Tiến Sĩ Tối ưu hóa thiết kế và điều khiển tay máy song song kiểu Stewart Gough Platform

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 39iv
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 108v
5.2 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