โดย นาย สิริชัย นิธิอุทัย 48657464 การสอบปากเปล่าขั้นสุดท้าย Control of One-Link Flexible Joint Robot Using Backsteppimg Intelligent Control การควบคุมแขนกลหนึ่งแขนแบบมีข้อต่อยืดหยุ่นได้ โดยใช้เทคนิคแบ็คสเต็ปปิ้งอินเทลลิเจนท์ โดย นาย สิริชัย นิธิอุทัย 48657464

คณะกรรมการ ประธานการสอบ ผู้ทรงคุณวุฒิภายนอก อ.ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์หลัก ผศ.ดร.ทวีเดช ศิริธนาพิพัฒน์ ผู้ทรงคุณวุฒิภายนอก ศ.ดร.ปราโมทย์ เดชะอำไพ อ.ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์หลัก อ.ดร.วิทิต ฉัตรรัตนกุลชัย อ.ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ร่วม ผศ.ดร.วิชัย ศิวะโกศิษฐ

Presentation outline Introduction Three-layer Neural Network ส่วนประกอบของแขนกล System dynamic วัสดุและอุปกรณ์ Experiment setup Backstepping Three-layer Neural Network Backstepping Intelligent : Indirect Method Backstepping Intelligent : Direct Method Conclusion

Introduction แขนกลที่มีข้อต่อยืดหยุ่นได้คือแขนกลที่มีการออกแบบเป็นพิเศษให้ข้อต่อของแขนกลมีการยืดหยุ่นได้ เพื่อลดความเสียหายจากอุบัติเหตุจากการชนหรือกระแทกของแขนกล แต่เนื่องจากมีความยืดหยุ่นเข้ามาเกี่ยวข้อง ทำให้แบบจำลองสมการการเคลื่อนที่ของแขนกลที่มีข้อต่อยืดหยุ่นได้มีความซับซ้อนและอยู่ในรูปของสมการไม่เชิงเส้น และการหาแบบจำลองสมการการเคลื่อนที่ของแขนกลจากกฎพื้นฐานทางฟิสิกส์ทำได้ยาก และต้องตั้งสมมุติฐานมากมายในสร้างสมการ ทำให้แบบจำลองสมการการเคลื่อนที่ของแขนกลที่หาได้ไม่ตรงกับการเคลื่อนที่ของแขนกลจริง จึงทำให้มีประสิทธิภาพการควบคุมลดลง

Introduction งานวิจัยนี้อธิบายเกี่ยวกับการออกแบบการควบคุมแขนกลหนึ่งแขนที่มีข้อต่อยืดหยุ่นได้ด้วยวิธีแบ็กสเต็ปปิ้งอินเทลลิเจนท์ ซึ่งใช้พื้นฐานการควบคุมแบบแบ็กสเต็ปปิ้งและใช้โครงข่ายประสาทเทียมในการประมาณค่าฟังก์ชันจากสมการการเคลื่อนที่ ซึ่งมีประโยชน์คือ ทำให้ไม่ต้องใช้สมการการเคลื่อนที่ที่ถูกต้องแม่นยำในการออกแบบการควบคุมซึ่งทำได้ยากมาก

ส่วนประกอบของแขนกล

System Dynamic

System Dynamic โมเมนต์รอบจุดหมุนของแขนกล ทำ linearize ที่มุม θ = 0

System Dynamic Kinetic energy Potential energy Dissipative power Work

System Dynamic

System Dynamic

System Dynamic Strict Feedback Form

System Dynamic

System Dynamic

System Dynamic

วัสดุและอุปกรณ์ แขนกลที่มีข้อต่อยืดหยุ่นได้ คอมพิวเตอร์ 2 เครื่อง encoder 2 ตัว motor gear 64:1 data acquisition board รุ่น NI 6221 power supply โปรแกรม Matlab โปรแกรม Labview

Experiment setup ส่งผลการเก็บข้อมูล Upload โปรแกรม ส่งค่าตำแหน่งมุม ส่งสัญญาณการควบคุม

Experiment setup Filter

Backstepping x1 x2 x3 u x3d x1d x2d x4d x4 Virtual Control 1 Control 2 Actual Control x1 x2 x3 u x3d x1d x2d x4d x4

Backstepping Lyapunov Stability เป็นวิธีการตรวจสอบเสถียรภาพของระบบโดยการเลือกฟังก์ชัน V ซึ่งเป็นสมการกำลังสองที่ต่อเนื่องและสามารถหาอนุพันธ์อันดับหนึ่งได้ ถ้า แล้ว ฟังก์ชัน x จะมีค่าเข้าสู่ศูนย์อย่างแน่นอน

Backstepping ต้องการให้ มีค่าเข้าสู่ศูนย์ หา ที่ทำให้ มีค่าเป็นลบ ได้ Virtual Control 1 Control 2 Control 3 Actual Control x1 x2 x3 u x3d x1d x2d x4d x4 ให้ lyapunov functionคือ Virtual Control 1 x1d x1 x2d ต้องการให้ มีค่าเข้าสู่ศูนย์ หา ที่ทำให้ มีค่าเป็นลบ ได้

Backstepping Error Virtual control inputs Lyapunov functions x1 x2 x3 Actual Control x1 x2 x3 u x3d x1d x2d x4d x4 Error Virtual control inputs Lyapunov functions

Backstepping ผลจากโปรแกรม MATLAB

Backstepping

Backstepping ผลจากแขนกลจริง

Backstepping

Three-Layer Neural Network S 1

Three-Layer Neural Network ถ้ากำหนดให้ functionที่ไม่รู้สามารถประมาณค่าได้ด้วย function three layer neural network โดยกำหนดให้ คือค่าจริงของ คือค่าประมาณของ คือค่าerror จากการประมาณค่าของ

Backstepping intelligent : indirect method คือ การควบคุมโดยใช้พื้นฐานการควบคุมแบบ Backstepping และใช้ Three-Layer Neural Network ประมาณค่าฟังก์ชันที่ไม่รู้จากสมการการเคลื่อนที่ ที่อยู่ในสมการการควบคุม

Backstepping intelligent : indirect method จาก virtual control 1 ของ Backstepping

Backstepping intelligent : indirect method Weight update law Variable Structure Control

Backstepping intelligent : indirect method Virtual Control 1 Control 2 Control 3 Actual Control x1 x2 x3 u x3d x1d x2d x4d x4 Error Virtual control inputs

Backstepping intelligent : direct method ข้อเสียของการใช้วิธี Indirect method กับ Backstepping

Backstepping intelligent : direct method จาก virtual control ของ backstepping จัดรูปใหม่

Backstepping intelligent : direct method

Backstepping intelligent : direct method Weight update law Variable Structure Control

Backstepping intelligent : direct method Virtual Control 1 Control 2 Control 3 Actual Control x1 x2 x3 u x3d x1d x2d x4d x4 Error Virtual control inputs

Backstepping intelligent : direct method ผลจากโปรแกรม MATLAB

Backstepping intelligent : direct method

Backstepping intelligent : direct method ผลจากแขนกลจริง

Backstepping intelligent : direct method

Backstepping intelligent : direct method

Conclusion งานวิจัยนี้เป็นการควบคุมแขนกลหนึ่งแขนแบบมีข้อต่อยืดหยุ่นได้ด้วยการควบคุมแบบ Backstepping ร่วมกับการใช้ three-layer Neural Network การประมาณค่าฟังก์ชันที่ไม่รู้ของแขนกลจริงซึ่งอยู่ในสมการการควบคุม(Indirect method) อาจจะไม่สามารถควบคุมได้ จึงใช้การประมาณค่าสมการการควบคุมแทน( Direct method)

Conclusion การควบคุมแบบ Backstepping มีประสิทธิภาพในการควบคุมมากเมื่อแบบจำลองสมการการเคลื่อนที่ตรงกับของจริงอย่างสมบูรณ์ การควบคุมแบบ Backstepping Intelligent สามารถควบคุมแขนกลได้อย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่ต้องหาสมการการเคลื่อนที่ที่ถูกต้องแม่นยำ

ขอขอบพระคุณ ผศ.ดร.ทวีเดช ศิริธนาพิพัฒน์ ประธานการสอบ ผศ.ดร.ทวีเดช ศิริธนาพิพัฒน์ ประธานการสอบ ศ.ดร.ปราโมทย์ เดชะอำไพ ผู้ทรงคุณวุฒิภายนอก อ.ดร.วิทิต ฉัตรรัตนกุลชัย อ.ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์หลัก ผศ.ดร.วิชัย ศิวะโกศิษฐ อ.ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ร่วม