بررسی کنترل (طراحی کنترل کننده تطبیقی و مقاوم برای کنترل یک روبات بالینک های)

بررسی-کنترل-(طراحی-کنترل-کننده-تطبیقی-و-مقاوم-برای-کنترل-یک-روبات-بالینک-های)

موضوع پایان نامه :
طراحی کنترل کننده تطبیقی و مقاوم برای کنترل یک روبات با لینک های انعطاف پذیر

چکیده:
امروزه روبات ها برای اجرای عملیاتی که سطح بالایی از دقت را در قسمت عملگر نهایی دارا باشند مورد نیاز هستند. لینک های صلب روبات غیر قابل انعطاف که مفصل های روبات را به هم متصل می کنند. در اکثر موارد نسبتا بزرگ، سخت و سنگین هستند. همچنین لینک های سنگین به موتور های با توان بالا برای حرکت دادن لینک و نگه داشتن آنها خلاف جهت گرانش نیاز دارند. علاوه بر این، بار مفید در برابر جرم خود روبات باید کوچک در نظر گرفته شود چرا که بار های بزرگ باعث خم شدن یا لرزش لینک ها شده و سرانجام باعث به وجود آمدن نامعینی در موقعیت عملگر نهایی می شود. لذا یک راه حل برای رفع این مشکل، بکارگیری روبات های سبک وزن و یا روبات های انعطاف پذیر هستند. این ساختار های مکانیکی کم وزن باعث بهبود عملکرد بازوهای مکانیکی با بار مفید کم نسبت به وزن خود روبات شود. هدف نهایی از طراحی چنین روبات هایی کنترل موقعیت دقیق نوک بازو علیرغم وجود خمش ها و لرزش ها در محدوده ای از زمان است. به طور کلی روبات های انعطاف پذیر دارای ظرفیت بار مفید افزایش یافته، مصرف انرژی کمتر، ساختار ساده تر، حرکت سریع تر و دسترسی به فواصل طولانی تر هستند. به هر حال انعطاف لینک در این گونه روبات ها باعث ایجاد مشکلات تکنیکی خاصی می شود. کاهش وزن منجر می شود که بازوی روبات دچار انعطاف بیشتر شود و در نتیجه کنترل دقیق آن نیز مشکل تر خواهد شد. لذا الگوریتم کنترلی نیاز دارد که هر دوی لرزش ها و عیوبی که در نتیجه انعطاف لینک های روبات رخ می دهد را جبران کند. لرزش ها و عیوبی که در نتیجه انعطاف لینک های روبات رخ می دهد یک چالش برای طراحی یک تکنیک کنترلی خاص را فراهم می کند به طوری که قابلیت هایی از قبیل کنترل دقیق پارامترهای مورد نظرسیستم در زمان مورد نظر و مطلوب، کنار آمدن باتغییرات ناگهانی ولی محدود در پارامترهای سیستم، کنترل دینامیک های مدل نشده با در نظر گرفتن آن ها به صورت یک اغتشاش(انحراف)، داشتن عملکرد مقاوم را داشته باشد. در این پایان نامه اقدام به طراحی یک کنترل کننده تطبیقی و مقاوم MIMOبا نام کنترل کننده PID تطبیقی و مقاوم برای یک روبات با دو لینک انعطاف پذیر با وجود نامعینی ها سیستم و اغتشاشات خارجی به منظور داشتن یک ردیابی سریع و دقیق خواهد شد. کنترل کننده تطبیقی پیشنهادی دارای ماتریس های گین ثابت و همچنین ماتریس های گین تطبیقی می باشد. قوانین تطبیقی برای به روز رسانی عناصر ماتریس های گین تطبیقی با استفاده از تئوری لیاپانوف استنتاج شده اند. این تابع لیاپانوف مبتنی بر مشخصات کنترل کننده PID پیشنهادی طراحی و ساخته شده است. این روش کنترلی ردیابی خروجی مرجع را توسط روبات در حضور نامعینی های و اغتشاشات خارجی و یا حتی ناپایدار بودن سیستم تضمین و گارانتی می کند. به منظور تصدیق مقاومت سیستم کنترلی از برخی اغتشاشات خارجی با دامنه ثابت برای اعمال به خروجی و حالت های سیستم استفاده می کنیم. نتایج شبیه سازی در بخش شبیه سازی عملکرد ممتاز کنترل کننده فوق را نشان خواهد داد.

فهرست مطالب:
چکیده
فصـل اول: کلیـات
1-1- مقدمه
1-2- تعریف روبات
1-3- دسته بندی روبات‌ها
1-3-1- دسته بندی اتحادیه روبات‌های ژاپنی
1-3-2- دسته بندی مؤسسه روباتیک آمریکا
1-3-3- دسته بندی اتحادیه فرانسوی روبات‌های صنعتی
1-4- اجزاء اصلی یک روبات
1-5- بازوی مکانیکی ماهر (Mechanical Manipulator)
1-6- مفهوم درجه آزادی در بازوهای روباتیک
1-7- سنسورها
1-8- کنترل کننده
1-9- واحد تبدیل توان
1-10- محرک مفاصل (Actuator)
1-11- طبقه بندی روبات‌ها
1-11-1- طبقه بندی روبات‌ها از نقطه نظر کاربرد
1-11-1-1- روبات‌های صنعتی
1-11-1-2- روبات‌های شخصی و علمی
1-11-1-3- روبات‌های نظامی
1-11-2- طبقهبندي از نقطه نظر استراتژی کنترل در نسلهای روبات
1-11-2-1- نسل اول
1-11-2-2- نسل دوم
1-11-2-3- نسل سوم
1-11-2-4- نسل چهارم
1-11-3- طبقه بندی از نقطه نظر محرک مفصلها
1-11-3-1- سیستمهای الکتریکی
1-11-3-1-1- مزایا و معایب سیستمهای الکتریکی
1-11-3-2- سیستمهای هیدرولیکی
1-11-3-2-1- مزایا و معایب سیستم های هیدرولیکی
1-11-3-3- سیستمهای پنوماتیکی
1-11-3-3-1- مزایا و معایب سیستمهای پنوماتیک
1-11-4- طبقه بندی از نقطه نظر هندسه حرکت
1-11-4-1- مختصات کارتزین Cartesian – Coordinate
1-11-4-2- مختصات استوانه ای Cylindrical - Coordinate
1-11-4-3- مختصات کروی Spherical - Coordinate
1-11-4-4- مختصات لولایی (دورانی) Articulated – Coordinate
1-12- مشخصات روبات
1-12-1- تعداد محورها
1-12-2- ظرفیت حمل بار و حداکثر سرعت Payload and Velocity
1-12-3- دسترسی و تحریک Reach and Stroke
1-12-4- جهت گیری دست
1-12-5- قابلیت تکرار و دقت Accuracy and Repeatability
1-13- مقدمه ای بر روباتهای با لینک انعطافپذیر
فصـل دوم: مدلسازی ریاضی سیستم تحت کنترل (روبات با دو لینک انعطافپذیر)
2-1- مقدمه
2-2- مدل سازی سینماتیک
2-3- مدل سازی لاگرانژین
2-3-1-حالت اشکال فرضی
2-3-2- فرم بسته معادلات حرکتی
2-4- مدل دینامیکی صریح از یک بازوی با دو لینک انعطاف پذیر
فصـل سوم: طراحی کنترل کننده تطبیقی
3-1- مقدمه
3-2- تعریف مسئله
3-3- دینامیک خطای ردیابی برای کنترل کننده PID تطبیقی
3-4- قوانین تطبیق برای ماتریس های گین های تطبیقی
فصـل چهارم: شبيه‌سـازي
4-1- شبيه‌سازي
4-2- شبیهسازی روبات با دو لینک انعطافپذیر
فصـل پنجم: خـلاصه، نتيجه‌گيري و پیشنهادات
5-1- خلاصه و نتيجهگيري
5-2- پیشنهادات
منابع