Thạc Sĩ Nghiên cứu điều khiển tối ưu cho cánh tay robot bằng phương pháp quy hoạch phi tuyến

Đề tài: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CHO CÁNH TAY ROBOT BẰNG PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH PHI TUYẾN


Luận văn dài 190 trang

CHƯƠNG I. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐIỀU KHIỂN TỐI ưU . 11
1.1. Định nghĩa 11
1.2. Điều kiện hạn chế . 11
1.3. Bài toán điều khiển tối ưu . . 12
1.3.1. Điều khiển tối ưu tĩnh . 12
1.3.1.1. Mô tả toán học . . 13
1.3.1.2. Biểu diễn hình học . . 13
1.3.1.3. Giả thiết cho lời giải . . 14
1.3.1.4. Một số phương pháp tìm nghiệm 16
1.3.2. Điều khiển tối ưu động 24
1.3.2.1. Phương pháp biến phân . 24
1.3.2.2. Phương pháp quy hoạch động của Bellman 29
1.3.2.3. Nguyên lý cực đại . . 34
CHƯƠNG 2: ROBOT CÔNG NGHIỆP VÀ GIỚI THIỆU BÀI TOÁN ĐIỀU
KHIỂN ĐỘNG HỌC NGƯỢC ROBOT . 39
2.1. Tổng quan về robot công nghiệp 39
2.1.1. Tự động hóa và robot công nghiệp . . 43
2.1.2. Các đặc tính của robot công nghiệp . . 45
2.1.2.1. Tải trọng . 45
2.1.2.2. Tầm với . 45
2.1.2.3. Độ phân giải không gian 45
2.1.2.4. Độ chính xác . 46
2.1.2.5. Độ lặp lại . . 47
2.1.2.6. Độ nhún 47
2.2. Chất lượng quá trình làm việc và các thông số điều khiển 48
2.2.1. Yêu cầu về chất lượng trong điều khiển Robot . 48
2.2.2. Giới thiệu bài toán điều khiển động học ngược Robot . 49
2.2.3. Bài toán động học trên quan điểm điều khiển thời gian thực . 54
2.2.3.1. Yêu cầu về thời gian thực trong điều khiển động học robot 54
2.2.3.2. Hiệu quả giải thuật trên quan điểm điều khiển thời gian thực 56
CHƯƠNG 3: GIẢI BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN TỐI ƯU CHO CÁNH
TAYROBOT . 58
3.1. Thành lập bài toán điều khiển . 58
3.1.1. Mô hình đối tượng 58
3.1.2. Phiếm hàm mục tiêu . 61
3.1.2.1. Bài toán tối ưu về độ chính xác về vị trí và hướng của khâu chấp
hành 61
3.1.2.2. Bài toán di chuyển tối thiểu 62
3.1.3. Điều kiện giới hạn của các biến . 63
3.2. Khả năng ứng dụng của giải thuật trên máy tính . 64
3.3. Thành lập bài toán cho một số dạng robot . 65
3.3.1. Robot cơ cấu 3 khâu phẳng (3 khớp quay) . 65
3.3.1.1. Phương trình động học (Mô hình toán học) . 65
3.3.1.2. Hàm mục tiêu 66
3.3.1.3. Điều kiện hạn chế 67
3.3.2. Robot Elbow (Sáu bậc tự do toàn khớp quay) . 67
3.3.2.1. Phương trình động học (Mô hình toán học) 67
3.3.2.2. Hàm mục tiêu 68
3.3.2.3. Điều kiện hạn chế 69
3.3.3. Robot Puma (Sáu bậc tự do toàn khớp quay) 69
3.3.3.1. Phương trình động học (Mô hình toán học) . . 69
3.3.3.2. Hàm mục tiêu 71
3.3.3.3. Điều kiện hạn chế . 71
3.4. Giới thiệu bài toán quy hoạch phi tuyến với ràng buộc dạng chuẩn và
nghiệm tối ưu của nó . 72
3.4.1. Bài toán quy hoạch phi tuyến . . 72
3.4.2. Nhận định chung . 72
3.4.3. Tính chính xác 73
3.5. Lời giải bài toán điều khiển tối ưu cho Robot cơ cấu 3 khâu phẳng
(3 khớp quay) . 73
3.5.1. Khởi tạo một số ma trận thế ngẫu nhiên cho lời giải 74
3.5.2. Ứng dụng Optimization Toolbox trong Matlab để giải bài toán . 74
3.5.2.1.Giới thiệu Optimization Toolbox trong Matlab 74
3.5.2.2. Sử dụng Optimization Toolbox trong Matlab để giải bài toán . 77
3.5.3. Ứng dụng phương pháp giải thuật di truyền (GA) giải bài toán 79
3.5.3.1. Giới thiệu phương pháp giải thuật di truyền (GA) . 79
3.5.3.2. Các kỹ thuật trong giải thuật di truyền GA 80
3.5.3.3. Giải bài toán bằng phương pháp di truyền (GA) . 84
3.5.4. Sử dụng phương pháp khai triển thành đa thức để giải bài toán 86
3.5.4.1. Đặt vấn đề . 86
3.5.4.2. Đa thức nội suy . 87
3.5.4.3. Đa thức nội suy Lagrange 88
3.5.4.4. Áp dụng cho bài toán cụ thể . 88
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 92
4.1. Các kết quả nghiên cứu của Luận văn 92
4.2. Một số kiến nghị cho hướng nghiên cứu tiếp theo . 93