نامعینی پارامتری
در نشریات گروه مکانیک-
این مقاله یک رویکرد جدید برای طراحی کنترل کننده مقاوم برای سیستم عمل از دور ارایه می کند؛ در مدل غیرخطی سیستم، نامعینی های پارامتری و در کانال ارتباطی، تاخیر متغیر وجود دارد و رباتها با عملگر انسانی و محیط غیرمنفعل در تماس هستند. ابتدا ساختار قانون کنترل غیرخطی بر مبنای روش انفعال محور برای سیستم نامی طراحی می شود. سپس، به منظور تنظیم پارامترهای کنترل کننده، با استفاده از قضیه لیاپانف-کرازوفسکی، شرایط کافی برای پایداری مجانبی مقاوم سیستم به صورت ناتساویهای ماتریسی استخراج می شود. همچنین، با تعریف شاخص عملکرد مناسب، پارامترهای کنترلکننده چنان تعیین میشوند که ضمن حفظ پایداری مقاوم، خطای ردیابی موقعیت به حداقل برسد. مهمترین مزایای روش ارایه شده عبارتند از: اول، کنترل کننده ارایه شده دارای ساختار ثابت است که به سادگی قابل پیاده سازی عملی است. دوم، پایداری مجانبی سیستم بدون هیچ نیازی به وجود قسمت منفعل در مدل دینامیکی نیروهای تماسی غیرمنفعل تضمین می شود. نتایج شبیه سازی سیستم عمل از دور سه درجه آزادی، با یک روش رقیب مقایسه میشود تا مزایای روش پیشنهادی روشن شود.کلید واژگان: سیستم عمل از دور غیرخطی، نامعینی پارامتری، نیروهای تماسی غیرمنفعل، کنترل انفعال محور، پایداری مجانبی مقاومThis paper presents a novel scheme for robust controller design for teleoperation system; there are parametric uncertainties in nonlinear model and varying time-delay in the communication channel, and robots are in contact with non-passive human operator and environment. First, the structure of nonlinear control law is designed for nominal system utilizing the Passivity Based Control (PBC) scheme. Then, using the Lyapunov-Krasovskii (LK) theorem, sufficient conditions are derived for robust asymptotic stability of system in terms of matrix inequalities to tune controller parameters. Also, by definition of an appropriate performance criterion, controller parameters are obtained to minimize the position tracking errors besides guaranteed robust stability. The contributions of the proposed method are twofold. First, the developed controller is fixed-structure which can be implemented easily in practice. Second, the asymptotic stability of system is assured without any requirement for existence of passive part in the dynamical model of non-passive interaction forces. Simulation results of 3-dof teleoperation system are compared to a rival method to demonstrate the advantages of the suggested method.Keywords: Nonlinear Teleoperation system, parametric uncertainty, Non-passive Interaction Forces, passivity-based control, robust asymptotic stability
-
ربات کروی به ربات های سیار کروی شکل مجهز به مکانیزم محرک داخلی که بر روی زمین بر اثر غلتیدن پوسته خارجی شان حرکت می کنند اطلاق می شود. در این تحقیق، ابتدا یک نمونه از ربات کروی پاندولی مدل سازی شده و سپس به تحلیل دینامیکی مدل ارایه شده در طی حرکت صفحه ای بر روی سطحی با شیب ثابت پرداخته شده است. استخراج معادلات حرکت ربات با استفاده از روش لاگرانژ به انجام رسیده است. سپس، طراحی یک کنترل کننده غیرخطی مبتنی بر روش های خطی سازی به کمک فیدبک انجام گرفته است. در ادامه، با در نظر گرفتن شرایط اولیه غیر منطبق بر مسیر مطلوب، نامعینی پارامتری و همچنین گشتاور اغتشاشی بر روی سیستم به شبیه سازی حرکت ربات پرداخته شده است. نتایج شبیه سازی بیانگر توانایی و عملکرد مطلوب کنترل کننده در تعقیب تابع زمانی انتخاب شده برای حرکت دورانی پوسته کروی بر روی سطح شیب دار تحت شرایط فیزیکی نامطلوب پیش بینی شده برای ربات است.کلید واژگان: ربات کروی، معادلات دینامیکی، گشتاور اغتشاشی، نامعینی پارامتری، کنترل غیر خطیSpherical robots are the mobile robots with spherical shape equipped to internal drive mechanism that move on the ground due to their external shell rolling. In this research, after modeling of a pendulum type of the spherical robots, dynamic analysis of their model during planar motion on an inclined surface is performed. The motion equations of spherical robot are derived using Lagrange method. Also, a nonlinear controller based on feedback linearization methods is designed. In the following, considering non-confirm initial conditions on trajectory, parametric uncertainty and also disturbance torque on robot, the motion of robot is simulated. The results indicate that the designed controller has proper and resistant performance in tracking selected trajectory for sphere shell rotation during moving on specified inclined surface.Keywords: Spherical Robot, Dynamic Equations, Disturbance Torque, Parametric Uncertainty, Non-linear Control
-
بازوهای صنعتی باید قادر به کار در محیط هایی با اختلال های پیش بینی نشده باشند. در این مقاله یک کنترل کننده ترکیبی منطق فازی نوع دوم-شبکه عصبی و مود لغزشی مرتبه بالا برای یک بازوی رباتیکی که تحت اختلال خارجی قابل توجه و نامعینی پارامتری است، پیشنهاد شده است. منطق فازی نوع دوم به دلیل استفاده از توابع عضویت فازی و وجود اثر نامعینی در الگوریتم، انتخابی مناسب در مواجهه با نامعینی محیطی محسوب می شود. همچنین شبکه عصبی می تواند به افزایش مقاومت کنترل کننده در برابر نامعینی منجر شود. با وجود آنکه ذاتا شبکه عصبی نیاز به ساخت قوانین فازی مرتبه دوم خود ندارد، قوانین اولیه ای که بر مبنای سطح لغزش روش مود لغزشی تعیین شود، می تواند به بهبود رفتار سیستم کمک کند. از جمله ویژگی های کنترل کننده جدید، افزایش مقاومت آن نسبت به روش های کلاسیک در حضور نامعینی پارامتری و اختلال خارجی است. به علاوه، ویژگی خود تنظیمی کنترل کننده که بر مبنای وجود شبکه عصبی در بلوک مرکزی کنترل کننده فازی نوع دوم است، به افزایش مقاوم بودن روش کمک کرده است. عملکرد مثبت کنترل کننده پیشنهادی تحت اختلال های قابل توجه شبیه سازی ها نشان داده شده است.
کلید واژگان: منطق فازی نوع دوم، مود لغزشی مرتبه بالا، نامعینی پارامتری، اختلال خارجیIndustrial arms must be able to perform their tasks in environments with serious unplanned conditions and perturbations. In this paper, the aim is to control a robotic manipulator which is under parametric uncertainty and significant external perturbations. Fuzzy type 2 logic is considered as an appropriate choice in the face of uncertain conditions due to various reasons such as the use of fuzzy membership functions and footprint of uncertainty existence in the algorithm. The use of neural network can increase the robustness of controller in the face of uncertainties. Although the neural network does not necessarily need to build its fuzzy type 2 rules, the initial rules based on sliding surface of sliding mode scheme can improve system’s performance. More robustness of the novel algorithm in comparison with classic sliding mode controller is the main feature made in the presence of parametric uncertainty and external perturbations. In addition, the controller self-regulation feature, based on the existence of neural network in the central block of fuzzy type 2 controller, helps to increase the robustness of the method. Positive performance of novel scheme has been shown in simulation of two-link robotic arm with different significant perturbations.
Keywords: Fuzzy Type 2 Logic, Higher Order Sliding Mode, parametric uncertainty, Perturbation -
ربات کروی به ربات های سیار کروی شکل مجهز به مکانیزم محرک داخلی که روی زمین بر اثر غلتیدن پوسته خارجی شان حرکت می کنند، اطلاق می شود. در این تحقیق، ابتدا یک نمونه ربات کروی آونگی، مدل سازی شد و سپس به تحلیل دینامیکی و استخراج معادلات حرکت صفحه ای ربات بر مسیرهای غیرتخت صفحه ای به روش لاگرانژ پرداخته شده است. همچنین با درنظرداشتن کمبود تعداد عملگر نسبت به تعداد درجات آزادی ربات کروی، طراحی یک کنترل کننده غیرخطی، مبتنی بر روش های خطی سازی به کمک فیدبک انجام گرفته است. پس از آن با درنظرگرفتن شرایط اولیه غیرمنطبق بر مسیر، نامعینی پارامتری و نیز گشتاور اغتشاشی بر سیستم به بررسی عملکرد کنترل کننده پرداخته شده است. با انتخاب مسیر مناسب برای حرکت ربات، به شبیه سازی و حل عددی معادلات حرکت ربات در نرم افزار متلب پرداخته و زوایای چرخشی آونگ و گشتاور تولی شده توسط عملگر به دست آمده است. نتایج حاصل، گویای عملکرد مطلوب و مقاوم کنترل کننده در دنبال کردن مسیر تعیین شده برای چرخش پوسته کروی ربات حین عبور بر سطح غیرتخت انتخاب شده، است.
کلید واژگان: ربات کروی، سطح غیرتخت، معادلات حرکت، کنترل غیرخطی، نامعینی پارامتریSpherical robots are the mobile robots with spherical shapes equipped to an internal drive mechanism that moves on the ground due to their external shell rolling. In this research, first, a pendulum spherical robot is modeled, then using the Lagrange method, dynamic equations of plane motion of robot on the non-flat surface are derived. Considering the scarcity of the number of operators relative to the number of degrees of freedom of the spherical robot, designing of a non-linear controller is performed based on feedback linearization techniques. Therefore, regarding non-confirm initial conditions on the trajectory, parametric uncertainty and disturbance torque on the robot, the performance of the system has been investigated. By selecting the appropriate rotation trajectory, the robot motion is simulated in MATLAB software and in following the pendulum rotation angle and actuating torque are obtained. The results indicate that the designed controller has proper and resistant performance in tracking selected trajectory for sphere shell rotation during moving on a non-flat surface.
Keywords: Spherical Robot, Non-Flat Surface, Motion Equations, Non-Linear Control, Parametric Uncertainty -
این مقاله یک روش کنترل پیش بین مقاوم را با استفاده از نامعادلات ماتریسی خطی برای سیستم تعلیق فعال خودرو با نامعینی های پارامتری ارائه می کند. از آنجا که هدف سیستم تعلیق بهبود راحتی سفر و جاده پذیری ضمن ارضای قیود سیستم تعلیق نظیر حد جابجایی تعلیق و حداکثر مجاز نیروی کنترلی است، از روش کنترل پیش بین که از متداول ترین روش های کنترل در مسایل بهینه سازی مقید می باشد، استفاده شده است. همچنین جهت لحاظ کردن قیود تعلیق در طراحی کنترل کننده از ابزار نامعادلات خطی استفاده شده است که در آن پایداری سیستم تعلیق طراحی شده در صورت برآورده شدن نامعادلات ماتریسی خطی اثبات می شود. از طرفی وجود نامعینی های پارامتری در سیستم تعلیق اجتناب ناپذیر است. در مقاله حاضر، با توسعه و محاسبه نامعادلات ماتریسی خطی جدید، روش کنترل پیش بین پیشنهادی با عملکرد مقاوم در برابر نامعینی های پارامتری طراحی شده است. به منظور ارزیابی عملکرد سیستم کنترل پیشنهادی، کنترل کننده پیش بین طراحی شده بر مدلی از سیستم تعلیق فعال یک چهارم خودرو در حضور نامعینی های پارامتری اعمال می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که روش پیشنهادی کنترل پیش بین مقاوم عملکرد خوبی را با وجود نامعینی پارامتری داشته و در ارضای قیود سیستم تعلیق به خوبی عمل می کند. همچنین نتایج شبیه سازی با پروفایل های جاده مختلف، نشان دهنده مستقل بودن روش کنترل پیش بین پیشنهادی از تحریک های جاده است.کلید واژگان: سیستم تعلیق فعال خودرو، کنترل پیش بین مقاوم، نامعادلات ماتریسی خطی، نامعینی پارامتریIn this article, a robust model predictive control (RMPC) using linear matrix inequalities (LMIs) is proposed for vehicle suspension design with parameter uncertainties. Since, in vehicle suspension design, it is desired to improve ride comfort and road holding while satisfying suspension constraints such as suspension deflection and maximum of control input, model predictive control is proposed which is among the most common approaches in constrained optimization problems. On the other hand, to handle suspension constraints, linear matrix inequalities are utilized here. Stability of the designed suspension system is proved, if the proposed linear matrix inequalities are feasible. In addition, uncertain parameters in suspension system are inevitable. In this paper, model predictive control is extended to care for parameter uncertainties by proposing new LMIs. To evaluate the effectiveness of the proposed approach, the proposed control method is applied to quarter car suspension model with parameter uncertainty. Simulation results endorse that the designed controller shows a competitive robust performance while satisfying suspension constraints existing parameter uncertainties. Moreover, simulations with different road profiles, show that the proposed controller is independent from various road excitations.
-
در موتورهای الکترومغناطیسی، برای افزایش گشتاور قابل اعمال توسط موتور به خروجی، نیاز است از یک روتور با ممان اینرسی بیشتر استفاده شود. درحالیکه در اغلب کاربردهای رباتیکی، بخصوص واسط های هپتیکی، موتورهای الکترومغناطیسی در وضعیت دینامیکی بوده که نیروی اینرسی در آن تاثیر عمده ای دارد. در این مقاله یک روش کنترلی مقاوم برای نوعی عملگر ترکیبی ویسکوز پیشنهاد شده است که ویژگی بارز آن را می توان قدرت تامین گشتاور متغیر مطلوب با حفظ ممان اینرسی کم عنوان کرد. این عملگر ترکیبی شامل دو موتور جریان مستقیم می باشد که شفت های آنها با یک کوپلر ویسکوز غیر تماسی بطور دورانی به یکدیگر متصل شده-اند. این روش اتصال براساس جریان گردابی می باشد تا ویژگی های مورد نظر را تامین نماید. موتور دور وظیفه حذف و یا کاهش نیرو-های اینرسی و همچنین نیروهای دینامیکی وارد شده به عملگر را دارد. وظیفه موتور نزدیک تامین گشتاور مطلوب در خروجی می-باشد. از آنجایی که ذات این سیستم خطی می باشد، روش کنترلی مقاوم پیشنهاد شده بر مبنای Hꝏ بوده و در طراحی آن قیود فیزیکی مانند اشباع ولتاژ موتور ها، اشباع سرعت دمپر دورانی، بیشترین سرعت و شتاب وارد شده به عملگر از طرف کاربر و همچنین نویز سنسور نیرو در نظر گرفته شده اند. همچنین روش مقاوم μ-synthesis برای سیستم با حضور نامعینی های پارامتری و سایر قیود فیزیکی بررسی شده است. پیاده سازی کنترلر طراحی شده بر روی مدل یک واسط هپتیک یک درجه آزادی، دستیابی به ویژگی های مورد نظر را تائید می نماید.کلید واژگان: عملگر ترکیبی، واسطه هپتیکی، کنترل گشتاور موتور جریان مستقیم، کنترل مقاوم، نامعینی پارامتریIn electromagnetic motors, increase in output torque leads to increase in rotor inertia. Various robotics applications, especially haptic interfaces, oblige convenient dynamic performances of electromagnetic motors which are strongly in turn influenced by the rotors inertia. In the present paper, a robust control method for a viscous hybrid actuator is developed which supplies a desired varying torque while maintaining a constant low inertia. This hybrid actuator includes two dc motors with the shafts coupled through a rotational damper using a viscous non-contact coupler. This coupling method is based on Eddy current to provide the required performances. The large far motor eliminates or reduces the inertial forces and external dynamics effects on the actuator. The small near motor provides the desired output torque. Since the system is essentially linear, the applied robust control method is based on Hꝏ and parametric uncertainties and physical constraints including motors voltages saturation, rotary dampers speed saturation, fastest users speed and acceleration applied to the actuator and force sensor noise are considered in its design. Also the robust method of µ-synthesis for the system in presence of parameteric uncertainties and other physical constraints are studied. The implementation of the controller on a 1 dof haptic interface model validate the achievement of the desired performances.Keywords: Hybrid actuator, Haptic interface, DC motor torque control, Robust control, Parametric uncertainty
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.