Tên luận án:
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ROBOT TỰ HÀNH QUA MẠNG TRONG MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHIỆP
Ngành:
KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này giải quyết các thách thức trong việc điều khiển robot tự hành qua mạng, đặc biệt khi các thông số vật lí của robot khó xác định chính xác và tín hiệu điều khiển bị trễ. Trong bối cảnh Cách mạng 4.0 và xu hướng chuyển đổi số, việc điều khiển và giám sát thiết bị từ xa qua mạng, điển hình là hệ thống điều khiển qua mạng cho robot tự hành, ngày càng trở nên quan trọng. Tuy nhiên, thời gian trễ trên đường truyền mạng do tốc độ, cơ chế đảm bảo độ tin cậy của giao thức TCP, hoặc mất/sai thứ tự gói tin, làm giảm chất lượng điều khiển và có thể gây mất kiểm soát.
Để giải quyết vấn đề này, luận án đề xuất một bộ điều khiển tiên tiến, tích hợp hai kỹ thuật: Backstepping (thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống có cấu trúc đệ quy) và MRAC (thiết kế bộ điều khiển cho hệ thống có mô hình hóa không mô tả chính xác). Kỹ thuật MRAC được sử dụng để thích nghi với các thông số hệ thống không xác định chính xác hoặc thay đổi, cũng như hiệu ứng thời gian trễ trên đường truyền.
Các đóng góp mới của luận án bao gồm:
- Đề xuất một hệ thống tham chiếu mới cho kỹ thuật MRAC, có khả năng bám sát tín hiệu đầu vào mong muốn, biến thiên theo thời gian và có thời gian trễ.
- Phát triển luật điều khiển cho MRAC khác biệt, sử dụng hồi tiếp tín hiệu đầu vào mong muốn có thời gian trễ, thành phần tích lũy của đạo hàm tín hiệu đầu vào qua thời gian trễ, và đạo hàm của tín hiệu đầu vào mong muốn.
- Đề xuất luật cập nhật cho ma trận thông số độ lợi, kết hợp đạo hàm của ma trận thông số độ lợi tại thời điểm lấy mẫu hiện tại và thời gian trễ trước đó.
- Xây dựng phần mềm xác định thời gian trễ ở tầng mạng và tầng ứng dụng của mô hình TCP/IP (sử dụng phương pháp lặp vòng RTT).
- Phát triển phần mềm mô phỏng đặc tính động học/động lực học cho robot tự hành và phần mềm điều khiển/giao diện để điều khiển robot tự hành từ xa qua mạng internet (sử dụng giao thức MQTT).
Kết quả mô phỏng và thực nghiệm trên robot tự hành ảo cho thấy bộ điều khiển đề xuất có khả năng hạn chế tác động xấu của thời gian trễ, duy trì sai số xác lập với quỹ đạo mong muốn, vượt trội so với MRAC truyền thống trong điều kiện có thời gian trễ. Mặc dù còn một số hạn chế như biên độ dao động của thông số độ lợi và tín hiệu điều khiển tăng khi thời gian trễ lớn, và khó đạt trạng thái thích nghi nhanh, luận án đã mở ra hướng nghiên cứu tiềm năng cho việc tối ưu hóa và ứng dụng trong các hệ thống có thời gian trễ biến đổi.
Mục lục chi tiết:
- Phần mở đầu
- Tính cấp thiết của luận án
- Phương pháp nghiên cứu.
- Các đóng góp của luận án
- Bố cục của luận án
- Chương 1 Tổng quan về hệ thống điều khiển robot tự hành qua mạng
- 1.1 Giới thiệu về hệ thống vật lí ảo cho hệ thống kho vận nội bộ trong môi trường công nghiệp
- 1.2 Giới thiệu về hệ thống điều khiển qua mạng cho robot tự hành
- 1.3 Các vấn đề cần giải quyết.
- 1.4 Tình hình nghiên cứu
- 1.5 Kết luận chương 1
- Chương 2 Xây dựng mô hình hóa robot tự hành trong sự ảnh hưởng của thời gian trễ
- 2.1 Mô tả hệ thống.
- 2.2 Mô hình động học của robot tự hành
- 2.3 Mô hình động lực học của robot tự hành
- 2.4 Mô hình hóa thời gian trễ
- 2.5 Kết luận chương 2
- Chương 3 Thiết kế bộ điều khiển bám theo quỹ đạo mong muốn cho robot tự hành với tín hiệu đầu vào trễ.
- 3.1 Thuật toán bám theo quỹ đạo mong muốn.
- 3.2 Hệ thống tham chiếu của mô hình ổn định
- 3.3 Bộ điều khiển thích nghi theo hệ thống tham chiếu cho robot tự hành
- 3.4 Kết luận chương 3
- Chương 4 Kết quả
- 4.1 Cấu trúc hệ thống
- 4.1.1 Cấu hình điều khiển qua mạng.
- 4.1.2 Cấu trúc robot tự hành..
- 4.1.3 Cấu trúc trao đổi dữ liệu qua mạng
- 4.2 Thiết lập mô phỏng
- 4.3 Kết quả mô phỏng trên Matlab.
- 4.4 Thực nghiệm xác định thời gian trễ
- 4.5 Kết quả thực nghiệm điều khiển robot tự hành ảo qua mạng
- 4.6 Kết luận chương 4
- Kết luận
- Tài liệu tham khảo (Trích lược một phần của luận án)
- Danh mục công trình công bố của tác giả