15916

15916

كنترل بهينه غيرخطي زمان محدود براي بازوي مكانيكي همكار سيار به روش معادله ريكاتي وابسته به حالت

دكتري

طراحي كاربردي

ارديبهشت 1395

ارديبهشت 1395

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم

مكانيك

چكيده اين رساله به مطالعه مسئله كنترل بهينه غيرخطي به روش معادله ريكاتي وابسته به حالت در دو بخش تئوري كنترل و كاربرد مي پردازد. بخش تئوري شامل گسترش معادله ريكاتي وابسته به حالت به شكل ديفرانسيلي براي تحقق كنترل در زمان محدود براي سيستم هاي متغير با زمان با حالت و ورودي غيرخطي در دو بخش تنظيم كننده و مسئله تعقيب مي شود. اعمال قيد زمان محدود، منجر به تشكيل معادله ديفرانسيلي ريكاتي وابسته به حالت با شرط مرزي نهايي مي گردد. روش هاي متنوعي براي حل شكل ديفرانسيلي معادله ريكاتي مطرح گرديده است از جمله انتگرالگيري به عقب ، ماتريس انتقال حالت ، حل بر مبناي معادله لياپانوف با ريشه مثبت و منفي معادله ريكاتي. همچنين پايداري كنترل كننده و تحليل روش هاي حل بيان شده است. ساختار تعقيب كننده منجر به دو دستگاه معادلات ديفرانسيل غيرخطي مي شود: معادله ديفرانسيلي ريكاتي وابسته به حالت و معادله ديفرانسيلي پيشخور تعقيب. استقلال دو معادله از يكديگر و پايداري كنترل كننده با استفاده از معيار پايداري لياپانوف در طول مسير اثبات شده است. پياده سازي بخش كنترل در زمان محدود براي حل هر نوع بازوي مكانيكي دلخواه كه در قوانين دناويت-هارتنبرگ صدق مي كند براي دو حالت مفاصل صلب و انعطاف پذير بيان شده است، تنها با وارد كردن پارامترهاي دناويت-هارتنبرگ و مشخصات جرمي و اينرسي در برنامه عمومي تهيه شده. در بخش كاربرد معادله ريكاتي وابسته به حالت، دو بحث ربات همكار متحرك و تاثير روش ميدان پتانسيل بررسي مي شوند. اتصال پنجه هاي بازوهاي مكانيكي براي حمل يك جسم موجب بروز قيود تماس و پيچيدگي مسئله مي گردد. تقسيم نيروي اعمالي جسم بين بازوها با استفاده از روش توزيع بهينه بار به منظور حذف ضرايب لاگرانژ انجام شده است. اين روش امكان توزيع بار با نرخ دلخواه روي هر بازو را فراهم مي كند. اعمال كنترل بهينه روي مدل يك ربات متحرك چرخدار با در نظر گرفتن قيود هولونوميك و غيرهولونوميك كاري دشوار و منجر به ناپايداري سيستم مي گردد كه روشي براي كنترل ربات هاي متحرك چرخدار مطرح شده است. وجود مانع در محيط هاي كاري بازوها و برخورد احتمالي چند سيستم مستقل رباتيكي موجب پيدايش بحث اجتناب از موانع و برخورد گرديد كه به حل و بررسي آن مي پردازيم. روش زمان محدود براي بازوهاي صلب و بازوهاي با مفاصل انعطاف پذير شبيه سازي و پياده سازي عملي شده است. ربات شش درجه آزادي به عنوان مطالعه موردي براي بخش صلب و مدل كاهش يافته آن (سه درجه آزادي فضايي با ساختار پوما) براي بخش مفاصل انعطاف پذير در نظر گرفته شده اند. شبيه سازي و آزمايش عملي ربات همكار، دو بازو با ساختار پوما در فضاي سه بعدي از ربات اسكات به عنوان يك مثال واقعي را در نظر مي گيرد. مقايسه بين بازوهاي همكار و غير همكار ادعاي افزايش چشمگير ظرفيت حمل بار را تاييد مي كند. واژه‌هاي كليدي: معادله ريكاتي وابسته به حالت، كنترل در زمان محدود، كنترل بهينه غيرخطي، ربات متحرك همكار.