رساله دکترا طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای روبات کشسان‌مفصل با لحاظ مسئلة اشباع عملگر
اختصاصی از یارا فایل رساله دکترا طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای روبات کشسان‌مفصل با لحاظ مسئلة اشباع عملگر دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
فهرست مطالب
فهرست مطالب أ
فهرست اشکال د
فهرست جداول و
1- مقدمه 1
1-1- جایگاه روباتهای کشسان‌مفصل در مهندسی کنترل 1
1-2- مشکلات کنترل روباتهای کشسان‌مفصل 3
1-3- کنترل با وجود محدودیت دامنه 5
1-4- نوآوریهای این پژوهش 7
1-5- نمای کلی رساله 9
2- مروری بر پژوهشهای قبلی و بیان چالشها 11
2-1- کنترل روباتهای کشسان‌مفصل 11
2-1-1- پژوهشهای اولیه 12
2-1-2- ادامة خط اولیه 15
2-1-3- ارتقای مدل 17
2-1-4- پیشنهادات مختلف برای کنترل 18
2-1-5- کمیت‌های فیدبک شده و تقلیل اندازه‌گیری‌ها 19
2-1-6- کنترل تطبیقی 21
2-1-7- کنترل مقاوم و پایداری 22
2-1-8- پیاده‌سازی عملی 25
2-1-9- جمعبندی و بیان چالشها 27
2-2- مسئلة اشباع عملگر و روشهای برخورد با آن 28
2-2-1- مشکلات ناشی از اشباع 28
2-2-2- روشهای عمومی برخورد با مسئلة اشباع 31
2-2-3- روشهای بهینه و مقاوم در برخورد با اشباع 32
2-2-4- روشهای تعدیلی 34
2-2-5- مسئلة اشباع در روباتها 37
3- حلقة ناظر فازی، روشی برای برخورد با مسئله اشباع عملگر 40
3-1- بیان مسئله 42
3-2- معرفی روش 43
3-3- مزایای روش پیشنهادی 46
3-4- استفاده از حلقة ناظر بر روی دو سیستم عمومی 49
3-4-1- سیستم ناپایدار دو ورودی-دو خروجی 50
3-4-2- سیستم دارای تأخیر 52
3-5- نکات عملی در طراحی 56
4- مسئلة اشباع در FJR و استفاده از روش حلقة ناظر برای برخورد با آن 59
4-1- مدلسازی روباتهای کشسان‌مفصل 59
4-1-1- کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای کنترل FJR ها 64
4-2- استفاده از حلقة ناظر در ساختار ترکیبی برای FJR 69
4-3- بررسی عملکرد روش ارائه شده با شبیه‌سازی 71
4-4- اثبات پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر» 75
4-4-1- پایداری زیر سیستم تند 77
4-4-2- لم‌های مورد نیاز برای اثبات پایداری 80
4-4-3- اثبات پایداری سیستم کامل 85
5- نگاه دوم: روشهای بهینة H و H2 برای مقابله با اثرات اشباع در FJR 90
5-1- طراحی با رویکرد حساسیت مخلوط 94
5-2- طراحی با رویکرد H2 /H 96
5-3- بررسی کارایی روشهای ارائه شده 97
6- پیاده‌سازی عملی 107
6-1- معرفی مجموعة آزمایشگاهی ساخته شده 108
6-1-1- سخت‌افزار الکترومکانیکی 108
6-1-2- نرم‌افزار 113
6-2- مدل پارامتریک سیستم 117
6-3- تخمین پارامترهای سیستم 119
6-4- نتایج پیاده‌سازی 123
6-4-1- کنترل ترکیبی 127
6-4-2- کنترل ترکیبی تحت نظارت ناظر فازی 130
7- نتایج و تحقیقات آتی 136
پیوست الف: کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای FJR چند محوره 141
پیوست ب: طراحی کنترل بهینة چند‌منظوره مبتنی بر نرم H با تبدیل به LMI 152
پیوست ج: راهنمای کار با جعبه‌ابزار زمان حقیقی نرم‌افزار MATLAB 158
پیوست د: راهنمای فنی روبات خواجه‌نصیر 164
پیوست هـ : نتایج بیشتری از پیاده‌سازیها 167
واژه‌نامه انگلیسی به فارسی 173
واژه‌نامه فارسی به انگلیسی 174
مقالات استخراج شده از این پژوهش 175
مراجع176
چکیده
در این پژوهش مسئلة کنترل روبات کشسان‌مفصل با لحاظ محدودیت اشباع عملگر مورد بررسی دقیق قرار گرفته است. بدین منظور با استفاده از دو رویکرد مختلف روشهایی برای حل آن ارائه شده است. در ادامه با استفاده از شبیه‌سازیهای مختلف عملکرد روشهای ارائه شده بررسی و سپس پایداری مقاوم ساختار پیشنهادی به صورت نظری اثبات شده است. در پایان صحت ادعاهای نظری با پیاده‌سازی عملی بر روی یک روبات کشسان‌مفصل دو درجه آزادی مورد تأیید قرار گرفته است.
در این پژوهش دو مجموعه نوآوری به انجام رسیده است. در مجموعة اول ابتدا یک روش کلی با عنوان «حلقة ناظر» برای برخورد با مسئلة اشباع ارائه شده است. این روش بر روی سیستمهای مختلفی پیاده شده تا نشان داده شود که مستقل از مدل می‌باشد. سپس یک ساختار کنترل ترکیبی همراه با حلقة ناظر برای روباتهای کشسان‌مفصل ارائه شده تا نشان داده شود که روش ارائه شده برای کاربرد اصلی مورد نظر پروژه (یعنی روبات کشسان‌مفصل) عملکرد مناسبی را در حضور اشباع ایجاد می‌کند. در ادامة این پژوهش به اثبات نظری پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر» پرداخته‌ایم. سپس برای اینکه قابلیت پیاده‌سازی روش ارائه شده نشان داده شود آن را بر روی یک روبات کشسان‌مفصل که در راستای همین پژوهش طراحی و ساخته شده است پیاده نموده‌ایم.
مجموعه نوآوری دوم ارائة رویکرد دیگری برای مقابله با اثرات اشباع در روباتهای کشسان‌مفصل بر پایة روشهای بهینة چند منظوره مبتنی بر نرمهای H2 و H است. در این روشها برای مقاوم بودن کنترلگر از بهینه‌سازی H سود جسته و برای کم کردن دامنة کنترل و جلوگیری از اشباع عملگر، نرم سیگنال کنترلی نیز در فرایند بهینه‌سازی در نظر گرفته شده است. برای طراحی عددی از تبدیل مسئله به LMI و روشهای عددی متناظر با آن استفاده شده است. همچنین جهت نشان دادن کاراییِ روش در عمل، پیاده‌سازی آن بر روی روبات مذکور انجام پذیرفته است.
طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای روبات کشسان مفصل با لحاظ مسئلة اشباع عملگر
اختصاصی از یارا فایل طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای روبات کشسان مفصل با لحاظ مسئلة اشباع عملگر دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
دانشکده برق - گروه کنترل
رساله دکتری
طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای
روبات کشسان مفصل با لحاظ مسئلة اشباع عملگر
177 صفحه در قالب word
چکیده
در این پژوهش مسئلة کنترل روبات کشسان‌مفصل با لحاظ محدودیت اشباع عملگر مورد بررسی دقیق قرار گرفته است. بدین منظور با استفاده از دو رویکرد مختلف روشهایی برای حل آن ارائه شده است. در ادامه با استفاده از شبیه‌سازیهای مختلف عملکرد روشهای ارائه شده بررسی و سپس پایداری مقاوم ساختار پیشنهادی به صورت نظری اثبات شده است. در پایان صحت ادعاهای نظری با پیاده‌سازی عملی بر روی یک روبات کشسان‌مفصل دو درجه آزادی مورد تأیید قرار گرفته است.
در این پژوهش دو مجموعه نوآوری به انجام رسیده است. در مجموعة اول ابتدا یک روش کلی با عنوان «حلقة ناظر» برای برخورد با مسئلة اشباع ارائه شده است. این روش بر روی سیستمهای مختلفی پیاده شده تا نشان داده شود که مستقل از مدل می‌باشد. سپس یک ساختار کنترل ترکیبی همراه با حلقة ناظر برای روباتهای کشسان‌مفصل ارائه شده تا نشان داده شود که روش ارائه شده برای کاربرد اصلی مورد نظر پروژه (یعنی روبات کشسان‌مفصل) عملکرد مناسبی را در حضور اشباع ایجاد می‌کند. در ادامة این پژوهش به اثبات نظری پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر» پرداخته‌ایم. سپس برای اینکه قابلیت پیاده‌سازی روش ارائه شده نشان داده شود آن را بر روی یک روبات کشسان‌مفصل که در راستای همین پژوهش طراحی و ساخته شده است پیاده نموده‌ایم.
مجموعه نوآوری دوم ارائة رویکرد دیگری برای مقابله با اثرات اشباع در روباتهای کشسان‌مفصل بر پایة روشهای بهینة چند منظوره مبتنی بر نرمهای H2 و H¥ است. در این روشها برای مقاوم بودن کنترلگر از بهینه‌سازی H¥ سود جسته و برای کم کردن دامنة کنترل و جلوگیری از اشباع عملگر، نرم سیگنال کنترلی نیز در فرایند بهینه‌سازی در نظر گرفته شده است. برای طراحی عددی از تبدیل مسئله به LMI و روشهای عددی متناظر با آن استفاده شده است. همچنین جهت نشان دادن کاراییِ روش در عمل، پیاده‌سازی آن بر روی روبات مذکور انجام پذیرفته است.
کلمات کلیدی: روبات کشسان‌مفصل، اشباع عملگر، کنترل ترکیبی، حلقة ناظر، روش کنترل H2/H∞، منطق فازی.
فهرست مطالب
1-1- جایگاه روباتهای کشسان‌مفصل در مهندسی کنترل. 1
1-2- مشکلات کنترل روباتهای کشسان‌مفصل.. 3
1-3- کنترل با وجود محدودیت دامنه. 5
1-4- نوآوریهای این پژوهش.... 7
2- مروری بر پژوهشهای قبلی و بیان چالشها 11
2-1- کنترل روباتهای کشسان‌مفصل.. 11
2-1-4- پیشنهادات مختلف برای کنترل. 18
2-1-5- کمیت‌های فیدبک شده و تقلیل اندازه‌گیری‌ها 19
2-1-7- کنترل مقاوم و پایداری.. 22
2-1-9- جمعبندی و بیان چالشها 27
2-2- مسئلة اشباع عملگر و روشهای برخورد با آن. 28
2-2-1- مشکلات ناشی از اشباع. 28
2-2-2- روشهای عمومی برخورد با مسئلة اشباع. 31
2-2-3- روشهای بهینه و مقاوم در برخورد با اشباع. 32
2-2-5- مسئلة اشباع در روباتها 37
3- حلقة ناظر فازی، روشی برای برخورد با مسئله اشباع عملگر. 40
3-4- استفاده از حلقة ناظر بر روی دو سیستم عمومی.. 49
3-4-1- سیستم ناپایدار دو ورودی-دو خروجی.. 50
4- مسئلة اشباع در FJR و استفاده از روش حلقة ناظر برای برخورد با آن. 59
4-1- مدلسازی روباتهای کشسان‌مفصل.. 59
4-1-1- کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای کنترل FJR ها 64
4-2- استفاده از حلقة ناظر در ساختار ترکیبی برای FJR.. 69
4-3- بررسی عملکرد روش ارائه شده با شبیه‌سازی.. 71
4-4- اثبات پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر» 75
4-4-1- پایداری زیر سیستم تند. 77
4-4-2- لم‌های مورد نیاز برای اثبات پایداری.. 80
4-4-3- اثبات پایداری سیستم کامل.. 85
5- نگاه دوم: روشهای بهینة H¥ و H2 برای مقابله با اثرات اشباع در FJR.. 90
5-1- طراحی با رویکرد حساسیت مخلوط.. 94
5-2- طراحی با رویکرد H2 /H¥. 96
5-3- بررسی کارایی روشهای ارائه شده 97
6-1- معرفی مجموعة آزمایشگاهی ساخته شده 108
6-1-1- سخت‌افزار الکترومکانیکی.. 108
6-3- تخمین پارامترهای سیستم. 119
6-4-2- کنترل ترکیبی تحت نظارت ناظر فازی.. 130
پیوست الف: کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای FJR چند محوره 141
پیوست ب: طراحی کنترل بهینة چند‌منظوره مبتنی بر نرم H¥ با تبدیل به LMI. 152
پیوست ج: راهنمای کار با جعبه‌ابزار زمان حقیقی نرم‌افزار MATLAB.. 158
پیوست د: راهنمای فنی روبات خواجه‌نصیر. 164
پیوست هـ : نتایج بیشتری از پیاده‌سازیها 167
واژه‌نامه انگلیسی به فارسی.. 173
واژه‌نامه فارسی به انگلیسی.. 174
مقالات استخراج شده از این پژوهش.... 175
1- مقدمه
در این فصل با ورود به دنیای «روباتهای کشسان‌مفصل» و بررسی مشکلات کنترل آنها و سپس با بررسی وجوه گوناگون مسئلة «محدودیت دامنة کنترل» زمینه‌های لازم برای بیان چالشهای موجود را فراهم آورده‌ایم. بدین ترتیب به بیان انگیزه و ضرورت انجام این پژوهش پرداخته و در پایان به معرفی اجمالی نوآوریهای این پژوهش خواهیم پرداخت.
1-1- جایگاه روباتهای کشسان‌مفصل در مهندسی کنترل
طراحی کنترل برای روباتها از اوایل دهه 1970 توجه مهندسان کنترل را به خود جلب کرد و کم‌کم روباتها در کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه روباتهای چند‌محوره در کاربردهای مختلف فضایی، صنعتی و غیره به کار گرفته شده‌اند که اغلب با کنترلگرهای متداول مانند PID کار می‌کنند و می‌توان ادعا کرد که مسئلة کنترل مکان برای روباتهای صلب امروزه به طور مناسبی فهمیده و حل شده است [[i]]. اما رفته‌رفته در اثر جایگزینی روباتهای متداول با روباتهای جدید که کوچکتر، سبکتر، سریعتر و باهوشتر هستند دیگر کنترلگرهای متداول پاسخ مناسبی به نیازهای کنترلی روباتها نداده و مسائل جدیدی در مهندسی کنترل رخ می‌نماید. می‌توان نشان داد که در اغلب کاربردهای جدید مانند روباتهای پیشرفتة فضایی، روباتهای خدمتکار، سیستمهای پس‌خورانندة نیرو[1]، دستها و بازوهای ماهر روباتیکی [[ii]] و ریزروباتها[2]، مسئلة مشترک اصلی برای کنترل روباتها «کشسانی مفاصل» است. در اغلب موارد، کشسانی نتیجة ذاتی القا شده از طرف ساختار روبات می‌باشد؛ اما در مواردی نیز کشسانی عمداً به روبات اضافه می‌شود. تا چندی پیش رویکرد طراحی روباتها «هرچه صلب‌تر بهتر» بود و این رویکرد نه به خاطر نارسایی روباتهای کشسان، بلکه به خاطر سادگی کنترل در روباتهای صلب اتخاذ می‌شد [[iii]، [iv] و [v]]؛ اما امروزه این رویکرد کمرنگ شده است زیرا در واقع صلب بودن و کشسانی هر کدام مزیتهای خود را دارند. در عملگرهای صلب پهنای باند بالایی برای اعمال نیرو وجود دارد که کنترل را ساده می‌کند؛ از طرف دیگر اگر از عملگرهای کشسان استفاده شود کنترل نیروی پایدار و کم‌نویز به علاوة ایجاد ایمنی در تعامل با اشیای خارجی و برخوردهای اتفاقی را خواهیم داشت [[vi] و [vii]].
منشأ ایجاد کشسانی در مفاصل، اغلب سیستم انتقال توان می‌باشد اگر در آن از عناصری مانند هارمونیک‌درایو، تسمه (مانند روبات RTX [[viii]]) یا محورهای بلند [[ix]] استفاده شده باشد. علاوه بر سیستم انتقال توان، حسگرهای گشتاور و یا برخی عملگرها [6، 7، [x]] نیز می‌توانند منشأ کشسانی باشند. از نظر تعداد، در اغلب روباتهای کشسان‌مفصل[3] (FJR) منشأ ایجاد کشسانی هارمونیک‌درایو است (مثلاً در بازوی ایستگاه فضایی بین‌المللی (شکل 1‑1)، دست روباتیکی ساخته شده در مرکز فضایی آلمان (شکل 1‑2) و روبات صنعتی GE-P50 [[xi]]) و دیگر موارد ذکر شده به صورت انگشت‌‌شمار رخ می‌نمایند. (برای آشنایی عمومی با هارمونیک‌درایو به مرجع [[xii]] رجوع نمایید).
ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است
متن کامل را می توانید در ادامه دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ولی در فایل دانلودی متن کامل همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است
رساله دکترا طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای روبات کشسان‌مفصل با لحاظ مسئلة اشباع عملگر
اختصاصی از یارا فایل رساله دکترا طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای روبات کشسان‌مفصل با لحاظ مسئلة اشباع عملگر دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
فهرست مطالب
فهرست مطالب أ
فهرست اشکال د
فهرست جداول ز
۱- مقدمه
۱-۱- جایگاه روباتهای کشسان‌مفصل در مهندسی کنترل
۱-۲- مشکلات کنترل روباتهای کشسان‌مفصل
۱-۳- کنترل با وجود محدودیت دامنه
۱-۴- نوآوریهای این پژوهش
۱-۵- نمای کلی رساله
۲- مروری بر پژوهشهای قبلی و بیان چالشها
۲-۱- کنترل روباتهای کشسان‌مفصل
۲-۱-۱- پژوهشهای اولیه
۲-۱-۲- ادامة خط اولیه
۲-۱-۳- ارتقای مدل
۲-۱-۴- پیشنهادات مختلف برای کنترل
۲-۱-۵- کمیت‌های فیدبک شده و تقلیل اندازه‌گیری‌ها
۲-۱-۶- کنترل تطبیقی
۲-۱-۷- کنترل مقاوم و پایداری
۲-۱-۸- پیاده‌سازی عملی
۲-۱-۹- جمعبندی و بیان چالشها
۲-۲- مسئلة اشباع عملگر و روشهای برخورد با آن
۲-۲-۱- مشکلات ناشی از اشباع
۲-۲-۲- روشهای عمومی برخورد با مسئلة اشباع
۲-۲-۳- روشهای بهینه و مقاوم در برخورد با اشباع
۲-۲-۴- روشهای تعدیلی
۲-۲-۵- مسئلة اشباع در روباتها
۳- حلقة ناظر فازی، روشی برای برخورد با مسئله اشباع عملگر
۳-۱- بیان مسئله
۳-۲- معرفی روش
۳-۳- مزایای روش پیشنهادی
۳-۴- استفاده از حلقة ناظر بر روی دو سیستم عمومی
۳-۴-۱- سیستم ناپایدار دو ورودی-دو خروجی
۳-۴-۲- سیستم دارای تأخیر
۳-۵- نکات عملی در طراحی
۴- مسئلة اشباع در FJR و استفاده از روش حلقة ناظر برای برخورد با آن
۴-۱- مدلسازی روباتهای کشسان‌مفصل
۴-۱-۱- کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای کنترل FJR ها
۴-۲- استفاده از حلقة ناظر در ساختار ترکیبی برای FJR
۴-۳- بررسی عملکرد روش ارائه شده با شبیه‌سازی
۴-۴- اثبات پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر»
۴-۴-۱- پایداری زیر سیستم تند
۴-۴-۲- لم‌های مورد نیاز برای اثبات پایداری
۴-۴-۳- اثبات پایداری سیستم کامل
۵- نگاه دوم: روشهای بهینة H و H2 برای مقابله با اثرات اشباع در FJR
۵-۱- طراحی با رویکرد حساسیت مخلوط
۵-۲- طراحی با رویکرد H2 /H
۵-۳- بررسی کارایی روشهای ارائه شده
۶- پیاده‌سازی عملی
۶-۱- معرفی مجموعة آزمایشگاهی ساخته شده
۶-۱-۱- سخت‌افزار الکترومکانیکی
۶-۱-۲- نرم‌افزار
۶-۲- مدل پارامتریک سیستم
۶-۳- تخمین پارامترهای سیستم
۶-۴- نتایج پیاده‌سازی
۶-۴-۱- کنترل ترکیبی
۶-۴-۲- کنترل ترکیبی تحت نظارت ناظر فازی
۷- نتایج و تحقیقات آتی
پیوست الف: کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای FJR چند محوره
پیوست ب: طراحی کنترل بهینة چند‌منظوره مبتنی بر نرم H با تبدیل به LMI
پیوست ج: راهنمای کار با جعبه‌ابزار زمان حقیقی نرم‌افزار MATLAB
پیوست د: راهنمای فنی روبات خواجه‌نصیر
پیوست هـ : نتایج بیشتری از پیاده‌سازیها
واژه‌نامه انگلیسی به فارسی
واژه‌نامه فارسی به انگلیسی
مقالات استخراج شده از این پژوهش
مراجع
طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای روبات کشسان‌مفصل با لحاظ مسئلة اشباع عملگر
اختصاصی از یارا فایل طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای روبات کشسان‌مفصل با لحاظ مسئلة اشباع عملگر دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
پایان نامه دکترا (دانشکده برق – گروه کنترل )
طراحی کنترل برای روباتها از اوایل دهه ۱۹۷۰ توجه مهندسان کنترل را به خود جلب کرد و کم‌کم روباتها در کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه روباتهای چند‌محوره در کاربردهای مختلف فضایی، صنعتی و غیره به کار گرفته شده‌اند که اغلب با کنترلگرهای متداول مانند PID کار می‌کنند و می‌توان ادعا کرد که مسئلة کنترل مکان برای روباتهای صلب امروزه به طور مناسبی فهمیده و حل شده است [ ]. اما رفته‌رفته در اثر جایگزینی روباتهای متداول با روباتهای جدید که کوچکتر، سبکتر، سریعتر و باهوشتر هستند دیگر کنترلگرهای متداول پاسخ مناسبی به نیازهای کنترلی روباتها نداده و مسائل جدیدی در مهندسی کنترل رخ می‌نماید. می‌توان نشان داد که در اغلب کاربردهای جدید مانند روباتهای پیشرفتة فضایی، روباتهای خدمتکار، سیستمهای پس‌خورانندة نیرو ، دستها و بازوهای ماهر روباتیکی [ ] و ریزروباتها ، مسئلة مشترک اصلی برای کنترل روباتها «کشسانی مفاصل» است. در اغلب موارد، کشسانی نتیجة ذاتی القا شده از طرف ساختار روبات می‌باشد؛ اما در مواردی نیز کشسانی عمداً به روبات اضافه می‌شود. تا چندی پیش رویکرد طراحی روباتها «هرچه صلب‌تر بهتر» بود و این رویکرد نه به خاطر نارسایی روباتهای کشسان، بلکه به خاطر سادگی کنترل در روباتهای صلب اتخاذ می‌شد [ ، و ]؛ اما امروزه این رویکرد کمرنگ شده است زیرا در واقع صلب بودن و کشسانی هر کدام مزیتهای خود را دارند. در عملگرهای صلب پهنای باند بالایی برای اعمال نیرو وجود دارد که کنترل را ساده می‌کند؛ از طرف دیگر اگر از عملگرهای کشسان استفاده شود کنترل نیروی پایدار و کم‌نویز به علاوة ایجاد ایمنی در تعامل با اشیای خارجی و برخوردهای اتفاقی را خواهیم داشت [ و ].
منشأ ایجاد کشسانی در مفاصل، اغلب سیستم انتقال توان می‌باشد اگر در آن از عناصری مانند هارمونیک‌درایو، تسمه (مانند روبات RTX [ ]) یا محورهای بلند [ ] استفاده شده باشد. علاوه بر سیستم انتقال توان، حسگرهای گشتاور و یا برخی عملگرها [۶، ۷، ] نیز می‌توانند منشأ کشسانی باشند. از نظر تعداد، در اغلب روباتهای کشسان‌مفصل (FJR) منشأ ایجاد کشسانی هارمونیک‌درایو است (مثلاً در بازوی ایستگاه فضایی بین‌المللی (شکل ۱ ۱)، دست روباتیکی ساخته شده در مرکز فضایی آلمان (شکل ۱ ۲) و روبات صنعتی GE-P50 [ ]) و دیگر موارد ذکر شده به صورت انگشت‌‌شمار رخ می‌نمایند. (برای آشنایی عمومی با هارمونیک‌درایو به مرجع [ ] رجوع نمایید).
فهرست مطالب
فهرست مطالب أ
فهرست اشکال د
فهرست جداول ز
۱- مقدمه
۱-۱- جایگاه روباتهای کشسان‌مفصل در مهندسی کنترل
۱-۲- مشکلات کنترل روباتهای کشسان‌مفصل
۱-۳- کنترل با وجود محدودیت دامنه
۱-۴- نوآوریهای این پژوهش
۱-۵- نمای کلی رساله
۲- مروری بر پژوهشهای قبلی و بیان چالشها
۲-۱- کنترل روباتهای کشسان‌مفصل
۲-۱-۱- پژوهشهای اولیه
۲-۱-۲- ادامة خط اولیه
۲-۱-۳- ارتقای مدل
۲-۱-۴- پیشنهادات مختلف برای کنترل
۲-۱-۵- کمیت‌های فیدبک شده و تقلیل اندازه‌گیری‌ها
۲-۱-۶- کنترل تطبیقی
۲-۱-۷- کنترل مقاوم و پایداری
۲-۱-۸- پیاده‌سازی عملی
۲-۱-۹- جمعبندی و بیان چالشها
۲-۲- مسئلة اشباع عملگر و روشهای برخورد با آن
۲-۲-۱- مشکلات ناشی از اشباع
۲-۲-۲- روشهای عمومی برخورد با مسئلة اشباع
۲-۲-۳- روشهای بهینه و مقاوم در برخورد با اشباع
۲-۲-۴- روشهای تعدیلی
۲-۲-۵- مسئلة اشباع در روباتها
۳- حلقة ناظر فازی، روشی برای برخورد با مسئله اشباع عملگر
۳-۱- بیان مسئله
۳-۲- معرفی روش
۳-۳- مزایای روش پیشنهادی
۳-۴- استفاده از حلقة ناظر بر روی دو سیستم عمومی
۳-۴-۱- سیستم ناپایدار دو ورودی-دو خروجی
۳-۴-۲- سیستم دارای تأخیر
۳-۵- نکات عملی در طراحی
۴- مسئلة اشباع در FJR و استفاده از روش حلقة ناظر برای برخورد با آن
۴-۱- مدلسازی روباتهای کشسان‌مفصل
۴-۱-۱- کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای کنترل FJR ها
۴-۲- استفاده از حلقة ناظر در ساختار ترکیبی برای FJR
۴-۳- بررسی عملکرد روش ارائه شده با شبیه‌سازی
۴-۴- اثبات پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر»
۴-۴-۱- پایداری زیر سیستم تند
۴-۴-۲- لم‌های مورد نیاز برای اثبات پایداری
۴-۴-۳- اثبات پایداری سیستم کامل
۵- نگاه دوم: روشهای بهینة H و H2 برای مقابله با اثرات اشباع در FJR
۵-۱- طراحی با رویکرد حساسیت مخلوط
۵-۲- طراحی با رویکرد H2 /H
۵-۳- بررسی کارایی روشهای ارائه شده
۶- پیاده‌سازی عملی
۶-۱- معرفی مجموعة آزمایشگاهی ساخته شده
۶-۱-۱- سخت‌افزار الکترومکانیکی
۶-۱-۲- نرم‌افزار
۶-۲- مدل پارامتریک سیستم
۶-۳- تخمین پارامترهای سیستم
۶-۴- نتایج پیاده‌سازی
۶-۴-۱- کنترل ترکیبی
۶-۴-۲- کنترل ترکیبی تحت نظارت ناظر فازی
۷- نتایج و تحقیقات آتی
پیوست الف: کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای FJR چند محوره
پیوست ب: طراحی کنترل بهینة چند‌منظوره مبتنی بر نرم H با تبدیل به LMI
پیوست ج: راهنمای کار با جعبه‌ابزار زمان حقیقی نرم‌افزار MATLAB
پیوست د: راهنمای فنی روبات خواجه‌نصیر
پیوست هـ : نتایج بیشتری از پیاده‌سازیها
واژه‌نامه انگلیسی به فارسی
واژه‌نامه فارسی به انگلیسی
مقالات استخراج شده از این پژوهش
مراجع
فهرست اشکال
شکل ۱ ۱- بازوی ایستگاه فضایی بین‌المللی
شکل ۱ ۲- دست ۴ انگشتی DLR و میکرو‌هارمونیک‌درایو به کار رفته در آن
شکل ۲ ۱- ساختار ارائه شده در مقالة [۱۰۸] برای مقابله با اشباع
شکل ۳ ۱- سیستم حلقه بسته
شکل ۳ ۲- ساختار حلقه بسته با حضور حلقة ناظر
شکل ۳ ۳- تعریف متغیرهای زبانی برای دامنة سیگنال کنترل
شکل ۳ ۴- تعریف متغیرهای زبانی برای مشتق سیگنال کنترل
شکل ۳ ۵- تعریف متغیرهای زبانی برای بهرة ضرب شده در خطا
شکل ۳ ۶- نگاشت غیر خطی معادل با منطق مورد استفاده
شکل ۳ ۷- خروجیها در حالت Sat
شکل ۳ ۸- خروجی اول در دو شبیه‌سازی Fuz و NoSat
شکل ۳ ۹- خروجی دوم در دو شبیه‌سازی Fuz و NoSat
شکل ۳ ۱۰- مقدار بهره در شبیه‌سازی Fuz
شکل ۳ ۱۱- خروجی سه حالت NoSat، Sat و Fuz برای ورودی مرجع با دامنة ۵/۰
شکل ۳ ۱۲- خروجی سه حالت NoSat، Sat و Fuz برای ورودی مرجع با دامنة ۷/۰
شکل ۳ ۱۳- خروجی سه حالت NoSat، Sat و Fuz برای ورودی مرجع با دامنة ۹/۰
شکل ۳ ۱۴- مقدار بهرة اعمال شده توسط ناظر برای ورودی مرجع با دامنة ۹/۰
شکل ۳ ۱۵- اثر حلقة ناظر بر دامنة کنترل برای ورودی مرجع با دامنة ۹/۰
شکل ۴ ۱- روبات کشسان‌مفصل یک درجه آزادی
شکل ۴ ۲- ساختار کنترل ترکیبی برای FJR
شکل ۴ ۳- نحوة استفاده از حلقة ناظر برای FJR
شکل ۴ ۴- ردیابی در حالت NoSat، بدون محدودیت عملگر و بدون ناظر
شکل ۴ ۵- ناپایداری ناشی از اشباع با کران = ۸۳۰ در حالت Sat
شکل ۴ ۶- ردیابی در حالت Fuz با کران اشباع به اندازة = ۸۳۰
شکل ۴ ۷- مقدار در حالت Fuz با کران اشباع به اندازة = ۸۳۰
شکل ۵ ۱- نمودار حلقه بستة سیستم با عدم قطعیت ضربی در ورودی
شکل ۵ ۲- چگونگی وزن‌دهی سیگنالها برای مسئلة حساسیت مخلوط
شکل ۵ ۳- مدلهای شناسایی شده (P1 تا P20) و مدل نامی P0
شکل ۵ ۴- چگونگی اختیار کران بالای عدم قطعیت
شکل ۵ ۵- نمودارهای بود دو کنترلگر
شکل ۵ ۶- ردیابی برای ورودی مرجع سینوسی با = ۱۲
شکل ۵ ۷- سیگنال کنترل برای ورودی مرجع سینوسی با = ۱۲
شکل ۵ ۸- ناپایداری رویکردهای مختلف برای محدودیت دامنة = ۹
شکل ۶ ۱- تصویر روبات مورد استفاده
شکل ۶ ۲- چگونگی عملکرد هارمونیک درایو
شکل ۶ ۳- نمودار بلوکی روبات مورد استفاده
شکل ۶ ۴- تصویر مفصل کشسانِ ساخته شده
شکل ۶ ۵- مدل بلوکی بازوها
شکل ۶ ۶- مدل مورد استفاده برای اعمال ولتاژ به موتور دوم
شکل ۶ ۷- مدل مورد استفاده برای خواندن کدگذار سوم
شکل ۶ ۸- بازوی یک درجه با جعبه دنده
شکل ۶ ۹- دیاگرام بلوکی دینامیک بازوی یک محوره
شکل ۶ ۱۰- زاویة اندازه‌گیری شدة بازوی دوم و مقدار شبیه‌سازی شدة آن
شکل ۶ ۱۱- زاویة اندازه‌گیری شدة موتور دوم و مقدار شبیه‌سازی شدة آن
شکل ۶ ۱۲- کنترل حلقه بستة PD برای بازوی دوم با اندازه‌گیری مکان عملگر
شکل ۶ ۱۳- رفتار بازو با کنترل PD صلب برای ورودی سینوسی
شکل ۶ ۱۴- کنترل حلقه بستة PD برای بازوی دوم با اندازه‌گیری مکان بازو
شکل ۶ ۱۵- رفتار بازوی دوم با کنترل PD صلب با اندازه‌گیری مکان بازو
شکل ۶ ۱۶- رفتار بازو با سوییچ کردن کنترل ترکیبی و کنترل صلب
شکل ۶ ۱۷- رفتار بازو با کنترل ترکیبی با بهره بالا
شکل ۶ ۱۸- دامنة کنترل در روش کنترل ترکیبی
شکل ۶ ۱۹- چگونگی پیاده‌سازی منطق نظارت
شکل ۶ ۲۰- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال ۲۰Sin(2t) برای نقطه کار ۱۸۰ درجه
شکل ۶ ۲۱- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال مربعی با دامنة ۲۰ برای نقطه کار ۰ درجه
شکل ب ۱- دیاگرام بلوکی مسألة مخلوط H2/H
شکل ج ۱- چگونگی نصب کارت جدید
شکل ج ۲- تنظیمات مربوط به بلوکهای ورودی یا خروجی
شکل ج ۳- تنظیم پارامترهای شبیه سازی
شکل ج ۴- تنظیم پارامترهای زمان حقیقی
شکل ج ۵- تولید کد C ، ارتباط با پورت ، اجرای برنامه
شکل د ۱- نمایی از رابط کاربر برنامة FjrInit.exe
شکل ه ۱- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال ۴۰Sin(2t) برای نقطه کار ۱۸۰ درجه
شکل ه ۲- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال ۲۰Sin(4t) برای نقطه کار ۰ درجه
شکل ه ۳- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال ۲۰Sin(2t) برای نقطه کار ۹۰- درجه
شکل ه ۴- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال مربعی با دامنة ۲۰ برای نقطه کار ۰ درجه
شکل ه ۵- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال مربعی با دامنة ۲۰ برای نقطه کار ۰ درجه – با میرایی
فهرست جداول
جدول ۲ ۱- اولین مقالات ارائه شده در مورد روباتهای کشسان‌مفصل
جدول ۲ ۲- مقالاتی که خط اولیه را پی گرفته‌اند.
جدول ۳ ۱- قواعد فازی
جدول ۴ ۱- کران کمینة قابل قبول برای دو حالت Sat و Fuz
جدول ۴ ۲- نرمهای خطا برای دو حالت Sat و Fuz به ازای مقادیر مختلف
جدول ۵ ۱- مقادیر min برای ورودیهای مختلف
جدول ۶ ۱-ضریب کشسانی اندازه‌گیری شده برای نقطة کار ۹۰ درجه
جدول ۶ ۲-ضریب کشسانی اندازه‌گیری شده برای نقطة کار ۹۰- درجه
جدول ۶ ۳-پارامترهای شناسایی شده
جدول ۶ ۴-پارامترهای محاسبه شده
جدول د ۱- مشخصات موتور اول
جدول د ۲- مشخصات موتور دوم همراه با جعبه دنده
جدول د ۳- مشخصات هارمونیک‌درایو
جدول د ۴- مشخصات سیگنالهای اعمال شده از رایانه به روبات
جدول د ۵- مشخصات سیگنالهای اندازه‌گیری شده توسط رایانه
پایان نامه طراحی و پیاده سازی روبات پرنده عمود پرواز
اختصاصی از یارا فایل پایان نامه طراحی و پیاده سازی روبات پرنده عمود پرواز دانلود با لینک مستقیم و پرسرعت .
فرمت فایل : WORD (قابل ویرایش)
تعداد صفحات:71
پایان نامه کارشناسی
مهندسی (کامپیوتر – سخت افزار)
فهرست مطالب:
عنوان صفحه
فهرست شکل‌‌ها ج
فصل 1 - مقدمه 3
1-1- پیشگفتار 3
1-2- معرفی و مقایسه روبات های پرنده بدون سرنشین 4
1-3- معرفی QUADROTOR 6
1-4- مدل ریاضی 8
فصل 2-سخت افزار 12
2-1- اجزای اصلی 12
2-1-1- میکرو کنترلر اصلی 13
2-1-2- نگاهی دقیق تر به میکرو کنترلر و توانمندی های آن 15
2-1-3- معرفی ESC 22
2-1-4- معرفی موتورهای BLDC 23
2-1-5- معرفی سنسور IMU 25
2-1-6- معرفی سنسور آلتراسونیک 29
2-1-7- برد اتصال IOIO 30
2-1-8- مبدل USB به TTL 32
فصل 3-شبیه سازی 34
3-1- معرفی موتور UNITY3D 34
3-2- معرفی کنترلر PID 35
3-2-1- بررسی تاثیر پارامترها بر سیستم 36
3-2-2- طراحی کنترلر و تنظیم آن ( روش زایگلر – نیکلز ) 38
3-2-3- مقایسه PID استاندارد و دیجیتالی ( گسسته ) 40
3-3- مقایسه انواع فیلترها 42
3-3-1- فیلتر کالمن 42
3-3-2- فیلتر DCM 43
3-4- نتایج شبیه سازی – PID استاندارد 47
فصل 4-بخش عملی 49
4-1- ساخت بدنه 49
فصل 5-نرم افزار 55
ضمیمه ها .....................................................................................................................................................................65
نتیجه گیری .................................................................................................................................................................67
منابع و مراجع .............................................................................................................................................................68
فهرست شکل‌‌ها
عنوان صفحه
شکل 1 : انواع روبات پرنده 5
شکل 2 : مقایسه روبات های پرنده 5
شکل 3 : نحوه چرخش ملخ ها 6
شکل 4 : نحوه حرکت روبات 7
شکل 5 : مدل دینامیکی روبات 8
شکل 6 : دیاگرام داخلی روبات 12
شکل 7 : نمای داخلی میکرو xmega128 15
شکل 8 : دیاگرام ارتباط داخلی میکروکنترلر 18
شکل 9 : نحوه تولید سیگنال esc 22
شکل 10 : نمای داخلی موتور BLDC 24
شکل 11 : نمای داخلی سنسور شتاب سنج 27
شکل 12 : شماتیک داخلی مدار سنسور imu 28
شکل 13 : سنسور ultrasonic 29
شکل 14 : ماژول واسط گوشی تلفن همراه و مدار اصلی 30
شکل 15 : شماتیک داخلی مدار واسط 31
شکل 16 : مبدل usb به TTL 32
شکل 17 : شماتیک داخلی مبدل usb بهTTL 32
شکل 18 : مدل شبیه سازی شده روبات 34
شکل 19 : کنترل فرآیند با فیدبک حلقه بسته 35
شکل 20 : تاثیر افزایش بهره p 36
شکل 21 : تاثیر افزایش بهره I 36
شکل 22 : تاثیر افزایش بهره D 37
شکل 23 : دیاگرام سیستم حلقه بسته با اغتشاش 38
شکل 24 : پاسخ پله سیستم حلقه بسته 38
شکل 25 : جدول زایگلر - نیکلز 39
شکل 26 : نحوه از بین رفتن اثر نویز با فیلتر کالمن 43
شکل 27 : نتایج بدست آمده از شبیه سازی 47
شکل 28 : مراحل ابتدایی ساخت بدنه 49
شکل 29 : بدنه ساخته شده در مرحله اول 50
شکل 30 : قفس تست ساخته شده 51
شکل 31 : روبات آماده شده با اتصال چهار ملخ 52
شکل 32 : روبات ساخته شده در مرحله نهایی 53
شکل 33 : شماتیک داخلی سخت افزار روبات 66
چکیده
در این پروژه ابتدا با معرفی و توضیح حوزه روبات های پرنده با ساختار عمود پرواز چهار ملخه آشنا می شویم . سپس با استفاده از مدل دینامیکی و روابط حاکم ، کنترلر بهینه ایی بر مبنای PID برای آن طراحی می کنیم . پس از شبیه سازی ، آن را پیاده سازی کرده و نتایج را بررسی خواهیم کرد .
کلید واژه: روبات ، پرنده ، Quad rotor ، Quad copter ، PID .
فصل اول
مقدمه
فصل 1 - مقدمه
1-1- پیشگفتار
با توجه به پیشرفت روزافزون علم روباتیک در عرصه های مختلف به خصوص حوزه روبات های پرنده و همچنین فعالیت تحقیقاتی گسترده بر روی روبات های پرنده عمود پروازی چون روبات های چهار محرکه ایی ) Quad rotor ) در اکثر دانشگاه های معتبر جهان و همچنین ایران بر آن شدیم تا عنوان پروژه خود را پیاده سازی و طراحی سیستم کنترل یک عمود پرواز بر مبنای چهار محرکه انتخاب نماییم ، تا هم ثمره چهار سال مطالعه نظری بی وقفه در مقطع کارشناسی سخت افزار را به یک دستاورد عملی و کاربردی مبدل سازیم و هم در یک کار تیمی مشترک بر دانش خود در زمینه مبحث کنترل روبات بیافزاییم . اجزای اصلی این روبات متشکل از چهار موتور BLDC 150 وات همراه با کنترلر سرعت ESC ، یک برد کنترلی اصلی ، یک دستگاه تفلن همراه مجهز به سیستم عامل اندروید برای کاهش هزینه ها و استفاده از امکانات گسترده سخت افزاری آن ، یک باتری لیتیومی مخصوص هواپیما های مدل ، ماژول سنسور شتاب و زاویه سنج IMU و یک مدار واسط برای ارتباط برد کنترلی و تلفن همراه می باشد . سخت ترین مرحله از پروژه طراحی سیستم کنترل حلقه بسته ایی است که تعادل روبات را در هوا تضمین نماید و همچنین امکان کنترل دقیق را برای کاربر فراهم سازد . برای دست یابی به چنین سیستم کنترلی از یک مدل ریاضی و شبیه سازی آن در محیط هایی چون Simulink یا Unity3d استفاده می کنیم و با استفاده از تنظیم کنترلر هایی چون PI یا PID ، کنترلر خود را بر روی مدل واقعی می آزماییم .
1-2- معرفی و مقایسه روبات های پرنده بدون سرنشین
روبات های پرنده بدون سرنشین (UAV) به سه دسته کلی هواپیماهای بدون سرنشین و روبات های دارای بالگرد و بالون ها تقسیم بندی می شوند . هواپیما های بدون سرنشین برای پرواز از خاصیت آیرودینامیکی هوا استفاده می کنند و دارای بال هستند به همین جهت برای پرواز خود نیاز به یک باند پرواز مستقیم دارند تا از زمین جدا شوند . در مقابل ماشین های بالگرد دار مثل انواع هلیکپتر ها بدون نیاز به باند پرواز به صورت مستقیم پرواز می کنند (VTOL) ولی در مقابل برای کنده شدن از زمین نیاز به انرژی بیشتری دارند و نسبت به هواپیما ها طول پرواز و مسافت کمتری را پرواز می کنند . بالون ها با استفاده از گازهای سبکتر از هوا (LTA) مثل هلیوم یا هوای گرم پر شده و بدون نیاز به نیروی محرکه به صورت مستقیم پرواز می کنند ولی مشکل اصلی آنها عدم کنترل دقیق و تاثیر پذیری زیاد آنها نسبت به باد است . در این سه دسته بالگرد ها به توجه به کنترل دقیق حرکت و مانور پذیری بالا دارای اهمیت ویژه ایی می باشند .
بالگرد های استاندارد با توجه به استفاده از یک محرکه اصلی برای پرواز نیاز به یک کنترلر بسیار پیچیده می باشند و حفظ تعادل در آن ها سخت می باشد . حال اگر تعداد محرک های یک بالگرد را به دو یا سه عدد افزایش دهیم پایداری سیستم را افزایش داده و کنترلر آن ساده تر می شود . در یک روبات پرنده عمود پرواز از منطق یک بالگرد استفاده می شود با این تفاوت که تعداد محرکه ها به چهار عدد افزایش یافته و دیگر نیازی به استفاده از دم نیست . با توجه به ساختار متقارن آن پایداری بالایی دارد و همچنین کنترلر آن ساده تر و دقیق تر می باشد .