Sliding mode control design for trajectory tracking of 3-Axis CRS A255 robot manipulator arm
โดย บรรจง กะการดี
ปี 2555
บทคัดย่อ (Abstract)
งานวิจัยนี้ศึกษาวิธีการควบคุมหุ่นยนต์ด้วยระบบควบคุมแบบสไลด์ดิ่งโหมด ในการควบคุมการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์ 3 แกน สมการการเคลื่อนที่ของแขนหุ่นยนต์นั้น เป็นแบบไม่เป็นเชิงเส้นอีกทั้งค่าพารามิเตอร์บางตัวของหุ่นยนต์นั้นไม่ทราบค่าที่แน่นอนจนทำให้เกิดการแกว่ง หรือค่าความคลาดเคลื่อนในการเคลื่อนที่ การควบคุมแบบสไลด์ดิ่งโหมด จะสามารถแก้ช่วยปัญหาเหล่านี้ได้ และสามารถควบคุมแขนกลให้เคลื่อนที่ตามเส้นทางที่กำหนดได้อย่างแม่นยำอีกด้วย
ส่วนแรกของงานวิจัยนี้ได้ทำการทดสอบเปรียบเทียบประสิทธิภาพของระบบควบคุมแบบพีไอดีและแบบสไลด์ดิ่งโหลดกับแบบจำลองทางพลศาสตร์ของแขนหุ่นยนต์ CRS A255 แบบ 3 แกน ให้เคลื่อนที่ตามเส้นทางที่กำหนดแบบฟังก์ชั่นซายน์ จากผลการจำลองระบบการควบคุมการเคลื่อนที่ด้วยโปรแกรม Matlab/Simulink แสดงให้เห็นว่าระบบควบคุมแบบสไลด์ดิ่งโหมดมีประสิทธิภาพในการควบคุมได้ดีกว่าระบบควบคุมแบบพีดี
ส่วนที่สองทำการทดลองกับแขนหุ่นยนต์จริง ได้ทำการเปรียบเทียบประสิทธิภาพของระบบควบคุมแบบพีไอดีและแบบสไลด์ดิ่งโหลดในการควบคุมให้แขนหุ่นยนต์ CRS A255 แบบ 3 แกนให้เคลื่อนที่ตามเส้นทางที่กำหนดแบบฟังชั่นก์ซายน์ ด้วยโปรแกรม LabVIEW ผลการทดลองได้แสดงให้เห็นว่าค่าเคลื่อนในการเคลื่อนที่ของแต่ละแกนเมื่อใช้การระบบการควบคุมแบบสไลด์ดิ่งโหมด จะเข้าสู่เส้นทางที่กำหนดได้อย่างรวดเร็วและแรงบิดในแต่ละข้อต่อจะมีค่าน้อยกว่าเมื่อเทียบกับการใช้การควบคุมแบบพีไอดีและรบบควบคุมทั้งสองแบบให้ค่าความเคลื่อนในตอนท้ายใกล้เคียงกัน
This research studies a control technique using the Sliding Mode Control (SMC) to control the motion of 3-axis robot arms. Robot arm dynamics is nonlinear equations and some robot parameters cannot be measured exactly, as a result the robot motion can be oscillatory or there exist large trajectory error. Nevertheless, the sliding mode control would help to eliminate these problems and perform a trajectory tracking with a good precision.
The first part, a performance comparison between PID controller and Sliding Mode Controller is tested with a dynamic simulation of 3-axis A255 CRS robot arm for sinusoidal trajectory tracking, which is implemented in Matlab/Simulink. Simulation results show that the SMC provides a faster convergence to the desired trajectory within 1 second and a smaller position error than the PD control.
The second part, the sinusoidal trajectory tracking experiments are performed with the 3-axis A225 CRS robot arm using both PID and sliding mode controllers, implemented in LabVIEW. The experimental results with the SMC show smaller tracking error as well as less oscillation in joint torque than that with PID control. However, both controllers exhibit similar tracking error in a steady-state condition.