21961

21961

مدل‌سازي ديناميكي و كنترل منيپولاتور سيار با در نظر گرفتن لغزش چرخ‌ها به روش كنترل حلقه بسته

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي شاخه تخصصي ديناميك، كنترل و ارتعاشات

1396

1398/11/16

دكتر محرم حبيب نژاد كورايم

مكانيك

در اين پايان¬نامه، هدف توسعه¬ي مدل ديناميكي ربات سيار به منظور كنترل با در نظر گرفتن اثر لغزش طولي و جانبي ربات سيار در دو حالت ربات متحرك چرخ‌دار به صورت مستقل و همچنين همراه با منيپولاتور مي‌باشد. با اين فرض، تعداد متغيرهاي فضاي حالت به نسبت سيستم مشابه ايده آل، افزايش مي¬يابد. افزايش تعداد متغيرهاي حالت به همراه در نظر گرفتن اثر پارامترهاي غيرخطي ناشي از مدل‌سازي لغزش و همچنين وجود قيود هولونوميك و غيرهولونوميك در حركت پايه سبب مي‌گردد كنترل منيپولاتور سيار پيچيده شده و حجم محاسبات افزايش يابد. بنابراين استفاده از روش كنترل مقاوم به همراه توسعه الگوريتم بهينه به منظور كاهش اثر لغزش چرخ‌ها در حركت ربات ضروري مي‌باشد. روش كنترل مود لغزشي به واسطه مقاوم بودن در برابر عدم قطعيت‌هاي سيستم مورد توجه مي‌باشد. اگرچه كنترلر مود لغزشي ارائه شده نيز جهت بهبود عملكرد سيستم، با استفاده از معادله وابسته به حالت ريكاتي ارتقا مي‌يابد. بر اساس الگوريتم بدست آمده، شبيه‌سازي در دو حالت ربات متحرك و همچنين منيپولاتور سيار صورت گرفته و نتايج آن با روش كنترل مود لغزشي مقايسه شده است. ارزيابي خروجي سيستم نشان مي دهد كه روش كنترل مود لغزشي بهينه توانسته پرش‌هاي ناگهاني به علت وجود لغزش در متغير‌هاي حالت سيستم و همچنين انرژي مصرفي جهت به حركت درآوردن ربات را كاهش دهد. از سوي ديگر در صورت ارائه كنترل حلقه بسته مي‌بايست با تعريف سنسور مناسب، بازخوردي از خروجي اين پارامترها كه به صورت مستقيم قابل اندازه‌گيري نمي‌باشند و به طور معمول از طريق طراحي مشاهده‌گر اندازه‌گيري مي‌شوند، ارائه و حلقه كنترلي را تكميل نمود. در اين پايان نامه، جهت مشاهده و تخمين لغزش ناشناخته به عنوان اغتشاش در سيستم، از مشاهده‌گر اغتشاش استفاده شده است و سپس سيستم مورد بررسي به وسيله كنترلر مود لغزشي كنترل شده و ربات در مسير مطلوب به حركت در مي‌آيد. نتايج حاصله حاكي از عملكرد مطلوب مشاهده‌گر اغتشاش مي‌باشد؛ به طوري كه ربات با لغزش ناشناخته به خوبي مسير مطلوب را طي مي‌كند.

1399/02/30

Dynamic Modeling and Closed-Loop Control of the Mobile Manipulator by Considering Wheels Slip

2/4/2021 12:00:00 AM

This research, seeks to develop the dynamic model of a mobile robot for controlling purposes while the effect of the longitudinal and lateral slip being posited. These assumptions increas the number of state variables needed compared with an ideal system. The rise in the number of state variables and considering the effect of nonlinear parameters due to modeling the slip in addition to the existence of holonomic and non-holonomic constraints make difficulties the control procedure of mobile manipulator. Hence, applying existed control algorithms doesn't solve the problem. Given these conditions, employing a robust control methodology (sliding mode control) along with developing an optimal algorithm to reduce the effect of slip in wheels seems mandatory. Accordingly, a sliding mode controller is formulated using a discontinuous control law, hence the invariability against uncertainties. Furthermore, the suggested algorithm optimized using a state-dependent Riccati equation controller to reduce the torque and increase the accuracy. Based on the concluded control algorithms, simulations are conducted and compared in two cases of mobile robot and mobile manipulator. The possibility of presented algorithm checked with the scout experimental setup as well. Evaluation of the system outputs shows that the optimal sliding mode control successfully decreases sudden jumps due to the slip in system state variables and the consumed power to move the robot. On the other hand, by providing closed loop control, feedback from the output of these parameters, which are not directly measurable and typically measured through observer design, must be provided by the appropriate sensor and complete the control loop. In this thesis, the disturbance observer is used to observe and estimate the unknown slip as disturbance in the system and then the system is controlled by the sliding mode controller and the robot moves in the desired direction. The results show the effectivness performance of the disturbance observer, so that the robot travels well despite the unknown slip.