 2(
t) (
m)
time (s)
162
Thực nghiệm bộ điều khiển PID Thực nghiệm bộ điều khiển Fuzzy-PID
Hình PL6.13. Lực điều khiển của chân dẫn động 2 Hình PL6.14. Lực điều khiển của chân dẫn động 2
Hình PL6.15. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 3 Hình PL6.16. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 3
Hình PL6.17. Sai số của chân dẫn động thứ 3 Hình PL6.18. Sai số của chân dẫn động thứ 3
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
ud
k 2(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
ud
k 2(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 3(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 3(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 3(
t) (
m)
time (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 3(
t) (
m)
time (s)
163
Thực nghiệm bộ điều khiển PID Thực nghiệm bộ điều khiển Fuzzy-PID
Hình PL6.19. Lực điều khiển của chân dẫn động 3 Hình PL6.20. Lực điều khiển của chân dẫn động 3
Hình PL6.21. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 4 Hình PL6.22. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 4
Hình PL6.23. Sai số của chân dẫn động thứ 4 Hình PL6.24. Sai số của chân dẫn động thứ 4
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
ud
k 3(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
ud
k 3(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 4(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 4(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 4(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 4(
t) (
m)
time (s)
164
Thực nghiệm bộ điều khiển PID Thực nghiệm bộ điều khiển Fuzzy-PID
Hình PL6.25. Lực điều khiển của chân dẫn động 4 Hình PL6.26. Lực điều khiển của chân dẫn động 4
Hình PL6.27. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 5 Hình PL6.28. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 5
Hình PL6.29. Sai số của chân dẫn động thứ 5 Hình PL6.30. Sai số của chân dẫn động thứ 5
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
ud
k 4(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
ud
k 4(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 5(
t) (
m)
time (s) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
c 5(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 5(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 5(
t) (
m)
time (s)
165
Thực nghiệm bộ điều khiển PID Thực nghiệm bộ điều khiển Fuzzy-PID
Hình PL6.31. Lực điều khiển của chân dẫn động 5 Hình PL6.32. Lực điều khiển của chân dẫn động 5
Hình PL6.33. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 6 Hình PL6.34. Đáp ứng của chân dẫn động thứ 6
Hình PL6.35. Sai số của chân dẫn động thứ 6 Hình PL6.36. Sai số của chân dẫn động thứ 6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
ud
k 5(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
ud
k 5(
t) (
N)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
c 6(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 450.32
0.34
0.36
0.38
0.4
0.42
0.44
0.46
c 6(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 6(
t) (
m)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-0.02
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
e 6(
t) (
m)
time (s)
166
Thực nghiệm bộ điều khiển PID Thực nghiệm bộ điều khiển Fuzzy-PID
Hình PL6.37. Lực điều khiển của chân dẫn động 6 Hình PL6.38. Lực điều khiển của chân dẫn động 6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
udk
6(t)
 (N
)
time (s)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
udk
6(t)
 (N
)
time (s)