توسعه كنترل كننده و مشاهده گر تطبيقي-فازي-لغزشي و كاربرد آن در كنترل موقعيت و نيروي ربات شش پايه

دكتراي تخصصي

در سال‏هاي اخير روش‏هاي كنترل مقاوم با فرض عدم تكيه بر مدل رياضي سيستم ديناميكي رشد روزافزوني پيدا كرده‏اند. از جمله اين روش‏ها مي‏توان به كنترل‏كننده و مشاهده‏گر تطبيقي-فازي-لغزشي اشاره كرد. در اين رساله روش كنترلي تطبيقي-فازي-لغزشي براي حالت جامعي از معادلات ديناميكي سيستم با فرض ماتريس بهره ورودي مربعي غيرثابت (وابسته به حالات سيستم) با كهادهاي اصلي پيش روي غيرصفر توسعه داده مي‏شود. لحاظ كران غيرثابت و وابسته به متغيرهاي حالت سيستم ديناميكي از ديگر نقاط تمايز اين رساله نسبت به كارهاي پيشين است. يكي از سيستم‏هاي مكانيكي پركاربرد صنعتي و منطبق با فرضيات اين رساله، ربات موازي شش‏پايه است. به دليل در اختيار بودن بستر آزمايشگاهي اين ربات، روش كنترلي پيشنهادي جهت كنترل موقعيت و نيرو روي اين سيستم ديناميكي پياده‏سازي شده است. معادلات ديناميكي ربات با استفاده از روش لاگرانژ و بر اساس مراجع موجود استخراج شده و جهت استفاده در ساختار روش كنترلي پيشنهادي ساده‏سازي مي‏شود. روش كنترلي پيشنهادي جهت كنترل موقعيت ربات در فضاي كاري تنها نيازمند ماتريس جرم صفحه فوقاني و ماتريس ژاكوبين است؛ لذا از جهت وابستگي به مدل ديناميكي، داراي كمينه وابستگي ممكن در بين كنترل‏كننده‏هاي طراحي شده براي اين سيستم مكانيكي است. در روند كنترل موقعيت ربات با استفاده از روش پيشنهادي، كاربرد صنعتي شبيه‏ساز پرواز مورد بررسي قرار گرفته است. جهت ايجاد حس واقعي پرواز از فيلترهاي تناسب‏بخش به منظور ايجاد مسيرهاي مطلوب براي شش درجه آزادي ربات استفاده مي‏شود. كنترل هيبريد موقعيت و نيروي ربات شش‏پايه با استفاده از روش كنترلي تطبيقي-فازي-لغزشي توسعه‏يافته از ديگر نوآوري‏هاي كاربردي اين رساله است. مسئله كنترل نيروي ربات با استفاده از شناسايي پارامترهاي ديناميكي تماس ربات و محيط پيرامون، به مسئله كنترل موقعيت تبديل مي‏شود. به منظور مدلسازي نيروي عمودي سطح در محل تماس ربات با محيط از مدل ديناميكي نسبتاً كامل و پيچيده هانت كراسلي استفاده شده است. بر اساس نتايج آزمايشگاهي اين مدل ديناميكي به دليل شكل خاص معادلات رياضي آن قادر به شبيه‏سازي انواع مختلفي از تماس‏ها (از مواد نرم تا سخت) است. جهت شناسايي پارامترهاي ديناميكي تماس از روش اصلاح‏شده فيلتر كالمن توسعه يافته استفاده مي‏گردد كه اين روش نسبت به روش‏هاي مشابه موجود وابستگي كمتري به شرايط اوليه پارامترها دارد. جهت سنجش عملكرد روش كنترلي پيشنهادي، شبيه‏سازي‏هاي عددي در محيط نرم‏افزار متلب و سيمولينك انجام گرفته است. نتايج اين شبيه‏سازي‏ها حكايت از عملكرد مطلوب روش پيشنهادي در حضور عدم قطعيت‏هاي ناگهاني و غير منتظره، اغتشاشات خارجي و نويزهاي اندازه‏گيري دارد. روش كنترلي پيشنهادي قادر به حفظ تعادل ربات در شرايط بسيار بحراني خرابي عملگرهاي سيستم ديناميكي و اشباع آن‏ها است. يكي از مزاياي اصلي اين روش كنترلي، وابستگي پايين آن به پارامترهاي ثابت كنترل‏كننده و مشاهده‏گر است. اين ويژگي باعث كاهش سعي و خطاي طراح جهت انتخاب مقدار مناسب پارامترهاي ثابت در ساختار كنترل‏كننده و مشاهده‏گر مي‏شود. الگوريتم شناسايي پارامترهاي ديناميكي تماس به دليل وابستگي به مدل رياضي بيشترين تأثير را از انتخاب پارامترهاي ثابت و شرايط اوليه مي‏پذيرد. جهت صحه‏گذاري بر شبيه‏سازي‏هاي عددي، كنترل موقعيت ربات در فضاي كاري بر روي بستر آزمايشگاهي موجود پياده‏سازي شده و از سوي ديگر كنترل هيبريد موقعيت و نيروي ربات با استفاده از روش نرم‏افزار در حلقه بر روي مدل ديناميكي واقعي ربات در محيط نرم‏افزار ادمز پياده‏سازي شده است.

192421

دانشگاه علم و صنعت ايران

ارتعاشات و كنترل

دكتر امير حسين دوائي مركزي