no-img
ایران رساله| پایان نامه آماده| پروپوزال آماده | تحقیق آماده | مقاله آماده |سمینار آماده

رساله دکتری طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت ربات | ایران رساله| پایان نامه آماده| پروپوزال آماده | تحقیق آماده | مقاله آماده |سمینار آماده


ایران رساله| پایان نامه آماده| پروپوزال آماده | تحقیق آماده | مقاله آماده |سمینار آماده
مطالب ویژه
گزارش خرابی لینک
اطلاعات را وارد کنید .

ادامه مطلب

DOC
رساله دکتری طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت ربات
doc
شهریور ۱, ۱۳۹۸
4mb
۲۵,۰۰۰ تومان
۲۵,۰۰۰ تومان – خرید

رساله دکتری طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت ربات


طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای روبات کشسان‌مفصل با لحاظ مسئله اشباع عملگر

 

پایان نامه ایران رساله :در این پژوهش مسئله کنترل روبات کشسان‌مفصل با لحاظ محدودیت اشباع عملگر مورد بررسی دقیق قرار گرفته است. بدین منظور با استفاده از دو رویکرد مختلف روشهایی برای حل آن ارائه شده است. در ادامه با استفاده از شبیه‌سازیهای مختلف عملکرد روشهای ارائه شده بررسی و سپس پایداری مقاوم ساختار پیشنهادی به صورت نظری اثبات شده است. در پایان صحت ادعاهای نظری با پیاده‌سازی عملی بر روی یک روبات کشسان‌مفصل دو درجه آزادی مورد تأیید قرار گرفته است.

پایان نامه ایران رساله:  در این پژوهش دو مجموعه نوآوری به انجام رسیده است. در مجموعه اول ابتدا یک روش کلی با عنوان «حلقه ناظر» برای برخورد با مسئله اشباع ارائه شده است. این روش بر روی سیستمهای مختلفی پیاده شده تا نشان داده شود که مستقل از مدل می‌باشد. سپس یک ساختار کنترل ترکیبی همراه با حلقه ناظر برای روباتهای کشسان‌مفصل ارائه شده تا نشان داده شود که روش ارائه شده برای کاربرد اصلی مورد نظر پروژه (یعنی روبات کشسان‌مفصل) عملکرد مناسبی را در حضور اشباع ایجاد می‌کند. در ادامه این پژوهش به اثبات نظری پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر» پرداخته‌ایم. سپس برای اینکه قابلیت پیاده‌سازی روش ارائه شده نشان داده شود آن را بر روی یک روبات کشسان‌مفصل که در راستای همین پژوهش طراحی و ساخته شده است پیاده نموده‌ایم.

پایان نامه ایران رساله:مجموعه نوآوری دوم ارائه رویکرد دیگری برای مقابله با اثرات اشباع در روباتهای کشسان‌مفصل بر پایه روشهای بهینه چند منظوره مبتنی بر نرمهای H2 و H¥ است. در این روشها برای مقاوم بودن کنترلگر از بهینه‌سازی H¥ سود جسته و برای کم کردن دامنه کنترل و جلوگیری از اشباع عملگر، نرم سیگنال کنترلی نیز در فرایند بهینه‌سازی در نظر گرفته شده است. برای طراحی عددی از تبدیل مسئله به LMI و روشهای عددی متناظر با آن استفاده شده است. همچنین جهت نشان دادن کاراییِ روش در عمل، پیاده‌سازی آن بر روی روبات مذکور انجام پذیرفته است.

 

کلمات کلیدی: روبات کشسان‌مفصل، اشباع عملگر، کنترل ترکیبی، حلقه ناظر، روش کنترل

همانطور که دیدیم استفاده از روباتهای کشسان مسئله‌ای غیر قابل اجتناب است؛ اما این کار مشکلات کنترلی خاص خود را به وجود خواهد آورد. در [۱۱] نشان داده شده است که به‌کارگیری الگوریتم‌های کنترلی که با فرض صلبیت طراحی شده‌اند برای برخی روباتهای واقعی که کاملاً صلب نیستند باعث ایجاد محدودیت در عملکرد روبات می‌شود. در این مقاله همچنین به طور تجربی نشان داده شده است که در یک روبات خاص (روبات P50 از کارخانه General Electric) کشسانی مفاصل منجر به ایجاد مودهای نوسانی با میرایی کم در پاسخ حلقه باز می‌شود. شبیه به این نتایج در دیگر روباتها نیز مشاهده می‌شود؛ مثلاً در بازوهای هیدرولیکی بخاطر نرمی خطوط هیدرولیکی و تراکم پذیری روغن مورد استفاده، در فرکانس تشدید، روبات خوش‌رفتار نیست و این واقعیت روی الگوریتمهای کنترلیِ صلب محدودیت پهنای باند می‌گذارد و ممکن است حتی منجر به ناپایداری شود [۳]. از طرف دیگر در [[i]] نشان داده شده است که یک روبات کشسان سه محوره قابل خطی‌سازی با فیدبک نیست و کنترل آن روشهای جدیدی می‌طلبد. به طور کلی امروزه پذیرفته شده است که روشهای صلب جوابگوی تمامی نیازهای کنترلی در روباتیک نیستند و در نظر گرفتن خاصیت کشسانی از اهمیت بالایی برخوردار است.

کار بر روی کنترل روباتهای کشسان‌مفصل از اوایل دهه ۸۰ آغاز شده است و هنوز ادامه دارد. دیدگاههای متنوعی در دو دهه گذشته برای برخورد با مسئله کشسانی در مفاصل ارائه شده‌اند و صدها مقاله در این زمینه را می‌توان در میان منابع یافت. به طور کلی این مقالات را می‌توان به دو دسته تقسیم کرد: مقالات تحلیل و مقالات طراحی. در دسته اول نویسندگان به مباحثی چون مدلسازی روباتهای کشسان‌مفصل، بیان پایه‌های ریاضی مورد استفاده، بررسی خواص این روباتها، تحلیل پایداری و غیره پرداخته‌اند. در دسته دوم نویسندگان صرفاً به طراحی کنترل برای یکی از مدلهای ارائه شده پرداخته‌اند که در میان این مقالات به انواع روشهای کنترلی کلاسیک، مدرن، هوشمند، خطی، غیرخطی، مقاوم، تطبیقی و … بر می‌خوریم. در بخش ‏۲-۱- پویش جامعی از کارهای انجام شده در این زمینه را ارائه خواهیم کرد. در یک کلام نتیجه‌ای که با مرور ادبیات موضوع می‌توان به آن رسید این است که در واقع بسیاری از مشکلات کنترل روباتهای کشسان‌مفصل بررسی شده‌اند اما جنبه‌های عملی مسئله خیلی کم مورد توجه قرار گرفته‌اند و اغلب مقالات با مدلهایی کار کرده‌اند که در استخراج آنها فرضهای ساده کننده (و شاید غیر واقعی) زیادی به کار رفته است. بیشتر مقالات کارایی روش پیشنهادی خود را توسط شبیه‌سازی آزموده‌اند و تنها در موارد معدودی به پیاده‌سازی بر می‌خوریم. حتی مسئله اشباع عملگرها که از متداولترین مشکلات عملی کنترل است تقریباً در هیچ مقاله‌ای در نظر گرفته نشده است. در این پژوهش این کاستی‌ها مورد بررسی، تعریف دقیق و حل قرار گرفته‌اند.

این مطلب را حتما ببینید بسیار توصیه می شود!!؟  پایدارساز ویدئو :پایان نامه آماده ارایه

 

۱-۱-    کنترل با وجود محدودیت دامنه

از ابتدای شکل‌گیری مهندسی کنترل به صورت امروزی، بحث محدودیت دامنه کنترل و
اشباع شدن عملگرها به دلیل گریزناپذیر بودن مواجهه با آن و جدی بودن مشکلات ناشی از آن، مطرح بوده است. در دهه‌های ۵۰ و ۶۰ همزمان با شکوفایی کنترل بهینه پژوهشگران به محدودیت ناشی از اشباع عملگر نیز نظر داشته‌اند [به عنوان نمونه نتیجه آن پژوهشها به صورت روشهایی از خانواده bang-bang امروزه در کتب درسی کنترل بهینه جمعبندی شده‌اند و قدمت و حجم پژوهش در این زمینه چنان بوده است که کتب و ویژه‌نامه‌های بسیاری در این باره منتشر شده است و…]. پس از گذشت چند دهه، در دهه اخیر شاهد رویکرد مجددی به مسئله اشباع هستیم و این واقعیت نشان می‌دهد که هنوز این مسئله به طور کامل حل نشده است و از وجوه گوناگون جای کار دارد. شاهد این مدعا علاوه بر حجم کثیر مقالات در سالهای اخیر، می‌تواند گفته صابری، Lin و Teel (که هر کدام صاحب مقالات (و کتب) متعددی در این زمینه هستند) در مقالات باشد که به این واقعیت اذعان داشته‌اند. در واقع چند دهه قبل مهندسان کنترل در پی «رفع مانعی به نام اشباع عملگر» بودند که این مسئله تا حد زیادی از حالت مانع بودن خارج شد. امروزه پژوهشگران بیشتر در پی «حفظ عملکرد در حضور محدودیتی به نام اشباع» هستند.

مشکلات ناشی از اشباع شدن عملگر(ها) را به طور کلی می‌توان سه دسته نمود: کوک‌شدگی[۱]، ناپایداری و تغییر جهت بردار کنترل. بویژه مشکل ناپایداری نه تنها در تمام سیستمها بسیار جدی است بلکه در فصل ‏۴- نشان خواهیم داد که در روباتهای کشسان‌مفصل نیز این مشکل رخ می‌دهد و مهمترین کاستی در آخرین روشهای ارائه شده برای کنترل این روباتها (که با فرض عدم وجود محدودیت دامنه ارائه شده‌اند) همین مشکل است. در این پژوهش برای رفع این مشکلات با جلوگیری از رخ دادن اشباع چاره‌اندیشی شده است.

 

۱-۲-    نوآوریهای این پژوهش

پایان نامه ایران رساله:در این بخش به اجمال نوآوریهای این پژوهش را معرفی خواهیم کرد. در این پژوهش دو مجموعه نوآوری به انجام رسیده است. در مجموعه اول ابتدا یک روش کلی با عنوان «حلقه ناظر» برای برخورد با مسئله اشباع ارائه گشته است [‏C8][2] که سه ویژگی مهم دارد: ۱) وابسته به مدل نیست، ۲) خارج از ساختار اصلی کنترل سیستم قراردارد و به همین دلیل خواص نظری اصلی سیستم را بر هم نمی‌زند، و ۳) محاسبات برخط[۳] پیچیده‌ای ندارد و در عمل به سهولت قابل پیاده‌سازی می‌باشد. این روش بر روی سیستمهای مختلفی پیاده شده است تا نشان داده شود که مستقل از مدل می‌باشد (ویژگی اول) [‎C9]. سپس یک ساختار کنترل ترکیبی[۴] با رویکرد رویه ناوردا[۵] همراه با حلقه ناظر برای روباتهای کشسان‌مفصل ارائه شده است تا نشان داده شود که روش ارائه شده برای کاربرد مورد نظر اصلی پروژه (یعنی FJR) عملکرد مناسبی را در حضور اشباع ایجاد می‌کند [‎J1 و ‎C6]. ساختار ترکیبیِ به کار گرفته شده در عدم حضور اشباع دارای اثبات نظری پایداری است اما نشان داده‌ایم که در حضور اشباع ناپایدار می‌گردد [‎C7]. در این پژوهش به اثبات نظری پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر» پرداخته‌ایم [‎C2، ‎C5 و ‎J3] و بدین ترتیب نشان داده‌ایم که تعمیم خواص نظری سیستم در حضور حلقه ناظر بدون مشکل امکانپذیر است (ویژگی دوم). در ادامه برای اینکه قابلیت پیاده‌سازی روش ارائه شده (ویژگی سوم) نشان داده شود آن را بر روی یک روبات کشسان‌مفصل که در راستای همین پژوهش طراحی و ساخته شده است پیاده نموده‌ایم.

این مطلب را حتما ببینید بسیار توصیه می شود!!؟  نمونه سوالات نهایی سوم متوسطه

مجموعه نوآوری دوم ارائه رویکرد دیگری برای مقابله با اثرات اشباع بر پایه روشهای بهینه چند منظوره مبتنی بر نرمهای H2 و H¥ است که به دو روش منتهی می‌شود [‎C4]. در این روشها برای مقاوم بودن کنترلگر از بهینه‌سازی H¥ سود جسته و برای کم کردن دامنه کنترل و جلوگیری از اشباع عملگر، نرم سیگنال کنترلی را نیز در فرایند بهینه‌سازی وارد کرده‌ایم. برای طراحی عددی از تبدیل مسئله به LMI و روشهای عددی متناظر با آن بهره برده‌ایم. تمام مراحل اعم از ارائه ایده اولیه، تعریف مسئله منطبق بر نیازهای FJR بر مبنای آن ایده، چاره‌جویی برای نکات عملی در طراحی کنترلگر، طراحی کنترلگر و در نهایت نشان دادن کاراییِ روش با پیاده‌سازی آن بر روی یک سیستم ساده، در قالب این مجموعه نوآوری انجام پذیرفته است.

در ادامه بندهای مختلفی را که در دو مجموعه نوآوری فوق ذکر نمودیم دوباره برمی‌شمریم:

  • ارائه روش حلقه ناظر برای مقابله با اثرات اشباع
  • استفاده از روش نظارتی برای FJR
  • اثبات پایداری روش نظارتی در یک ساختار کنترل ترکیبی برای FJR
  • ارائه دو روش بهینه مبتنی بر نرمهای H2 و H¥ برای مقابله با اثرات اشباع در FJR
  • تعیین صحت و قابلیت پیاده‌سازی با انجام پیاده‌سازی عملی بر روی یک نمونه

در فصلهای آینده به تشریح این موضوعات خواهیم پرداخت.

۱-۳-    نمای کلی رساله

این رساله در ۶ فصل تنظیم شده است. در فصل دوم به مرور ادبیات و تحقیقات انجام شده خواهیم پرداخت. در فصل سوم روش حلقه ناظر را که در این پژوهش برای برخورد با مسئله اشباع ارائه شده است خواهیم شکافت. در فصل چهارم روش حلقه ناظر را در یک ساختار کنترل ترکیبی برای برخورد با مسئله اشباع در FJR به کار گرفته و به تشریح وجوه مختلف آن خواهیم پرداخت. در فصل پنجم با دو روش دیگر که بر مبنای بهینه‌سازی H و H2 برای برخورد با مسئله اشباع در FJR ها ارائه شده است آشنا خواهیم شد. فصل ششم به ارائه نتایج پیاده‌سازی بر روی روبات کشسان‌مفصلی که در آزمایشگاه گروه روباتیک ارس دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی ساخته شده است اختصاص دارد. نهایتاً در فصل آخر به جمعبندی و ارائه پیشنهاداتی برای ادامه پژوهش می‌پردازیم.

این مطلب را حتما ببینید بسیار توصیه می شود!!؟  بهنگام سازی ضرایب وزنی آنتن های هوشمند

در این بخش به اجمال نوآوریهای این پژوهش را معرفی خواهیم کرد. در این پژوهش دو مجموعه نوآوری به انجام رسیده است. در مجموعه اول ابتدا یک روش کلی با عنوان «حلقه ناظر» برای برخورد با مسئله اشباع ارائه گشته است [‏C8][1] که سه ویژگی مهم دارد: ۱) وابسته به مدل نیست، ۲) خارج از ساختار اصلی کنترل سیستم قراردارد و به همین دلیل خواص نظری اصلی سیستم را بر هم نمی‌زند، و ۳) محاسبات برخط[۲] پیچیده‌ای ندارد و در عمل به سهولت قابل پیاده‌سازی می‌باشد. این روش بر روی سیستمهای مختلفی پیاده شده است تا نشان داده شود که مستقل از مدل می‌باشد (ویژگی اول) [‎C9]. سپس یک ساختار کنترل ترکیبی[۳] با رویکرد رویه ناوردا[۴] همراه با حلقه ناظر برای روباتهای کشسان‌مفصل ارائه شده است تا نشان داده شود که روش ارائه شده برای کاربرد مورد نظر اصلی پروژه (یعنی FJR) عملکرد مناسبی را در حضور اشباع ایجاد می‌کند [‎J1 و ‎C6]. ساختار ترکیبیِ به کار گرفته شده در عدم حضور اشباع دارای اثبات نظری پایداری است اما نشان داده‌ایم که در حضور اشباع ناپایدار می‌گردد [‎C7]. در این پژوهش به اثبات نظری پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر» پرداخته‌ایم [‎C2، ‎C5 و ‎J3] و بدین ترتیب نشان داده‌ایم که تعمیم خواص نظری سیستم در حضور حلقه ناظر بدون مشکل امکانپذیر است (ویژگی دوم). در ادامه برای اینکه قابلیت پیاده‌سازی روش ارائه شده (ویژگی سوم) نشان داده شود آن را بر روی یک روبات کشسان‌مفصل که در راستای همین پژوهش طراحی و ساخته شده است پیاده نموده‌ایم.

پایان نامه ایران رساله:مجموعه نوآوری دوم ارائه رویکرد دیگری برای مقابله با اثرات اشباع بر پایه روشهای بهینه چند منظوره مبتنی بر نرمهای H2 و H¥ است که به دو روش منتهی می‌شود [‎C4]. در این روشها برای مقاوم بودن کنترلگر از بهینه‌سازی H¥ سود جسته و برای کم کردن دامنه کنترل و جلوگیری از اشباع عملگر، نرم سیگنال کنترلی را نیز در فرایند بهینه‌سازی وارد کرده‌ایم. برای طراحی عددی از تبدیل مسئله به LMI و روشهای عددی متناظر با آن بهره برده‌ایم. تمام مراحل اعم از ارائه ایده اولیه، تعریف مسئله منطبق بر نیازهای FJR بر مبنای آن ایده، چاره‌جویی برای نکات عملی در طراحی کنترلگر، طراحی کنترلگر و در نهایت نشان دادن کاراییِ روش با پیاده‌سازی آن بر روی یک سیستم ساده، در قالب این مجموعه نوآوری انجام پذیرفته است.

در ادامه بندهای مختلفی را که در دو مجموعه نوآوری فوق ذکر نمودیم دوباره برمی‌شمریم:

  • ارائه روش حلقه ناظر برای مقابله با اثرات اشباع
  • استفاده از روش نظارتی برای FJR
  • اثبات پایداری روش نظارتی در یک ساختار کنترل ترکیبی برای FJR
  • ارائه دو روش بهینه مبتنی بر نرمهای H2 و H¥ برای مقابله با اثرات اشباع در FJR
  • تعیین صحت و قابلیت پیاده‌سازی با انجام پیاده‌سازی عملی بر روی یک نمونه

در فصلهای آینده به تشریح این موضوعات خواهیم پرداخت.

برای ایجاد تمایز بین مراجع پژوهش و مقالات استخراج شده از خود پژوهش (که در صفحه ۱۴۷ فهرست شده‌اند)، این مقالات را با افزودن یک حرف لاتین به شمار درآورده‌ایم، حرف J برای مقالات ارائه شده در مجلات و حرف C برای مقالات ارائه شده در کنفرانسها.

 

فهرست مطالب:

پایان نامه ایرن رساله

 



ads

درباره نویسنده

mrk kiani 43 نوشته در ایران رساله| پایان نامه آماده| پروپوزال آماده | تحقیق آماده | مقاله آماده |سمینار آماده دارد . مشاهده تمام نوشته های