23249

كنترل بهينه غيرخطي با روش معادله ريكاتي وابسته به حالت ربات چهارچرخ همه ¬جهته براي دنبال كردن مسير مشخص

كارشناسي ارشد

كنترل

1396

1399/10/28

دكتر سهيل گنجه فر

برق

كار انجام‌شده در اين پايان¬نامه، كنترل¬ بهينه ¬غيرخطي با روش معادله ريكاتي وابسته به¬حالت در ربات چهارچرخ زميني همه¬جهته با چرخ¬هاي مكانوم براي دنبال كردن مسير مشخص است. اين روش، مناسب براي تعقيب كامل مسير، با انرژي كمينه در سيگنال‌هاي كنترلي، جهت مصرف بهينه باتري‌هاي ربات و كاهش خطاي رديابي است. كاربرد ربات‌هاي همه‌جهته به دليل قابليت مانور دهي بالا و عبور از مكان‌هاي پر ازدحام و پر از مانع، بسيار مورد توجه است. يكي از انواع ربات‌هاي همه‌جهته، ربات چهارچرخ همه¬جهته با چرخ¬هاي مكانوم است. تعقيب مسير در اين ربات‌¬ها، به دليل ساختار ويژه¬ي چرخ‌ها و همچنين استفاده از چهار موتور مجزا براي حركت، از چالش¬ برانگيزترين مباحث پژوهشي در حوزه كنترل است. كنترل¬-كننده¬هاي بهينه به دليل كاهش انرژي مصرفي، خطاي رديابي و زمان اجرا (بسته به نوع مسئله) همواره مورد توجه قرار گرفته‌اند. در طول اين پژوهش، براي نشان دادن اين موضوع، از دو مسير مربعي و دايره¬اي مشخص، استفاده شده¬است. در انتهاي اين پژوهش، كنترل¬كننده بهينه غيرخطي معادله ريكاتي وابسته به حالت با كنترل¬كننده PID مورد قياس قرار گرفته است. خطاي مسيرها و سيگنال¬ كنترلي در هر دو كنترل¬كننده با يكديگر مقايسه شده¬است و نتايج ذكر شده، دال بر برتري كنترل¬كننده بهينه غيرخطي با روش معادله ريكاتي وابسته به حالت مي¬باشد.

1399/11/30

Nonlinear optimal control Design using State Dependent Riccati Equation method for a four-wheeled omnidirectional mobile robot to follow a specific path

1/17/2021 12:00:00 AM

Mobile robots have become very popular in every industry such as automobiles, military, home appliances, etc. Automation of mobile robots is the key to automation in different industries. Consequently, in recent decades, a lot of researches about these robots have done, especially in the motion control and tracking areas. Due to high maneuverability and passing through crowded and obstructed places, omnidirectional robot usage has been increased. One of the omnidirectional robot types is omnidirectional mobile robot with Swedish wheels. The control challenge of tracking path in these robots is due to the specific structure of these wheels and usage four separate motors to move. In optimal controllers, determining the control signal in a way that it applies to physical constraints and at the same time minimizes or maximizes a certain criterion. The control problem has a cost function that is a function of state and control variables. In this work, the State-Dependent-Riccati-Equation method, which is an approximate solution of the Hamilton-Jacobin-Belman equations, is used to improve power consumption and reducing the tracking error of the 4 wheeled mecanum omnidirectional robot. Here, minimizing the control signal is one of the demands of the problem for this article. At the same time, it is preferred to design and implement this controller simply and to avoid time-consuming calculations that is costly. The cost function of the optimal control is expressed in the form of a nonlinear square regulator and the constraints of the problem are made in it. This method is suitable for complete path tracking, with the least energy in control signals, for optimal consumption of robot batteries and reduction of tracking error. During this research, two square and circular paths have been used to show this issue. At the end of this study, the nonlinear optimal controller of the State-Dependent-Riccati Equation is compared with the PID controller. The path error and the control signal in both controllers have been compared with each other and the mentioned results indicate the superiority of the nonlinear optimal controller with the State-Dependent-Riccati Equation method.

كنترل بهينه غيرخطي ، ربات همه¬جهته چهارچرخ مكانوم، معادله ريكاتي وابسته به¬حالت

Optimal nonlinear control, Omnidirectional mobile robot, Swedish wheels, State-Dependent-Riccati Equation method