Bài toán hóc búa....

[falleaf]

Để giải thích vì sao F trả lời ngắn gọn, F vẽ cái hình này ra, các bạn thấy rằng, nếu điều khiển như trên, hệ thống vẫn chỉ là vòng hở.

Vấn đề khó khăn trong robotics, đó là những nhà điều khiển trước nay luôn quan niệm, điều khiển lực là lực, điều khiển vị trí là vị trí. Nên nếu làm bài toán này, có thể nói nó trở nên vô cùng phức tạp. Và thực tế là nếu các bạn có tìm được tài liệu tham khảo nào, thì nó cũng trở nên vô cùng phức tạp.

Dẫu sao, F chỉ trả lời ngắn gọn, rằng bài giải của bạn gì đưa ra phía trên kia đã sai, cũng là để mở ra thêm một bước khi các bạn suy nghĩ.

[Laguna]

Trích:
Nguyên văn bởi Laguna
* chả biết có đúng không??? mong các bác góp ý.



Tất nhiên là không

-- hơ hơ, lạ nhỉ , tôi tưởng tạo được momen bằng momen của thanh có hướng ngược lại thì đặt thanh ở vị trí nào thì thanh sẽ đứng im. Vì momen = nhau - tự cân bằng. Khi có lực khác tác dụng vào ( ta dùng tay kéo đi các vị trí khác ) thì thanh sẽ chuyển động theo với đúng lực bị tác động. ( với các vị trí mới lực do động cơ tạo ra vẫn bằng momen do thanh tạo ra lên trục ở vị trí đó).
-- chắc có lẽ tôi hiểu nhầm bài toán ??

- Các cao thủ đưa ra cách giải đi. Tôi cũng nóng lòng biết cách giải của bài toán này.

[falleaf]

Vì bạn bảo chưa làm về điều khiển, nên tôi cũng không giải thích nhiều về điều khiển.

Tôi đưa một bài toán lớp 10 như sau. Một vật có khối lượng m, nếu nhận một xung lực F, sẽ chuyển động thẳng đều. Bạn đã nhận thấy vấn đề của mình làm có vấn đề chưa?

Viết dài để giải thích, xong lại xóa đi, bởi vì thấy không nên giải thích quá nhiều, mất vui cho những người khác.

Chúc vui.

[picpicpic]

Em tuy chưa biết gì nhiều nhưng cũng góp chút ý kiến.Mong học hỏi nhiều từ các cao thủ!

[picpicpic]

Vì chưa nghiên cứu thật kỹ,em chỉ đưa ra ý tưởng như sau(mong các cao thủ đừng cười nếu ý tưởng bậy)
Đầu tiên thanh ngang gắn với trục ra của động cơ,đầu thanh này có thể xem như khớp tựa ko ma sát.Muốn tay người điều khiển thanh không trọng lượng thì ứng với mỗi góc quay của động cơ,mô men quay của động cơ phải bằng mô men của lực trọng trường tác dụng lên thanh tại trọng tâm thanh.
Ứng với mỗi góp quay này,ta hoàn toàn có thể tính được moment do lực trọng trường gây ra.Ta chỉ việc lập trình cho bộ điều khiển các giá trị moment của động cơ tương ứng với mỗi góc quay mà encoder thu được!Các giá trị góc của encoder truyền về,bộ điều khiển sẽ xuất tín hiệu điều khiển đến động cơ tương ứng với góc đo được.
Em chỉ viết xuông,hơi củ chuối một chút!
Bác F và các cao thủ xem qua ý tưởng thế nào!
Chúc mọi người vui!

[falleaf]

Vì chưa nghiên cứu thật kỹ,em chỉ đưa ra ý tưởng như sau(mong các cao thủ đừng cười nếu ý tưởng bậy)
Đầu tiên thanh ngang gắn với trục ra của động cơ,đầu thanh này có thể xem như khớp tựa ko ma sát.Muốn tay người điều khiển thanh không trọng lượng thì ứng với mỗi góc quay của động cơ,mô men quay của động cơ phải bằng mô men của lực trọng trường tác dụng lên thanh tại trọng tâm thanh.
Ứng với mỗi góp quay này,ta hoàn toàn có thể tính được moment do lực trọng trường gây ra.Ta chỉ việc lập trình cho bộ điều khiển các giá trị moment của động cơ tương ứng với mỗi góc quay mà encoder thu được!Các giá trị góc của encoder truyền về,bộ điều khiển sẽ xuất tín hiệu điều khiển đến động cơ tương ứng với góc đo được.
Em chỉ viết xuông,hơi củ chuối một chút!
Bác F và các cao thủ xem qua ý tưởng thế nào!
Chúc mọi người vui!

Coi lại bài trước!

[AFH]

Mặc dù không học ngành điều khiển, không có nhiều kinh nghiệm về điều khiển và cũng chưa hiểu bài toán con lắc ngược là gì. Nhưng với kiến thức 2 lần học lại 3 lần thi lại môn này, cũng xin góp ý mong các cao thủ đừng chê cười.
- Về nguyên tắc để có thể điều khiển thanh như không trọng lượng thì động cơ luôn phải tạo ra một lực có giá trị đúng bằng trọng lực của thanh tác dụng lên trục động cơ. Tức là Momen_động cơ = - Momen_do thanh tạo ra.
- Khi Momen của động cơ tại bất kỳ vị trí nào cũng bằng Momen của thanh thì ta có thể quay thanh tự do như không có trọng lực.
- Encoder ở đây chỉ được dùng để đo góc của trục quay. Nên dùng encoder tuyệt đối - trả về vị trí tuyệt đối của trục quay.
- Với khối lượng thanh, kích thước thanh cho trước ta dẽ dàng tính được momen của thanh tạo lên trục quay ở vị trí bất kỳ.
- Giả sử ta có thể điều khiển được momen trục quay chính sác theo yêu cầu. Giả sử đã xác định chính sác góc đo được bởi encoder và góc thực tế. Với giá trị momen tính được đúng bằng momen của thanh tạo ra và có chiều ngược lại. ( giá trị momen tính được có thể tự đổi chiều theo góc đo được) . Giả sử ta có thể điều khiển momen độngc cơ chính xác và đủ mịn.
--- Việc còn lại chỉ là lập trình - đo góc của trục - tính ra momen tương ứng - điều khiển đúng momen - Lặp lại quá trình này

* chả biết có đúng không??? mong các bác góp ý.

Đồng ý với quan điểm của bạn nếu như bạn chỉ dịch cái thanh đi một vị trí bất kỳ rồi thả tay ra, nó sẽ đứng im như bạn nói. Nhưng nếu như bạn dùng tay, quay cái thanh cho nó chuyển động tự do xem (quay tự do là quay có quán tính ấy mà.), sẽ có vấn đề nảy sinh ngay.
AFH

[AFH]

Hi hi... mấy hôm nay em đang tự học về điều khiển. Em xin ko tham gia ngay từ đầu rồi mà. Em theo dõi các bài viết của các anh. Cái này chắc anh AFH tham gia nhiệt tình đây vì nghe nói được đào tạo rất cơ bản.... Hãy tự tin lên anh AFH ới.

Trời ơi, ai nói với em là anh được đào tạo rất cơ bản. <-------- ???????
Anh vẫn tự tin đấy chứ. Chỉ có em là hấp thôi.
Anh học mọi thứ chậm lắm, không giỏi như em, đọc sách có 1/2 tuần mà đối đáp cứ như dân học đk ấy.
AFH

[falleaf]

Để đưa thêm dữ liệu mang tính khoa học cho mọi người, bàn tay con người có thể cảm nhận được sự thay đổi và điều khiển hoàn toàn hệ thống ở khoảng 10KHz tần số cắt. Nhưng mà bài này F chẳng giới hạn tần số, nhưng các bạn cũng phải làm và tính toán vừa phải thôi, chứ nếu các bạn tính toán đã đời mà tần số đạt được có vài Hz, chẳng hạn như đặt thêm cái nhà máy nguyên tử bên cạnh để tính toán... Nói vậy, có nghĩa là F để bài toán mở, nhưng không chơi dạng cù nhầy, vì bài toán là rất thực tế. F chỉ bảo các bạn có đủ tiền để mua bất kỳ linh kiện nào các bạn cần, chứ không phải là động cơ tuyến tính lý tưởng, I ~ M lý tưởng... cái đó là cái người ta phải làm để điều khiển động cơ đó chứ

Chúc vui.

[sphinx]

Một vấn đề cần quan tâm ở đây:
Làm thế nào hệ thống phân biệt được tác động quay của tay người với trọng lực của thanh???
1. Dùng điều khiển phản hồi.
Chẳng hạn ta sử dụng phương pháp điều khiển góc trục động cơ không đổi, biến cần điều khiển là góc của trục động cơ, cảm biến là Encoder,sai lệch góc với góc ban đầu (coi là Set Point) gây ra do trọng lực của thanh kéo trục được tính toán từ số lượng xung và chiều mà encoder gửi về (sử dụng sách lược phản hồi vòng kín chẳng hạn). Cứ cho là hệ thống ổn định, không có sai lệch tĩnh (thực ra chắc chắn là nó sẽ dao động-nhưng có thể không nhìn thấy). Tuy nhiên khi ta dùng tay quay thanh, động cơ sẽ phản ứng rất mãnh liệt để chống lại sai lệch và sau khi thả ra chắc chắn nó lại kéo thanh về vị trí ban đầu, đó là vì ta không đặt được Set Point mới tại vị trí mà ta mong muốn cho hệ thống (không có cách nào đưa tham số này vào hệ thống!!!).
1 cách để thực hiện điều này là làm sao cho hệ thống tự nhận dạng được tác động của tay người, ta phân tích thế này:
giả sử tác động của tay người sẽ quay thanh với một tốc độ đủ nhanh, khi đó một khâu vi phân có thể nhận biết tốc độ thay đổi này và ngắt tác dụng của bộ điều khiển góc cho đến khi nào vi phân =0 <--> người dừng quay thì thay đổi Set Point và bật tác động của khối điều khiển góc cố định.

2. Dùng điều khiển truyền thẳng.
Ta xây dựng công thức tính momen của thanh theo góc quay, đo góc quay bằng encoder==>tính được momen cần tạo cho trục động cơ===> xung PWM.
Nguyên lý của nó như các bác đã trình bày:
Momen trục==-momen thanh (1)
Nhưng chắc chắn trong trường hợp này hệ thống không thể ổn định vì sẽ xuất hiện sai lệch mô hình động cơ, sai số tính toán momen thanh, sai số đo của encoder... các sai lệch này sẽ tích lũy và làm 2 vế của phương trình (1) không bằng nhau ---> thanh sẽ di chuyển.

Sơ sơ thế, em sẽ tính toán thêm (nếu đúng không thì thôi vậy )

[sphinx]

Mặc dù không học ngành điều khiển, không có nhiều kinh nghiệm về điều khiển và cũng chưa hiểu bài toán con lắc ngược là gì. Nhưng với kiến thức 2 lần học lại 3 lần thi lại môn này, cũng xin góp ý mong các cao thủ đừng chê cười.
- Về nguyên tắc để có thể điều khiển thanh như không trọng lượng thì động cơ luôn phải tạo ra một lực có giá trị đúng bằng trọng lực của thanh tác dụng lên trục động cơ. Tức là Momen_động cơ = - Momen_do thanh tạo ra.
- Khi Momen của động cơ tại bất kỳ vị trí nào cũng bằng Momen của thanh thì ta có thể quay thanh tự do như không có trọng lực.
- Encoder ở đây chỉ được dùng để đo góc của trục quay. Nên dùng encoder tuyệt đối - trả về vị trí tuyệt đối của trục quay.
- Với khối lượng thanh, kích thước thanh cho trước ta dẽ dàng tính được momen của thanh tạo lên trục quay ở vị trí bất kỳ.
- Giả sử ta có thể điều khiển được momen trục quay chính sác theo yêu cầu. Giả sử đã xác định chính sác góc đo được bởi encoder và góc thực tế. Với giá trị momen tính được đúng bằng momen của thanh tạo ra và có chiều ngược lại. ( giá trị momen tính được có thể tự đổi chiều theo góc đo được) . Giả sử ta có thể điều khiển momen độngc cơ chính xác và đủ mịn.
--- Việc còn lại chỉ là lập trình - đo góc của trục - tính ra momen tương ứng - điều khiển đúng momen - Lặp lại quá trình này

* chả biết có đúng không??? mong các bác góp ý.

Chính xác 100% là điều khiển truyền thẳng!---> chết vì nhiễu!

[AFH]

Một vấn đề cần quan tâm ở đây:
Làm thế nào hệ thống phân biệt được tác động quay của tay người với trọng lực của thanh???
1. Dùng điều khiển phản hồi.
Chẳng hạn ta sử dụng phương pháp điều khiển góc trục động cơ không đổi, biến cần điều khiển là góc của trục động cơ, cảm biến là Encoder,sai lệch góc với góc ban đầu (coi là Set Point) gây ra do trọng lực của thanh kéo trục được tính toán từ số lượng xung và chiều mà encoder gửi về (sử dụng sách lược phản hồi vòng kín chẳng hạn). Cứ cho là hệ thống ổn định, không có sai lệch tĩnh (thực ra chắc chắn là nó sẽ dao động-nhưng có thể không nhìn thấy). Tuy nhiên khi ta dùng tay quay thanh, động cơ sẽ phản ứng rất mãnh liệt để chống lại sai lệch và sau khi thả ra chắc chắn nó lại kéo thanh về vị trí ban đầu, đó là vì ta không đặt được Set Point mới tại vị trí mà ta mong muốn cho hệ thống (không có cách nào đưa tham số này vào hệ thống!!!).
1 cách để thực hiện điều này là làm sao cho hệ thống tự nhận dạng được tác động của tay người, ta phân tích thế này:
giả sử tác động của tay người sẽ quay thanh với một tốc độ đủ nhanh, khi đó một khâu vi phân có thể nhận biết tốc độ thay đổi này và ngắt tác dụng của bộ điều khiển góc cho đến khi nào vi phân =0 <--> người dừng quay thì thay đổi Set Point và bật tác động của khối điều khiển góc cố định.

2. Dùng điều khiển truyền thẳng.
Ta xây dựng công thức tính momen của thanh theo góc quay, đo góc quay bằng encoder==>tính được momen cần tạo cho trục động cơ===> xung PWM.
Nguyên lý của nó như các bác đã trình bày:
Momen trục==-momen thanh (1)
Nhưng chắc chắn trong trường hợp này hệ thống không thể ổn định vì sẽ xuất hiện sai lệch mô hình động cơ, sai số tính toán momen thanh, sai số đo của encoder... các sai lệch này sẽ tích lũy và làm 2 vế của phương trình (1) không bằng nhau ---> thanh sẽ di chuyển.

Sơ sơ thế, em sẽ tính toán thêm (nếu đúng không thì thôi vậy )

Với cách 1 của bạn thì hình như không chạy tự do được. Lý do là bạn lấy Set_point cố định (kể cả trường hợp bạn dùng khâu vi phân để xác định lúc nào thì người dừng quay)
Cách 2 thì giống cách các bạn khác đã nêu ở trên.
AFH

[Laguna]

- Một hôm không lên, lại thấy luồn này đông vui rồi.

Đồng ý với quan điểm của bạn nếu như bạn chỉ dịch cái thanh đi một vị trí bất kỳ rồi thả tay ra, nó sẽ đứng im như bạn nói. Nhưng nếu như bạn dùng tay, quay cái thanh cho nó chuyển động tự do xem (quay tự do là quay có quán tính ấy mà.), sẽ có vấn đề nảy sinh ngay.
AFH

Tôi đưa một bài toán lớp 10 như sau. Một vật có khối lượng m, nếu nhận một xung lực F, sẽ chuyển động thẳng đều. Bạn đã nhận thấy vấn đề của mình làm có vấn đề chưa?

--- Đúng là tôi chưa để ý đến điều này khi đưa ra cách giải ở phần trên. Nhưng liệu cách giải đấy có sai hoàn toàn không? Tôi thử bổ xung thêm thế này các bác cho ý kiến.
- Momen động cơ cần điều khiển được tách ra làm 2 phần : momen tạo ra để cân bằng với trọng lực của thanh + momen trống lại quán tính quay của thanh.
- Sai số vị trí của thanh được điều khiển bởi momen tạo ra để cân bằng với trọng lực của thanh. ( thằng này có vẻ gần giống tham số P trong điều khiển - tạo ra khi có sai lêch về vị trí )
- Sai số vận tốc của thanh dùng momen trống lại quán tính quay của thanh để điều khiển. Momen này ta cũng có thể tính toán được như sau.
-- Với encoder phản hồi về ta nhận được vị trí của thanh, đồng thời cũng tính được vận tốc của thanh - chính bằng độ dịch chuyển trong một đơn vị thời gian ( vận tốc = quãng đường/ thời gian). Với kích thước, khối lượng của thanh đã biết, và vận tốc quay xác định ta tính được momen cần thiết để cân bằng với quán tính quay của thanh. Momen tính toán được sẽ có trị số bằng momen do lực của tay người tác dụng lên thanh.
* - Hình như có vẻ chưa đúng! tôi chưa nghĩ được nên điều khiển momen chống lại lực quán tính như thế nào? không biết là điều khiển liên tục hay điều khiển khi vận tốc không đổi?. Hay phải điều khiển nó có tác dụng như lực ma sát ( cả ma sát tĩnh và ma sát động)?.
* - Nảy sinh cả vấn đề là phải phân biệt được khi nào tay người ngừng tác động vào thanh. Không biết ta có thể phân biệt bằng cách nào? - khi vận tốc không đổi hay phải phân biệt bằng yếu tố gì?
* - ... bài toán có vẻ phức tạp rồi.

Để đưa thêm dữ liệu mang tính khoa học cho mọi người, bàn tay con người có thể cảm nhận được sự thay đổi và điều khiển hoàn toàn hệ thống ở khoảng 10KHz tần số cắt. Nhưng mà bài này F chẳng giới hạn tần số, nhưng các bạn cũng phải làm và tính toán vừa phải thôi, chứ nếu các bạn tính toán đã đời mà tần số đạt được có vài Hz, chẳng hạn như đặt thêm cái nhà máy nguyên tử bên cạnh để tính toán... Nói vậy, có nghĩa là F để bài toán mở, nhưng không chơi dạng cù nhầy, vì bài toán là rất thực tế. F chỉ bảo các bạn có đủ tiền để mua bất kỳ linh kiện nào các bạn cần, chứ không phải là động cơ tuyến tính lý tưởng, I ~ M lý tưởng... cái đó là cái người ta phải làm để điều khiển động cơ đó chứ

- đúng là không thể có động cơ tuyến tính lý tưởng được. Tất nhiên là có sai số, nhưng có lẽ phải vạch hướng giải quyết trước và khi đó phải tuyệt đối hóa một số tham số để dễ giải quyết. Còn trong thực tế thì động cơ không lý tưởng và nhiều yếu tố nữa... nhưng kết quả cần đạt được cũng không phải là lý tưởng - đúng tuyệt đối mà đúng trong một khoảng sai số cho phép thì coi như đúng.

Chính xác 100% là điều khiển truyền thẳng!---> chết vì nhiễu!

- Không hiểu ý của bác lắm?

Chúc mọi người vui vẻ. Và sớm có bác nào đưa ra lời giải hoàn thiện.

[sphinx]

Với cách 1 của bạn thì hình như không chạy tự do được. Lý do là bạn lấy Set_point cố định (kể cả trường hợp bạn dùng khâu vi phân để xác định lúc nào thì người dừng quay)
Cách 2 thì giống cách các bạn khác đã nêu ở trên.
AFH

Anh xem kĩ lại phần trình bày của em. Set Point là cố định khi điều khiển góc không đổi. Nhưng khi detect được tác động của tay người (bằng khâu vi phân chẳng hạn-em tạm nghĩ thế) nó sẽ ngắt tác động của bộ điều khiển--->thanh có thể quay tự do. Khi nào vi phân ~0 tức là người ngừng quay thì nó đặt lại Set Point mới (tại vị trí mới) rồi bật bộ điều khiển góc không đổi.
Em thấy vấn đề chính ở đây không phải là điều khiển cho nó đứng yên mà là làm thế nào để nhận biết được khi nào người tác động vào hệ thống (cái này lại được coi là nhiễu hệ thống).

Chẳng hạn 1 bài toán thế này:
1 bình mức có 1 dòng vào (có van) và có thể xả ra (cũng có van). Lưu lượng vào là ngẫu nhiên (trong 1 khoảng). Ta cần điều khiển van vào sao cho độ cao mức chất lỏng là không đổi (bằng Set Point) trong khi đó người dùng có thể mở van ra để lấy chất lỏng theo yêu cầu của họ.
Sách lược cơ bản là sử dụng 1 vòng phản hồi mức chất lỏng về bộ điều khiển mức, nó điều khiển độ mở van vào để mức chất lỏng trong bình không đổi.
Trường hợp điều khiển thanh không trọng lượng cũng tương tự, tuy nhiêu ở bình mức SP được đặt trực tiếp vào bộ điều khiển còn ở đây ta thay đổi SP như thế nào???

[falleaf]

undefinedundefinedLaguna đã nhận ra vấn đề bài toán dưa ra nhìn có vẻ đơn giản, nhưng lại rất phức tạp. Thực ra, điều khiển không trọng lực là một vấn đề. Bài toán này chẳng qua là bài toán điều khiển không trọng lực 1 chiều, cho nên nó cũng không thể đơn giản được.

Ở đây, vấn đề chủ yếu là ý tưởng.

F giải thích vài ý như truyền thẳng chết vì nhiễu là bởi vì nếu có một lực nhỏ ma sát trong động cơ. Bạn tạo ra một moment xác định, có khi đạt được, có khi không đạt được. Nó sẽ không chính xác. Khi đó, điểm đến không đạt được, nó sẽ rung bần bật >>> hệ không ổn định!

Hơn nữa, sai số rất nhỏ giữa moment lực do thanh tạo ra khi lệch xung.

Thế bây giờ thử nghĩ trường hợp bài toán lật lại thế này, thì các bạn sẽ điều khiển thế nào?

Bây giờ muốn giữ một thanh đứng yên tại một vị trí nào đó, các bạn sẽ làm thế nào? Người càng gia lực mạnh, thì moment của động cơ lại càng tăng lên, phải vậy không? Vậy cơ chế nào để điều khiển như vậy? Việc làm này có khả thi hay không? Khối lượng thanh tùy ý, động cơ mạnh tùy ý , ểncode độ phân giản tùy ý...

Lại tiếp tục bỏ ngỏ...

Chúc vui.