Tài liệu Thiết kế mô hình điều khiển thông minh thái thị thu hà

ThiÕt kÕ m« h×nh ®IÒu khiÓn th«ng minh Th¸i ThÞ Thu Hµ - Vâ Anh Huy Khoa C¬ khÝ - Tr−êng §¹i häc B¸ch Khoa TP.HCM Tãm T¾t: BµI b¸o tr×nh bµy m« h×nh thiÕt bÞ ®IÒu khiÓn th«ng minh gåm nhiÒu module ghÐp l¹i ®Ó ®IÒu khiÓn nhanh vµ chÝnh x¸c mét bµn m¸y dÞch chuyÓn theo hai ph−¬ng X vµ Y. M« h×nh nµy cã cÊu tróc më vÒ kÕt cÊu còng nh− ®iÒu khiÓn. ABSTRACT : The paper describled an intelligent control model with a great deal module connected, sothat the model have fast control and accurate on table machine moving with X and Y axis. The model has open structure as control. I. KH¸I NIÖM VÒ §IÒU KHIÓN TH¤NG MINH Kh¸i niÖm ®iÒu khiÓn th«ng minh ®−îc Gi¸o s− Albus J.S ®−a ra th¶o luËn ë c¸c héi th¶o tõ nh÷ng n¨m 1980. Sau ®ã vµo n¨m 1985 t¹i Héi th¶o vÒ ®iÒu khiÓn th«ng minh T.S Saridis G.N ®· ®−a ra kh¸i niÖm vÒ ®iÒu khiÓn th«ng minh lµ phÇn giao nhau gi÷a lý thuyÕt ®iÒu khiÓn, trÝ tuÖ nh©n t¹o vµ vËt trï häc(h×nh 1) Lí thuyeát ñieàu khieån Vaän truø Trí tueä nhaân taïo H×nh 1 §Ó ®¸nh gi¸ hÖ thèng th«ng minh hay kh«ng John M.Evan vµ Elena Nessina t¹i Héi th¶o vµo th¸ng 4 n¨m 2000 ®· ®−a ra c¸c tiªu chÝ nh− thÝch nghi, tù tèi −u, tù chÈn ®o¸n, tù b¶o tr× vµ chÝnh x¸c trong mäi thêi ®iÓm kh¸c nhau. HÖ thèng th«ng minh th−êng phøc t¹p h¬n v× bao gåm nhiÒu thµnh phÇn h¬n. Huimin Huang cña viÖn NiST ®· ®−a ra cÊu tróc më vµ ®iÒu khiÓn theo nhiÒu cÊp bËc kh¸c nhau trong thêi gian thùc vµ cã nhiÒu gi¶I ph¸p Cßn T.S Mohammad Teshnehleb cña §¹i häc Tossi Teheran Iran l¹i nghiªn cøu ®iÒu khiÓn th«ng minh dùa trªn c¬ së Neural Network linh ho¹t. Trong ngµnh chÕ t¹o m¸y kh¸i niÖm vÒ hÖ thèng ®−îc c¸c gi¸o s− viÖn c«ng nghÖ cao GINTIC Singapore quan niÖm lµ c¸c hÖ thèng gia c«ng th«ng minh cã cÊu tróc më, thùc hiÖn trong thêi gian thùc vµ ®Æc biÖt lµ c¸c sensor ®Ó xö lý c¸c t×nh huèng kh¸c nhau trong qu¸ tr×nh gia c«ng. VÒ bé ®iÒu khiÓn th«ng minh cã rÊt nhiÒu c¸c c«ng tr×nh nghiªn cøu kh¸c nhau. Ch¼ng h¹n John Michloski (NIST) nghiªn cøu ph©n tÝch c¸c mo®un cña bé ®iÒu khiÓn cho c¸c m¸y CNC, c¸c bé ®iÒu khiÓn theo cÊp bËc trong m«i tr−êng liªn kÕt. Nã øng dông nhiÒu trong c¸c hÖ thèng m¸y c«ng cô CNC tiÖn, phay nhiÒu trôc, mµi vµ Robot. John Hort l¹i nghiªn cøu c¸c bé ®iÒu khiÓn cña m¸y ®o täa ®é CMM. Nã cã cÊu tróc më theo mo®un, ®iÒu khiÓn ph¶n håi, trong thêi gian thùc vµ ®Æc biÖt lµ cã c¸c c¶m biÕn nhËn tÝn hiÖu ®o l−êng. Dr. Huang cña viÖn c«ng nghÖ cao GINTIC ®Æc biÖt quan t©m ®Õn c¸c bé ®iÒu khiÓn th«ng minh cña c¸c qu¸ tr×nh ®¸nh bãng c¸c bÒ mÆt tù do phøc t¹p. Trong c¸c bé ®iÒu khiÓn cã c¸c c¶m biÕn cã kh¶ n¨ng tù thÝch nghi, tù ®¸p øng trªn quan ®iÓm tiÕp cËn Mechatronics. Cßn Dr.Gang Zhiniens th× nghiªn cøu ¸p dông c¸c bé ®iÒu khiÓn CNC cho c¸c qu¸ tr×nh gia c«ng vËt liÖu th«ng minh. T¹i Héi th¶o quèc tÕ vÒ ¸p dông c«ng nghÖ th«ng tin trong hµn ®−îc tæ chøc t¹i San Francisco n¨m 1997 DR.Ripply W.G vµ Falro.Ja ®· b¸o c¸o c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu vÒ thiÕt bÞ tù ®éng hãa mµ trong ®ã c¸c t¸c gi¶ cã ®Ò cËp ®Õn côm ®iÒu khiÓn bao gåm bé ®iÒu khiÓn robot vµ bé ®iÒu khiÓn th«ng minh qu¸ tr×nh hµn. Mét trong nh÷ng thµnh phÇn c¬ b¶n cña bé ®iÒu khiÓn th«ng minh nµy lµ c¶m biÕn. T¹i Héi th¶o quèc tÕ vÒ HÖ thèng th«ng minh ®−îc tæ chøc t¹i Boston th¸ng 11 n¨m 2000, Frederick Procter, John Michaloski cña NIST vµ h·ng General Motor ®· ph©n tÝch nh÷ng yªu cÇu ®èi víi bé ®iÒu khiÓn th«ng minh lµ cÇn cã cÊu tróc më, mo®un, nhiÒu trôc, nhiÒu quy luËt ®iÒu khiÓn, cã liªn hÖ ph¶n håi. C¸c bé ®iÒu khiÓn nµy cÊu t¹o trªn nÒn t¶ng c¸c c¶m biÕn ®Æc tr−ng cho c¸c m¸y CNC vµ Robot. Trong c¸c b¸o c¸o vÒ bé ®iÒu khiÓn th«ng minh nhiÒu thµnh phÇn cho robot th× c¸c t¸c gi¶ J.Albus. Alacafe vµ Meystel ®· giíi thiÖu cÊu tróc cña bé ®iÒu khiÓn th«ng minh. Vµ ng−êi ta còng cho r»ng hÖ thèng th«ng minh cã thÓ ®−îc coi lµ kh¸i niÖm më réng h¬n so víi ®iÒu khiÓn th«ng minh – HÖ thèng bao gåm nhiÒu thµnh phÇn nh− sù thu nhËn, m« pháng qu¸ tr×nh hoÆc gi¸ trÞ ®iÒu chØnh. T¹i Héi th¶o quèc tÕ vÒ ®iÒu khiÓn vµ ra quyÕt ®Þnh tæ chøc t¹i Kobe NhËt B¶n th¸ng 12 n¨m 1996 Dr.Hui Min Huang (GINTIC) ®· tr×nh bµy bé ®iÒu khiÓn nhiÒu møc: Møc thø 1 lµ servo (actuor). Møc thø 2 lµ primitive (dynamic) Møc thø 3 lµ elementary (kinetics) Møc thø 4 lµ equipement (robot, CNC,...) Møc thø 5 lµ workstation. II. M¤ H×NH THÝ NGHIÖM §IÒU KHIÓN TH¤NG MINH §Ó nghiªn cøu nh÷ng ®Æc tÝnh cña m¸y tÝnh th«ng minh còng nh− ®Ó hoµn thiÖn nã ph¶I cã m« h×nh thÝ nghiÖm. Nh−ng chän m« h×nh nh− thÕ nµo ®Ó ®¸p øng ®−îc c¸c yªu cÇu vÒ ®IÒu khiÓn th«ng minh lµ ph¶I c©n nh¾c kü l−ìng. Trong nh÷ng m¸y c«ng cô hiÖn ®¹i ngµy cµng cã yªu cÇu cao vÒ ®é chÝnh x¸c còng nh− tèc ®é cao chÝnh v× lÏ ®ã cÇn ph¶I nghiªn cøu c¸c chuyÓn ®éng cña bµn m¸y theo nh÷ng täa ®é X & Y kh¸c nhau. M« h×nh cã cÊu tróc më vÒ kÕt cÊu nh− thay ®æi kiÓu truyÒn ®éng còng nh− module chøc n¨ng lµm viÖc. VÒ viÖc truyÒn ®éng cã thÓ dïng vitme ®ai èc bi hoÆc dïng ®éng c¬ tuyÕn tÝnh. Nh− chóng ta ®Òu biÕt vÒ ®Æc ®iÓm ®é chÝnh x¸c yªu cÇu rÊt cao cho nªn hÇu hÕt c¸c m¸y CNC ®Òu dïng truyÒn ®éng vitme ®ai èc bi. Tuy nhiªn trong nhiÒu m¸y míi hiÖn ®¹i ngoµi yªu cÇu vÒ ®é chÝnh x¸c vÞ trÝ cßn cã yªu cÇu vÒ tèc ®é cao mµ truyÒn ®éng vitme ®ai èc bi khã ®¸p øng ®−îc cho nªn ng−êi ta chuyÓn sang dïng ®éng c¬ tuyÕn tÝnh. Trong m« h×nh nµy b−íc ®Çu chóng t«i dïng bé truyÒn vitme ®ai èc bi vµ giai ®o¹n kÕ tiÕp sÏ dïng ®éng c¬ tuyÕn tÝnh. §èi víi ô dao còng cã thÓ g¸ l¾p nh÷ng dông cô kh¸c nhau nh− ®Çu khoan, ®Çu phay, hoÆc ®Çu c¾t laser. Bé phËn ®iÒu khiÓn còng cã cÊu tróc më b»ng 2 c¸ch : cã liªn hÖ ph¶n håi (feedback) hoÆc ®iÒu khiÓn dÉn tiÕp (feedforward). M¸y thiÕt kÕ cã cÊu tróc cña m¸y ®−îc thÓ hiÖn trªn h×nh 2 H×nh 2 HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN Moâ hình ñöôïc ñieàu khieån baèng maùy tính vaø giao tieáp qua coång maùy in maø sô ñoà chaân coång maùy in nhö sau: P1 1 14 2 15 3 16 4 17 5 18 6 19 7 20 8 21 9 22 10 23 11 24 12 25 13 CONNECTOR DB25 Chaân Kí hieäu Vaøo/Ra Chöùc naêng 1 Ra (output ) Byte ñöôïc in 2…9 STROBE() D0…D7 10 ACK Ñöôøng döõ lieäu Vaøo(Input) Xaùc nhaän 11 BUSY(-) Vaøo Maùy in baän 12 PE Vaøo Heát giaáy 13 SLCT Vaøo Select 14 AF(-) Vaøo Auto feed 15 ERROR(-) Vaøo Loãi 16 INIT Ra 17 SLCTINT(- Ra ) GND 0:ñaët laïi maùy in Selext in 18..25 Ra Noái ñaát Maïch giao tieáp ñöôïc trình baøy ôû hình 3 vaø maïch coâng suaát ñöôïc giôùi thieäu ôû hình 4 Hình3 J2 U1A JP6 1 1 2 3 4 J1 74LS08 2 1 3 2 1 U3 2 HEADER 4 4 1 U6A 5 1 2 2 2 74LS08 2 2 4 1 A671 R11 4N35 Q10 C828 2 D7 74LS08 U2 4 1k 11 11 2 R1 2 2 3 1k 74LS08 2 3 D3 2 J4 J5 1 1 2 2 1 1 U4 6 1 1 5 4 2 R12 4N35 2 2 OUT2 6 5 2 R2 12 B688 3 R7 R6 R8 1 2 U1D Q2 B688 1 Q3 2 A671 1 2 Q4 3 D5 3 OUT1 8 10 13 3 1 1 U1C 9 2 1 5 R13 7404 2 11 6 6 1 Q1 R14 U1B 2 R5 1 1 Q9 C828 4N35 R3 12 R10 22 3 Q5 H1061 2 1 1 3 Q6 D4 1 D6 1 6 3 Q8 3 Q7 1 D718 2 H1061 1 1 5 R4 2 1 2 4 1 2 R9 1 D718 1 U5 4N35 2 D8 2 Hình 4 J3 III. KÕt qu¶ Chóng t«i ®· thiÕt kÕ vµ chÕ t¹o mét m« h×nh vµ b¶n vÏ l¾p ®−îc tr×nh bµy trªn h×nh2 KÝch th−íc cña m¸y nh− sau : 800x700x750 mm TruyÒn ®éng ë ®©y lµ ®ai èc bi víi hµnh tr×nh bµn m¸y nh− sau: Lx = 500 mm Ly = 300 mm M« h×nh cã cÊu tróc më vÒ kÕt cÊu nh− thay ®æi kiÓu truyÒn ®éng còng nh− module chøc n¨ng lµm viÖc Trong m« h×nh nµy b−íc ®Çu chóng t«i dïng bé truyÒn vitme ®ai èc bi vµ giai ®o¹n kÕ tiªp sÏ dïng ®éng c¬ tuyÕn tÝnh. B−íc ®Çu thö nghiÖm ®iÒu khiÓn th«ng minh møc 1 lµ cã liªn hÖ ph¶n håi. Qua c¸c thö nghiÖm bµn m¸y ch¹y ªm vµ æn ®Þnh. B−íc nghiªn cøu kÕ tiÕp lµ chóng t«I sÏ sö dông ph−¬ng ph¸p ®iÒu khiÓn dÉn tiÕp (feedforward) ®Ó n©ng cao ®é chÝnh x¸ccòng nh− dïng truyÒn ®éng ®éng c¬ tuyÕn tÝnh ®Ó n©ng cao tèc ®é dÞch chuyÓn cña bµn m¸y. IV. Tài liÖu tham kh¶o [1]. YUSUF ALTINTAS, (2000) Manufacturing Automation, Cambringe University Press. [2]. GEORGE TLUSTY, (1999) Manufacturing processes and Equipment, Prentice Hall. [3]. HUI-MIN HUANG, (1996) An architecture and a methodology for intelligent control. [4]. J.ALBUS, Multiresolutional intelligent controller for baby robot. [5]. FRED PROCTOR, A Methodlogy for intergrating sensor feedback in machine tool controller.