بخشی از مقاله
چکیده
یک مکانیزم غیر متمرکز کنترل حالت لغزشی با خطای محدود پیشنهاد میشود تا عملکرد ردیابی مجاز بازوهای مکانیکی ربات را تضمین کند. دنبال کننده سطح لغزشی خطای تبدیل ساخته شده است و تابع لیاپانوف مانع - BLF - برای اطمینان از عملکرد حالت گذرا و پایدار در حوزه زمان تابع موقعیت بازوی مکانیکی ربات و همچنین برآورد خواص کنترلی حالت لغزشی استفاده شده است. توابع غیر خطی ناشناخته و خطاهای تقریب توسط محدود کننده لیاپانوف برآورد شده است. اثربخشی طرح کنترل پیشنهاد شده توسط مقایسه نتایج آزمایش با کنترل مرسوم مد لغزشی - SMC - بررسی شده است. همچنین در نهایت تفاوت های ارائه شده در روشهای SMC و BFSMC را با هم مقایسه کرده و نتایج بررسی میشوند.
-1 مقدمه
فن آوری رباتیک به سرعت در حال توسعه در زمینه های صنعت پزشکی، به ویژه، در محدوده حرکات و نیروی رباتها میباشد. بسیاری از محققان محدودیت هندسی مانند محدودیتهای هولونومیک و غیر هولونومیک ربات تلفن همراه و روشهای کنترل آن را مطالعه کرده اند .
با این حال، محدود کردن حرکت یک ربات در حال کار در فضای آزاد، به دلیل اینکه یک روش سیستماتیک برای این مشکل ارائه نشده است، نسبتا دشوار میباشد. محدودیتهای حرکت در فضای آزاد از برخورد غیر منتظره بین ربات و محیط و سایر خطرات جلوگیری میکند. بسیاری از سیستمهای سنتی دارای یک کنترلر برای تضمین ثبات سیستم کنترلی در طول نامحدود از زمان میباشند. این کنترلر عملکرد مورد نظر را با آزمون و خطا بدست میآورد. اگر چه یک گین کنترلی همیشه برای هدفهای کنترلی خاصی تنظیم میشود، و با تغییر در خصوصیات طراحی نیاز به تنظیم مجدد گین کنترلی و یا طراحی دوباره کنترلر میباشد. بنابراین، به دست آوردن محدودیتهای سیستماتیک و عمومی عملکرد کنترلی از برنامه های کنترل معمولی مشکلتر میباشد.
برای تضمین عملکرد حوزه زمان، در مراحل طراحی بدون وابستگی به روش آزمون و خطا سه روش: کنترل بادگیر [7-5]، روش تبدیل [12-8]، روش تابع لیاپانوف - BLF - و روش محدودیت مراحل [16-13] پیشنهاد شده است. با این حال، این روشها نقصهایی دارند. کاربرد کنترل بادگیر [7-5] محدود به کلاس از سیستم های خطی یا غیر خطی با درجه نسبی 1 یا 2، با دینامیک پایدار صفر ، و با داشتن علامت گین فرکانسهای بالا میباشد. در روش انتقال خطا، مشکل تکینگی ممکن است با توجه به وجود یک تانژانت هیپربولیک در تابع، رخ دهد .[12-8] در شرایط خاص، یک سیگنال کنترلی اضافی می تواند عملکرد کنترلی را منحرف و یا حتی می تواند باعث مشکلات پایداری شود. بسیاری از کنترلهای محدودیتی بر اساس [16-13] BLF با استفاده از روش کنترل پسگام 17]، [18 طراحی شدهاند. بنابراین، یک کنترل کننده پیچیده را می توان به نحوی طراحی نمود تا تغییرات مکرر از کنترل مجازی را اداره کند. بنابراین، در این مطالعه، کنترل مد لغزشی - SMC - با استفاده از یک سطح حالت لغزش خطا تبدیل شده، پیشنهاد شده است.
روش SMC یک کنترل غیر خطی قوی فراهم می کند، دلیل این امر آن است که دینامیکهای سیستم را با خواص ثابت مربوط به عدم قطعیت، پس از اینکه دینامیکهای سیستم در سطح مد لغزش کنترل می شود، اجرا میکند 19]، .[20 در این مطالعه، ما با استفاده از روش SMC یک رویکرد با خطا محدود، به وسیله تعریف کردن یک دنبال کننده خطا سطح مد لغزش جدید و ترکیب آن با BLF پیشنهاد میدهیم. این روش عملکرد دنبال کنندههای قبلی را کامل میکند و همچنین ویژگیهای SMC را دارد. این روش می تواند کمبودهای تابعهای شناخته نشده غیر خطی در کنترل غیر متمرکز را با در نظر گرفتن تابع پایه شعاعی - RBF - شبکه برای فرآیند تقریب، را جبران کند .[21] با استفاده از این سطح مد لغزش، یک SMC قوی برای سیستم کنترل روباتیک بدون نیاز به اطلاعات در مورد دینامیک غیر خطی روبات را می توان طراحی کرد. کنترل کنندههای محدود به زمان ترمینال مدل لغزش 22]، [23 به منظور به دست آوردن نتایج آزمایش و مقایسه با روش SMC، طراحی شدهاند، که پاسخ سریع تر از SMC معمولی را تضمین می کنند.
کنترل غیر متمرکز همراه با 25] SMC،[24 برای اجرای موثر یک کنترل مقیاس بزرگ و یا یک سیستم کنترل مدولار با پیکر بندی مجدد، ارائه شده است. چالش اصلی در استفاده از کنترل غیر متمرکز عدم قطعیتهای دینامیکی به علت ارتباطات متغیر با زمان و غیر خطی و دینامیکهای ناشناخته میباشد. در راه حل پیشنهادی ما، SMC غیر متمرکز می تواند به طور موثر با برآورد RBF با استفاده از کنترل های محدود بر اساس -BLFساخته شود.
مزایای اصلی روش پیشنهادی ما نسبت به روش های مرسوم عبارتند از: - 1 - روش عملکرد ارائه شده بر خلاف روش های قبلی به کلاس سیستم محدود نیست، - 2 - .[7-5] از یک روش پیچیده تبدیل استفاده نمی کند، در نتیجه از مشکلات تکینگی اجتناب میشود .[12-8] و - 3 - کنترل دارای شرایط محدودیت انعطاف پذیرتری میباشد. روش کنترل پیشنهادی برای محدود کردن حرکت یک ربات در فضای آزاد، تحت شرایط عدم قطعیت در موقعیت ربات به طور موفقیت به کار گرفته شد.
- 2 تئوری و فرمولبندی مسئله
- 1-2 دینامیک کنترل ربات
معادله دینامیکی سیستم ربات با n اتصال با مفاصل اصطکاکی و ورودی گشتاور و در حضور منطقه deadzone به صورت زیر میباشد.
که به ترتیب نشان دهنده موقعیت مفصل، سرعت و بردار شتاب میباشند. ماتریس ممان اینرسی نشان دهنده یک ماتریس متقارن مثبت میباشد؛ماتریس کوریولیس مرکز میباشد؛ بردار گرانش میباشد؛ بردار گشتاور اصطکاک غیرخطی می باشد؛ گشتاور اختلال خارجی می باشد؛ بردار کنترل گشتاور می باشد. معادله - 1 - را می توان در فضای مشترک به عنوان شکل غیر متمرکز به صورت زیر فرمول بندی کرد.
که ، و ui، به ترتیب i امین المان بردار و u می باشند. Mij - q - و Cij - q,q - ، i امین المان ماتریس M - q - و می باشند. ماتریس متقارن و مثبت Mi - qi - به وسیله رابطه زیر محدود می شود.
