تخمین عدم قطعیت در کنترل مقاوم موقعیت بازوهای رباتیک

استاد راهنما:

استاد محمد مهدی فاتح

رساله جهت اخذ درجه دکتری

خرداد ماه

1394

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکیده

این پایان نامه به تخمین عدم قطعیت در کنترل مقاوم بازوهای رباتیک می‌پردازد و روش­های جدیدی مبتنی بر راهبرد کنترل ولتاژ برای تخمین عدم قطعیت ارائه می‌دهد. روش کنترل ولتاژ در مقایسه با روش مرسوم کنترل گشتاور بسیار ساده­تر است، زیرا نیازی به مدل غیر خطی پیچیده ربات ندارد. در نتیجه، حجم محاسبات کنترل کننده برای تعیین ولتاژ اعمالی به موتورها کمتر می‌شود. طبق قضیه تقریب عمومی، سیستم­های فازی و شبکه­های عصبی، قادر به تقریب توابع غیر خطی حقیقی پیوسته با دقت دلخواه هستند. باید توجه داشت که علاوه بر سیستم­های فازی، تقریبگر­های عمومی دیگری نیز مانند سری فوریه، توابع لژاندر و چند جمله­ای های چبیشف نیز وجود دارند. در این پایان نامه، از این تقریبگر­ها در کنترل مقاوم موقعیت بازوهای رباتیک استفاده می­شود. مزیت اصلی استفاده از این تقریبگرها نسبت به سیستم­های فازی و شبکه­های عصبی، کاهش فیدبک­های مورد نیاز سیستم کنترل است. تاکنون، برخی از مراجع به استفاده از سری فوریه در کنترل مقاوم بازوهای رباتیک پرداخته­اند. نشان می­دهیم که اگر مسیر­های مطلوب توابع متناوب باشند، کوچکترین مضرب مشترک (ک.م.م.) دوره تناوب اساسی آنها می­تواند معیار مناسبی برای دوره تناوب اساسی سری فوریه مورد استفاده برای تخمین عدم قطعیت­ها باشد. نوآوری دیگر این پایان­نامه ارائه یک اثبات پایداری مبتنی بر لیاپانوف برای کنترل سیستم­های غیرخطی مرتبه اول با استفاده از کنترل­کننده­های عاطفی است. برای اولین بار، قوانین کنترل ولتاژ پیشنهادی، روی یک ربات اسکارا اجرا می­شود.

کلید واژه­ها: راهبرد کنترل ولتاژ، سری فوریه، توابع لژاندر، کنترل عاطفی، موتور الکتریکی مغناطیس دائم، بازوی ماهر رباتیک.

فهرست مقالات مستخرج از رساله

مقالات ژورنالی

• Saeed Khorashadizadeh and Mohammad Mehdi Fateh, (2014), “Robust Task-Space Control of Robot Manipulators Using Legendre Polynomials,” Nonlinear Dynamics, vol. 79 (2), pp.1151-1161. (Springer, IF=2.419).

• Saeed Khorashadizadeh and Mohammad Mehdi Fateh, (2015), “Uncertainty estimation in robust tracking control of robot manipulators using Fourier series expansion,” Robotica, (Cambridge University Press, IF=0.89).

• Mohammad Mehdi Fateh, Seyed Mohammad Ahmadi, and Saeed Khorashadizadeh, (2014), “Adaptive RBF network control for robot manipulators”, Journal of AI and Data Mining, 2(2), pp. 159-166.

• Mohammad Mehdi Fateh, Siamak Azargoshasb, and Saeed Khorashadizadeh, (2014), “Model-free discrete control for robot manipulators using a fuzzy estimator”, COMPEL: The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, 33(3), 1051-1067. (IF=0.44).

مقالات کنفرانسی

• Saeed Khorashadizadeh and Mohammad Mehdi Fateh, (2013) “Adaptive Fourier Series-Based Control of Electrically Driven Robot Manipulators”, The 3^th International Conference on Control, Instrumation and Automation (ICCIA 2013), pp.213-218.

• Saeed Khorashadizadeh, Mohammad Mehdi Fateh and Siamak Azargoshasb, (2014) “Compensating the reconstruction error of fuzzy stimator in robust model-free control of electrically driven robot manipulators,” The 14^th Iranian Conference on Fuzzy Systems.

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………………1

1-1- مروری برکارهای گذشته………………………………………………………………………………………………………2

• راهبرد کنترل گشتاور………………………………………………………………………………………..2
• راهبرد کنترل ولتاژ…………………………………………………………………………………………..6
• کنترل عاطفی…………………………………………………………………………………………………14

• اهداف مورد نظر……………………………………………………………………………………………………………..16
• ساختار کلی رساله………………………………………………………………………………………………………….17

فصل دوم: مروری بر مدلسازی ریاضی بازوهای ماهر مکانیکی…………………………………………………………………..19

2-1-    مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………….20

2-2-    مدلسازی سینماتیکی………………………………………………………………………………………………………20

2-2-1-سینماتیک مستقیم………………………………………………………………………………………………….20

2-2-2-سینماتیک وارون……………………………………………………………………………………………………..28

2-2-3- سینماتیک سرعت و ماتریس ژاکوبین…………………………………………………………………..29

2-3- مدلسازی دینامیکی………………………………………………………………………………………………………………31

فصل سوم: راهبرد کنترل ولتاژ……………………………………………………………………………………………………………………35

3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………36

         3-2- معادلات حرکت سیستم رباتیک ……………………………………………………………………………………….37

           3-3-قانون کنترل در راهبرد کنترل ولتاژ……………………………………………………………………………………39

         3-4- شبیه­سازی سیستم کنترل………………………………………………………………………………………………….41

3-5-         نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………….44

فصل چهارم: تخمین عدم قطعیت با استفاده از سری فوریه………………………………………………………………………45

4-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………………..46

4-2- تقریب توابع با استفاده از سری فوریه……………………………………………………………………………………………….47

4-3- طراحی کنترل­کننده مقاوم مستقل از مدل……………………………………………………………………………………….48

4-3-1- قانون کنترل پیشنهادی………………………………………………………………………………………………………..49

4-3-2- تحلیل پایداری……………………………………………………………………………………………………………………..51

4-3-3- تعیین دوره تناوب اساسی سری فوریه………………………………………………………………………………….55

4-4- نتایج شبیه سازی­ها…………………………………………………………………………………………………………………………..61

4-4-1- ردگیری مسیرهای سینوسی………………………………………………………………………………………………..61

4-4-2- ردگیری مسیرهای متناوب غیر سینوسی…………………………………………………………………………….64

4-4-3- سایر دوره­های تناوب……………………………………………………………………………………………………………67

4-4-4- دوره­های تناوب اصم………………………………………………………………………………………………………..68

4-4-5-مسیرهای نامتناوب و اغتشاش خارجی……………………………………………………………………………69

4-4-6- مقایسه با کنترل­کننده عصبی-فازی………………………………………………………………………………….73

4-5- نتایج آزمایشگاهی……………………………………………………………………………………………………………………………..79

4-5-1- ردگیری مسیرهای سینوسی…………………………………………………………………………………………….81

4-5-2- ردگیری مسیرهای مربعی………………………………………………………………………………………………….84

4-6- مقایسه نتایج شبیه­سازی و آزمایشگاهی…………………………………………………………………………………………..86

4-7- نتیجه­گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………..87

فصل پنجم: تخمین عدم قطعیت در فضای کار با استفاده از توابع لژاندر………………………………………………….89

5-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………………..90

5-2- تقریب توابع با استفاده از چند­جمله­ای­های لژاندر……………………………………………………………………91

5-3- کنترل مقاوم کلاسیک در فضای کار با استفاده از راهبرد کنترل ولتاژ…………………………………..93

5-4- تخمین عدم قطعیت با استفاده از چندجمله­ای­های لژاندر………………………………………………………97

5-5- نتایج شبیه­سازی……………………………………………………………………………………………………………………….100

5-5-1- کنترل مقاوم کلاسیک……………………………………………………………………………………………………100

5-5-2- کنترل مقاوم پیشنهادی با استفاده از توابع لژاندر……………………………………………………………104

5-5-3- مقایسه با سایر کنترل­کننده­های مبتنی بر ولتاژ [112]………………………………………………..107

5-6- نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………….109

فصل ششم: کنترل مقاوم سیستمهای غیرخطی مرتبه اول با استفاده از یادگیری عاطفی مغز ……………111

6-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………………………………………..112

6-2- مدلسازی ریاضی یادگیری عاطفی مغز………………………………………………………………………………………112

6-3- طراحی قانون کنترل و اثبات پایداری………………………………………………………………………………………..116

6-4- نتایج آزمایشگاهی………………………………………………………………………………………………………………………121

6-5- نتیجه­گیری………………………………………………………………………………………………………………………………….124

فصل هفتم: نتیجه­گیری و پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………..127

7-1-نتیجه­گیری…………………………………………………………………………………………………………………………………128

7-2   پیشنهادات………………………………………………………………………………………………………………………………….131

فهرست منابع…………………………………………………………………………………………………………………………………………….133

پیوست الف: مدل ریاضی بازوی ماهر اسکارا…………………………………………………………………………………………….151

پیوست ب: اثبات لم­های فصل 4………………………………………………………………………………………………….155

پیوست ج: بوردها ………………………………………………………………………………………………………………………..161

فهرست اشکال

شکل2-1 ربات هنرمند………………………………………………………………………………………………………………………………21

شکل2-2 ربات اسکارا…………………………………………………………………………………………………………………………………21

شکل 2-3 دیاگرام مفصلی ربات کروی……………………………………………………………………………………………………….22

شکل 2-4 محور‌های مختصات دوران یافته……………………………………………………………………………………………..23

شکل 2-5 دستگاه مختصات انتقال یافته……………………………………………………………………………………………………24

شکل2-6 اختصاص دستگاههای مختصات به بازوی اسکارا……………………………………………………………………..27

شکل 2-7 دیاگرام مفصلی برای محاسبه سینماتیک وارون ربات اسکارا………………………………………………….29

شکل (3-1) دیاگرام کنترل ولتاژ موتور مفصل ربات………………………………………………………………………………..37

شکل (3-2) دیاگرام موتور مغناطیس دائم DC………………………………………………………………………………………41

شکل (3-3) سیستم کنترل ربات بر مبنای راهبرد کنترل ولتاژ……………………………………………………………43

شکل (3-4) خطای ردگیری سیستم کنترل با راهبرد کنترل ولتاژ……………………………………………………..43

شکل (3-5) ولتاژ موتورهای سیستم کنترل با راهبرد کنترل ولتاژ……………………………………………………..44

شکل (4-1) بلوک دیاگرام کنترل کننده مبتنی بر سری فوریه ………………………………………………………….51

شکل (4-2) خطاهای ردگیری در شبیه­سازی 4-3-4-1 …………………………………………………………………..62

شکل (4-3) همگرایی ضرایب سری فوریه در شبیه­سازی 4-3-4-1 …………………………………………………63

شکل (4-4) سیگنالهای کنترل در شبیه­سازی 4-3-4-1 …………………………………………………………………..65

شکل (4-5) عملکرد کنترل کننده پیشنهادی در ردگیری مسیر مربعی …………………………………………..65

شکل (4-6) سیگنالهای کنترل در ردگیری مسیر مربعی…………………………………………………………………….66

شکل (4-7) عملکرد ردگیری کنترل­کننده پیشنهادی برای مسیر مثلثی ………………………………………….66

شکل (4-8) سیگنالهای کنترل در ردگیری مسیر مثلثی…………………………………………………………………….67

شکل (4-9) خطاهای ردگیری در شبیه­سازی 4-3-4-3 …………………………………………………………………..70

شکل (4-10) سیگنالهای کنترل در شبیه­سازی 4-3-4-3 ……………………………………………………………..70

شکل (4-11) اغتشاش خارجی در شبیه­سازی 4-3-4-4 ………………………………………………………………….71

شکل (4-12) ردگیری مسیر نامتناوب و دفع اغتشاش خارجی…………………………………………………………..72

شکل (4-13) سیگنالهای کنترل در ردگیری مسیر نامتناوب و دفع اغتشاش خارجی………………………72

شکل (4-14) ساختار شبکه عصبی-فازی…………………………………………………………………………………………….76

شکل (4-15) بلوک دیاگرام کنترل کننده عصبی-فازی ……………………………………………………………………..77

شکل (4-16) مقایسه خطاهای ردگیری دو کنترل کننده (سری فوریه: ــــ عصبی-فازی: – –)…….78

شکل (4-17) مقایسه ولتاژ موتورها در دو کنترل کننده (سری فوریه: ـــ عصبی-فازی: – –)……….78

شکل (4-18) ستاپ آزمایشگاهی…………………………………………………………………………………………………………..80

شکل (4-19) عملکرد ردگیری کنترلر مبتنی بر سری فوریه در پیاده­سازی عملی(مسیر ربات: ــــــ مسیر مطلوب: – – – )………………………………………………………………………………………………………………………………..82

شکل (4-20) خطای ردگیری کنترلر مبتنی بر سری فوریه در پیاده­سازی عملی……………………………………83

شکل (4-21) ولتاژ موتورها در کنترلر مبتنی بر سری فوریه در پیاده­سازی عملی………………………………….83

شکل (4-22) ضرایب سری فوریه مربوط به مفصل اول در پیاده­سازی عملی…………………………………………84

شکل (4-23) ردگیری مسیرهای مربعی در پیاده­سازی عملی…………………………………………………………………85

شکل (4-24) ولتاژ موتورها برای ردگیری مسیر مربعی در پیاده­سازی عملی…………………………………………86

شکل (5-1) بلوک دیاگرام قانون کنترل (5-16)…………………………………………………………………………………….94

شکل (5-2) بهره تناسبی تعریف شده در (5-49) …………………………………………………………………………………102

شکل (5-3) ولتاژ موتورها در کنترل مقاوم کلاسیک …………………………………………………………………………….102

شکل (5-4) عملکرد ردگیری کنترل مقاوم کلاسیک در صفحه xy…………………………………………………….103

شکل (5-5) خطای ردگیری هر سه مختصات در کنترل مقاوم کلاسیک…………………………………………….103

شکل (5-6) عملکرد ردگیری کنترل کننده پیشنهادی در صفحه xy…………………………………………………104

شکل (5-7) ولتاژ موتورها در کنترل کننده پیشنهادی ………………………………………………………………………..105

شکل (5-8) خطای ردگیری هر سه مختصات در کنترل مقاوم پیشنهادی…………………………………………..106

شکل (5-9) همگرایی ضرایب لژاندر………………………………………………………………………………………………………106

شکل (5-10) عملکرد ردگیری کنترل کننده پیشنهادی در [112]…………………………………………………….108

شکل (5-11) ولتاژ موتورها در کنترل کننده پیشنهادی در [112] …………………………………………………..108

شکل (6-1) دستگاه کناری مغز [142]…………………………………………………………………………………………………113

شکل (6-2) بلوک دیاگرام کنترل­کننده عاطفی………………………………………………………………………………………116

شکل (6-3) ردگیری مسیر مطلوب برای مفصل اول……………………………………………………………………………..122

شکل (6-4) ولتاژ موتور برای مفصل اول……………………………………………………………………………………………….122

شکل (6-5) ردگیری مسیر مطلوب برای مفصل دوم…………………………………………………………………………….123

شکل (6-6) ولتاژ موتور برای مفصل دوم………………………………………………………………………………………………..124

شکل (6-7) ردگیری مسیر مطلوب برای مفصل سوم…………………………………………………………………………….125

شکل (6-8) ولتاژ موتور برای مفصل دوم…………………………………………………………………………………………………125

فهرست جداول

جدول 2-1 جدول دناویت هارتنبرگ برای ربات اسکارا……………………………………………………………………………28

جدول (3-1) پارامترهای موتور………………………………………………………………………………………………………………….42

جدول (3-2) پارامترهای دینامیکی ربات…………………………………………………………………………………………………..42

 برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.

لینک بالا اشتباه است

برای دانلود متن کامل اینجا کلیک کنید

       

:: بازدید از این مطلب : 562