16707

16707

كنترل حلقه بسته ربات متحرك با بازوي الاستيك به روش بازخورد خطي ساز

كارشناسي ارشد

طراحي كاربردي شاخه ديناميك، كنترل و ارتعاشات

آبان 1395

دكتر حبيب نژاد كورايم

مكانيك

در اين پايان نامه، سعي بر آن است كه به وسيله روش بازخورد خطي ساز كه روش كارآمدي در مبحث كنترل سيستم هاي غيرخطي است، ربات سيار با بازوهاي صلب و هم چنين با بازوهاي الاستيك را بمنظور تعقيب مسير كنترل نمود. از مزاياي اين الگوريتم نسبت به ساير روش هاي كنترل غير خطي مي-توان به معادل‌سازي يك سيستم غير خطي، با يك سيستم خطي معادل اشاره نمود. از مزاياي كنترل خطي مي توان به تنوع روش هاي كنترل خطي و سهولت استفاده و پياده سازي آن ها در مقايسه با كنترل سيستم هاي غير خطي اشاره كرد. هم چنين در ديناميك هاي غيرخطي مشكلاتي مانند عدم پيروي از اصل انطباق (خطي و همگن بودن)، زمان فرار محدود (به معني آنكه جواب سيستم هاي غير خطي ممكن است براي همه زمان ها وجود نداشته باشد)، وجود نقاط تعادل جدا از هم و هرج و مرج بيان نمود. اولين قدم در كنترل يك سيستم ديناميكي، بدست آوردن معادلات ديناميكي سيستم و حل آن مي باشد. روش هاي مرسوم براي به دست آوردن معادلات حركت و مدل كردن آن عبارتند از روش نيوتن اويلر، روش لاگرانژ، روش ديناميك كين ، روش گيبس اپل و... . هر كدام از اين روش ها بسته به شرايط و قيود حاكم بر مساله داراي معايب و مزاياي متفاوت مي باشند. در اين پايان نامه به دليل وجود قيود غيرهولونوميك در ديناميك پايه سيار، استفاده از روش گيبس-اپل مناسب ترين روش براي بدست آوردن معادلات حركت مي باشد. اين روش باعث كاهش حجم محاسبات و هم چنين حذف ضرايب لاگرانژ مي‌گردد. در مواردي كه تعداد ورودي ها و خروجي ها با يكديگر برابر نباشد، پايداري ديناميك داخلي سيستم بايستي بررسي شود. براي اين منظور، پايداري ديناميك صفر سيستم مورد بررسي مي گردد. رويت پذيري و كنترل پذيري سيستم خطي بررسي شده و روش كنترل خطي متناسب با آن (LQR) اعمال مي گردد. شبيه سازي ها براي ربات پايه متحرك با بازوهاي صلب هم در فضاي مفاصل و هم در فضاي كاري، ربات پايه متحرك با بازوهاي الاستيك و مفاصل دوراني همراه با طراحي رويت گر و ربات با بازوي الاستيك و مفصل دوراني/كشويي انجام شده است. واژه‌هاي كليدي: بازخورد خطي ساز، ربات پايه متحرك الاستيك، ديناميك گيبس اپل، پايداري ديناميك داخلي

1395/11/30

1/1/1900 12:00:00 AM

In this thesis, we tried to control mobile robots with rigid an​d elastic links with the aim of path tracking by feedback linearization approach which is one of the most utilizing methods in nonlinear control topics. The bold characteristic of this method in comparison with others is deriving an equal linear system from nonlinear one. Linear control has lots of advantages which deserve to be mentioned like variety of techniques an​d being easy to apply which is not achievable in nonlinear control. The first step to control a system is deriving an​d solving Its equations of motion. Newton-Euler, Lagrange multipliers, Kane's dynamics, Gibbs-apple, etc are Well known approaches for this aim an​d each one is appropriate to apply in specific constraints an​d conditions. In this thesis, we use Gibbs-apple approach due to non-holonomic Constraints of mobile base, since it's a suitable method for this case an​d causes computations to be reduced an​d it's not needed to calculate Lagrange multipliers. In cases, which the number of inputs an​d outputs is not equal we should check internal dynamics stability. For this purpose, it's recommended to check zero dynamics stability which guarantees internal dynamics asymptotic stability. In all of the simulations we check system controllability an​d observability an​d apply appropriate linear control method for each one like PD an​d LQR control. Keywords: Feedback Linearization-Mobile Robot-Flexible link, Gibbs-Apple-Stability of internal dynamics.