ارس فایل » پایان نامه طراحی و پیاده سازی
از دیروز بیاموز. برای امروز زندگی کن و امید به فردا داشته باش. (آلبرت انیشتن)
ضمانت بازگشت
فایل های تست شده
پرداخت آنلاین
تضمین کیفیت
دانلود فوری

قیمت فایل : 5900 تومان

نوع فایل : پایان نامه تعداد صفحات : 158 حجم فایل (مگابایت) : 1 فرمت فایل : ورد نرم افزارهای مورد نیاز : Microsoft Office
<span itemprop="name">پایان نامه طراحی و پیاده سازی</span>

پایان نامه طراحی و پیاده سازی

 

چكيده

 

در اين پژوهش مسئلة كنترل روبات كشسان‌مفصل با لحاظ محدوديت اشباع عملگر مورد بررسي دقيق قرار گرفته است. بدين منظور با استفاده از دو رويکرد مختلف روشهايي براي حل آن ارائه شده است. در ادامه با استفاده از شبيه‌سازيهاي مختلف عملكرد روشهاي ارائه شده بررسي و سپس پايداري مقاوم ساختار پيشنهادي به صورت نظري اثبات شده است. در پايان صحت ادعاهاي نظري با پياده‌سازي عملي بر روي يك روبات كشسان‌مفصل دو درجه آزادي مورد تأييد قرار گرفته است.

در اين پژوهش دو مجموعه نوآوري به انجام رسيده است. در مجموعة اول ابتدا يك روش كلي با عنوان «حلقة ناظر» براي برخورد با مسئلة اشباع ارائه شده است. اين روش بر روي سيستمهاي مختلفي پياده شده تا نشان داده شود كه مستقل از مدل مي‌باشد. سپس يك ساختار كنترل تركيبي همراه با حلقة ناظر براي روباتهاي كشسان‌مفصل ارائه شده تا نشان داده شود كه روش ارائه شده براي كاربرد اصلي مورد نظر پروژه (يعني روبات كشسان‌مفصل) عملكرد مناسبي را در حضور اشباع ايجاد مي‌كند. در ادامة اين پژوهش به اثبات نظري پايداري براي ساختار «تركيبي + ناظر» پرداخته‌ايم. سپس براي اينكه قابليت پياده‌سازي روش ارائه شده نشان داده شود آن را بر روي يك روبات كشسان‌مفصل كه در راستاي همين پژوهش طراحي و ساخته شده است پياده نموده‌ايم.

مجموعه نوآوري دوم ارائة رويكرد ديگري براي مقابله با اثرات اشباع در روباتهاي كشسان‌مفصل بر پاية روشهاي بهينة چند منظوره مبتني بر نرمهاي H2 و H است. در اين روشها براي مقاوم بودن كنترلگر از بهينه‌سازي H سود جسته و براي كم كردن دامنة كنترل و جلوگيري از اشباع عملگر، نرم سيگنال كنترلي نيز در فرايند بهينه‌سازي در نظر گرفته شده است. براي طراحي عددي از تبديل مسئله به LMI و روشهاي عددي متناظر با آن استفاده شده است. همچنين جهت نشان دادن كاراييِ روش در عمل، پياده‌سازي آن بر روي روبات مذكور انجام پذيرفته است.

 

كلمات كليدي: روبات كشسان‌مفصل، اشباع عملگر، كنترل تركيبي، حلقة ناظر، روش كنترل H2/H∞، منطق فازي.

 

۱–         مقدمه

 

در اين فصل با ورود به دنياي «روباتهاي كشسان‌مفصل» و بررسي مشكلات كنترل آنها و سپس با بررسي وجوه گوناگون مسئلة «محدوديت دامنة كنترل» زمينه‌هاي لازم براي بيان چالشهاي موجود را فراهم آورده‌ايم. بدين ترتيب به بيان انگيزه و ضرورت انجام اين پژوهش پرداخته و در پايان به معرفي اجمالي نوآوريهاي اين پژوهش خواهيم پرداخت.

۱-۱-      جايگاه روباتهاي كشسان‌مفصل در مهندسي كنترل

طراحي كنترل براي روباتها از اوايل دهه ۱۹۷۰ توجه مهندسان كنترل را به خود جلب كرد و كم‌كم روباتها در كاربردهاي متنوعي مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه روباتهاي چند‌محوره در كاربردهاي مختلف فضايي، صنعتي و غيره به كار گرفته شده‌اند كه اغلب با كنترلگرهاي متداول مانند PID كار مي‌كنند و مي‌توان ادعا كرد كه مسئلة كنترل مكان براي روباتهاي صلب امروزه به طور مناسبي فهميده و حل شده است [ ]. اما رفته‌رفته در اثر جايگزيني روباتهاي متداول با روباتهاي جديد كه كوچكتر، سبكتر، سريعتر و باهوشتر هستند ديگر كنترلگرهاي متداول پاسخ مناسبي به نيازهاي كنترلي روباتها نداده و مسائل جديدي در مهندسي كنترل رخ مي‌نمايد. مي‌توان نشان داد كه در اغلب كاربردهاي جديد مانند روباتهاي پيشرفتة فضايي، روباتهاي خدمتكار، سيستم‌هاي پس‌خورانندة نيرو ، دستها و بازوهاي ماهر روباتيكي [ ] و ريزروباتها ، مسئلة مشترك اصلي براي كنترل روباتها «كشساني مفاصل» است. در اغلب موارد، كشساني نتيجة ذاتي القا شده از طرف ساختار روبات مي‌باشد؛ اما در مواردي نيز كشساني عمداً به روبات اضافه مي‌شود. تا چندي پيش رويكرد طراحي روباتها «هرچه صلب‌تر بهتر» بود و اين رويكرد نه به خاطر نارسايي روباتهاي كشسان، بلكه به خاطر سادگي كنترل در روباتهاي صلب اتخاذ مي‌شد [ ،   و  ]؛ اما امروزه اين رويكرد كمرنگ شده است زيرا در واقع صلب بودن و كشساني هر كدام مزيتهاي خود را دارند. در عملگرهاي صلب پهناي باند بالايي براي اعمال نيرو وجود دارد كه كنترل را ساده مي‌كند؛ از طرف ديگر اگر از عملگرهاي كشسان استفاده شود كنترل نيروي پايدار و كم‌نويز به علاوة ايجاد ايمني در تعامل با اشياي خارجي و برخوردهاي اتفاقي را خواهيم داشت [  و  ].

منشأ ايجاد كشساني در مفاصل، اغلب سيستم انتقال توان مي‌باشد اگر در آن از عناصري مانند ‌هارمونيك‌درايو، تسمه (مانند روبات RTX [ ]) يا محورهاي بلند [ ] استفاده شده باشد. علاوه بر سيستم انتقال توان، حسگرهاي گشتاور و يا برخي عملگرها [۶، ۷،  ] نيز مي‌توانند منشأ كشساني ‌باشند. از نظر تعداد، در اغلب روباتهاي كشسان‌مفصل  (FJR) منشأ ايجاد كشساني ‌هارمونيك‌درايو است (مثلاً در بازوي ايستگاه فضايي بين‌المللي (شكل ‏۱ ۱)، دست روباتيكي ساخته شده در مركز فضايي آلمان (شكل ‏۱ ۲) و روبات صنعتي GE-P50 [ ]) و ديگر موارد ذكر شده به صورت انگشت‌‌شمار رخ‌ مي‌نمايند. (براي آشنايي عمومي با ‌هارمونيك‌درايو به مرجع [ ] رجوع نماييد).

۱-۲-      مشكلات كنترل روباتهاي كشسان‌مفصل

همانطور كه ديديم استفاده از روباتهاي كشسان مسئله‌اي غير قابل اجتناب است؛ اما اين كار مشكلات كنترلي خاص خود را به وجود خواهد آورد. در [۱۱] نشان داده شده است كه به‌كارگيري الگوريتم‌هاي كنترلي كه با فرض صلبيت طراحي شده‌اند براي برخي روباتهاي واقعي كه كاملاً صلب نيستند باعث ايجاد محدوديت در عملكرد روبات مي‌شود. در اين مقاله همچنين به طور تجربي نشان داده شده است كه در يك روبات خاص (روبات P50 از كارخانه General Electric) كشساني مفاصل منجر به ايجاد مودهاي نوساني با ميرايي كم در پاسخ حلقه باز مي‌شود. شبيه به اين نتايج در ديگر روباتها نيز مشاهده مي‌شود؛ مثلاً در بازوهاي هيدروليكي بخاطر نرمي خطوط هيدروليكي و تراكم پذيري روغن مورد استفاده، در فركانس تشديد، روبات خوش‌رفتار نيست و اين واقعيت روي الگوريتمهاي كنترليِ صلب محدوديت پهناي باند مي‌گذارد و ممكن است حتي منجر به ناپايداري شود [۳]. از طرف ديگر در [ ] نشان داده شده است كه يك روبات كشسان سه محوره قابل خطي‌سازي با فيدبك نيست و كنترل آن روشهاي جديدي مي‌طلبد. به طور كلي امروزه پذيرفته شده است كه روشهاي صلب جوابگوي تمامي نيازهاي كنترلي در روباتيك نيستند و در نظر گرفتن خاصيت كشساني از اهميت بالايي برخوردار است.

كار بر روي كنترل روباتهاي كشسان‌مفصل از اوايل دهه ۸۰ آغاز شده است و هنوز ادامه دارد. ديدگاههاي متنوعي در دو دهة گذشته براي برخورد با مسئلة كشساني در مفاصل ارائه شده‌اند و صدها مقاله در اين زمينه را مي‌توان در ميان منابع يافت. به طور كلي اين مقالات را مي‌توان به دو دسته تقسيم كرد: مقالات تحليل و مقالات طراحي. در دستة اول نويسندگان به مباحثي چون مدلسازي روباتهاي كشسان‌مفصل، بيان پايه‌هاي رياضي مورد استفاده، بررسي خواص اين روباتها، تحليل پايداري و غيره پرداخته‌اند. در دستة دوم نويسندگان صرفاً به طراحي كنترل براي يكي از مدلهاي ارائه شده پرداخته‌اند كه در ميان اين مقالات به انواع روشهاي كنترلي كلاسيك، مدرن، هوشمند، خطي، غيرخطي، مقاوم، تطبيقي و … بر مي‌خوريم. در بخش ‏۲-۱- پويش جامعي از كارهاي انجام شده در اين زمينه را ارائه خواهيم كرد. در يك كلام نتيجه‌اي كه با مرور ادبيات موضوع مي‌توان به آن رسيد اين است كه در واقع بسياري از مشكلات كنترل روباتهاي كشسان‌مفصل بررسي شده‌اند اما جنبه‌هاي عملي مسئله خيلي كم مورد توجه قرار گرفته‌اند و اغلب مقالات با مدلهايي كار كرده‌اند كه در استخراج آنها فرضهاي ساده كننده (و شايد غير واقعي) زيادي به كار رفته است. بيشتر مقالات كارايي روش پيشنهادي خود را توسط شبيه‌سازي آزموده‌اند و تنها در موارد معدودي به پياده‌سازي بر مي‌خوريم. حتي مسئلة اشباع عملگرها كه از متداولترين مشكلات عملي كنترل است تقريباً در هيچ مقاله‌اي در نظر گرفته نشده است. در اين پژوهش اين کاستي‌ها مورد بررسي، تعريف دقيق و حل قرار گرفته‌اند.

۱-۳-      كنترل با وجود محدوديت دامنه

از ابتداي شكل‌گيري مهندسي كنترل به صورت امروزي، بحث محدوديت دامنة كنترل و

اشباع شدن عملگرها به دليل گريزناپذير بودن مواجهه با آن و جدي بودن مشكلات ناشي از آن، مطرح بوده است. در دهه‌هاي ۵۰ و ۶۰ همزمان با شكوفايي كنترل بهينه پژوهشگران به محدوديت ناشي از اشباع عملگر نيز نظر داشته‌اند [به عنوان نمونه  ،  ،  ]. نتيجة آن پژوهشها به صورت روشهايي از خانوادة bang-bang امروزه در كتب درسي كنترل بهينه جمعبندي شده‌اند و قدمت و حجم پژوهش در اين زمينه چنان بوده است كه كتب و ويژه‌نامه‌هاي بسياري در اين باره منتشر شده است [ ،  ،   و…]. پس از گذشت چند دهه، در دهة اخير شاهد رويكرد مجددي به مسئلة اشباع هستيم و اين واقعيت نشان مي‌دهد كه هنوز اين مسئله به طور كامل حل نشده است و از وجوه گوناگون جاي كار دارد. شاهد اين مدعا علاوه بر حجم كثير مقالات در سالهاي اخير، مي‌تواند گفتة صابري، Lin و Teel (كه هر كدام صاحب مقالات (و كتب) متعددي در اين زمينه هستند) در مقالات [ ،   و  ] باشد كه به اين واقعيت اذعان داشته‌اند. در واقع چند دهه قبل مهندسان كنترل در پي «رفع مانعي به نام اشباع عملگر» بودند كه اين مسئله تا حد زيادي از حالت مانع بودن خارج شد. امروزه پژوهشگران بيشتر در پي «حفظ عملكرد در حضور محدوديتي به نام اشباع» هستند.

مشكلات ناشي از اشباع شدن عملگر(ها) را به طور كلي مي‌توان سه دسته نمود: كوك‌شدگي ، ناپايداري و تغيير جهت بردار كنترل. بويژه مشكل ناپايداري نه تنها در تمام سيستمها بسيار جدي است بلكه در فصل ‏۴- نشان خواهيم داد كه در روباتهاي كشسان‌مفصل نيز اين مشكل رخ مي‌دهد و مهمترين كاستي در آخرين روشهاي ارائه شده براي كنترل اين روباتها (كه با فرض عدم وجود محدوديت دامنه ارائه شده‌اند) همين مشكل است. در اين پژوهش براي رفع اين مشكلات با جلوگيري از رخ دادن اشباع چاره‌انديشي شده است.

 

۱-۴-      نوآوريهاي اين پژوهش

در اين بخش به اجمال نوآوريهاي اين پژوهش را معرفي خواهيم كرد. در اين پژوهش دو مجموعه نوآوري به انجام رسيده است. در مجموعة اول ابتدا يك روش كلي با عنوان «حلقة ناظر» براي برخورد با مسئلة اشباع ارائه گشته است [‏C8]  كه سه ويژگي مهم دارد: ۱) وابسته به مدل نيست، ۲) خارج از ساختار اصلي كنترل سيستم قراردارد و به همين دليل خواص نظري اصلي سيستم را بر هم نمي‌زند، و ۳) محاسبات برخط  پيچيده‌اي ندارد و در عمل به سهولت قابل پياده‌سازي مي‌باشد. اين روش بر روي سيستمهاي مختلفي پياده شده است تا نشان داده شود كه مستقل از مدل مي‌باشد (ويژگي اول) [‎C9]. سپس يك ساختار كنترل تركيبي  با رويكرد روية ناوردا  همراه با حلقة ناظر براي روباتهاي كشسان‌مفصل ارائه شده است تا نشان داده شود كه روش ارائه شده براي كاربرد مورد نظر اصلي پروژه (يعني FJR) عملكرد مناسبي را در حضور اشباع ايجاد مي‌كند [‎J1 و ‎C6]. ساختار تركيبيِ به كار گرفته شده در عدم حضور اشباع داراي اثبات نظري پايداري است اما نشان داده‌ايم كه در حضور اشباع ناپايدار مي‌گردد [‎C7]. در اين پژوهش به اثبات نظري پايداري براي ساختار «تركيبي + ناظر» پرداخته‌ايم [‎C2، ‎C5 و ‎J3] و بدين ترتيب نشان داده‌ايم كه تعميم خواص نظري سيستم در حضور حلقة ناظر بدون مشكل امكانپذير است (ويژگي دوم). در ادامه براي اينكه قابليت پياده‌سازي روش ارائه شده (ويژگي سوم) نشان داده شود آن را بر روي يك روبات كشسان‌مفصل كه در راستاي همين پژوهش طراحي و ساخته شده است پياده نموده‌ايم.

مجموعه نوآوري دوم ارائة رويكرد ديگري براي مقابله با اثرات اشباع بر پاية روشهاي بهينة چند منظوره مبتني بر نرمهاي H2 و H است كه به دو روش منتهي مي‌شود [‎C4]. در اين روشها براي مقاوم بودن كنترلگر از بهينه‌سازي H سود جسته و براي كم كردن دامنة كنترل و جلوگيري از اشباع عملگر، نرم سيگنال كنترلي را نيز در فرايند بهينه‌سازي وارد كرده‌ايم. براي طراحي عددي از تبديل مسئله به LMI و روشهاي عددي متناظر با آن بهره برده‌ايم. تمام مراحل اعم از ارائة ايدة اوليه، تعريف مسئله منطبق بر نيازهاي FJR بر مبناي آن ايده، چاره‌جويي براي نكات عملي در طراحي كنترلگر، طراحي كنترلگر و در نهايت نشان دادن كاراييِ روش با پياده‌سازي آن بر روي يك سيستم ساده، در قالب اين مجموعه نوآوري انجام پذيرفته است.

 

منابع

 

Siciliano B., “Control in robotics: Open problems and future directions”, IEEE Int. Conf. on Control Applications, 1998

[ ]         Liu H., Meusel P., Butterfass J., Hirzinger G., “DLR’s Multisensory articulated hand. Part II : The parallel torque/position control system”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1998

[ ]         Spong M. W., Khorasani K., Kokotovic P. V., “An integral manifold approach to the feedback control of FJRs”, IEEE Journal of Robotics and Automation, 1987

[ ]         Lin L. C., Yuan K., , “Control of FJRs via external linearization approach”, Journal of Robotic Systems, 1990

[ ]         Khorasani K., “Adaptive Control of FJR”, IEEE Trans. on Robotics and Automation, 1992

[ ]         Williamson M. M., “Series elastic actuators”, A. I. Technical Report, 1995

[ ]         Robinson D. W., Pratt J. E., Paluska D. J., Pratt G. A., “Series elastic actuator development for a biomimetic walking robot”, IEEE/ASME Int. Conf. on Advanced Intelligent Mechatronics, 1999

[ ]         Wilson G. A., Irwin G. W., “Tracking Control of Manipulators with Elastic Joints”, IEEE Int. Conf. on Control Applications, 1993

[ ]         Dixon W. E., Zergroglu E., Dawson D. M., Hannan M. W., “Global Adaptive Partial State Feedback tracking Control of Rigid Link FJR”, IEEE/ASME Int. Conf. on Advanced Intelligent Mechatronics, 1999

[ ]         Bar-Cohen Y., Xue T., Shahinpoor M., Simpson J., Smith J., “Flexible low mass robotic arm actuated by electro active polymers and operated equivalently to human arm and hand”, Conf. and Exposition/Demonstration on Robotic for Challenging Environments, 1998

[ ]         Sweet L. M., Good M. C., “Re-definition of the robot motion control problems: Effects of plant dynamics, drive system constraints, and user requirements”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1984

[ ]         سجاد ازگلي، حميدرضا تقي‌راد، آشنايي با روباتهاي كشسان‌مفصل و هارمونيك درايو، كنفرانس دانشجويي برق، شهريور ۱۳۸۱، دانشگاه شيراز

[ ]         Cesareo G., Marino R., “On the controllability properties of elastic robots”, Int. Conf. on Analysis and Optimization of Systems, 1984

[ ]         Chang S. S. L., “Minimal time control with multiple saturation limits”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1963

[ ]         Chang S. S. L., “Optimal control in bounded phase space”, Automatica, 1962

[ ]         Gamkrelidze R. V., “Optimal control processes with restricted phase coordinates”, Izvestia Akad. Nauk SSR, 1960

[ ]         International journal of nonlinear and robust control, Special issue on saturating actuators, No. 5, 1995

[ ]         Saberi A., Stoorvogel A. A., Sannuti P., Control of Linear Systems with Regulation and Input Constraints, Springer Verlag, 2000

[ ]         Tabouriech S. and Garcia G. Eds., Control of Uncertain Systems with Bounded Inputs, Springer Verlag, 1997

[ ]         Shi G., Saberi A., “On the input_to_state stability (ISS) of a double integrator with saturated linear control laws”, American Control Conf., 2002

[ ]         Saberi A., Lin Z., Teel R., “Control of linear systems with saturating actuators”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1996

[ ]         Cao Y., Lin Z., Shamash Y., “Set invariance analysis and gain scheduling control for LPV systems to actuator saturation”, American Control Conf., 2002

[ ]         Ficola A., Marino R., Nicosia S., “A Singular perturbation approach to the control of elastic robots”, Annual Allerton Conf. on Communication, Control and Computing, 1983

[ ]         Good M. C., Storbel K. L., Sweet L. M., “Dynamics and control of robot drive systems”, General Electric Company, Corporate Research and Development, 1983

[ ]         Good M. C., Sweet L. M., Storbel K. L., “Dynamic models for control system design of integrated robot and drive systems”, ASME J. Dynamic Syst., Meas., Contr., 1985

[ ]         Kuntze H. B., Jacubasch A., “On the closed loop control of an elastic industrial robot”, American Control Conf., 1984

[ ]         Kuntze H. B., Jacubasch A., Richalet J., Arber C., “On the predictive functional control of an elastic industrial robot”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1986

[ ]         Cesareo G., Marino R., “On the controllability of elastic robots”, in INRIA Int. Conf., Lecture Notes in Control and Inf. Sci., Springer-Verlag, 1984

[ ]         Widmann G. R., Ahmad S., “Control system design of robots with Flexible Joints”, in Recent Trends in Robotics: Modeling, Control and Education. Jamshidi, Luh, Shahinpoor, Eds., 1986

[ ]         Widmann G. R., Ahmad S., “Control of industrial robots with Flexible Joints”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1987

[ ]         Gebler B., “Feedforward control strategy for an industrial robot with elastic links and joints”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1987

[ ]         Tomei P., Nicosia S., Ficola A., “An approach to the adaptive control of elastic joints robots”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1986

[ ]         Marino R., Spong M. W., “Nonlinear control techniques for flexible joint manipulators”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1986

[ ]         Forrest-Barlach M. G., Babcock M., “Inverse Dynamics position control of a compliant manipulator”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1987

[ ]         Spong M. W., “Modeling and Control of elastic joint robots”, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 1987

[ ]         De Luca A., Isidori A., Nicolo F., “An application of nonlinear model matching to the control of robot arms with elastic joints”, IFAC Symp. Robot Control, 1985

[ ]         Khorasani K., Spong M. W., “Invariant manifolds and their application to robot manipulators with Flexible Joints”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1985

[ ]         Khorasani K., Kokotovic P. V., “Feedback linearization of a flexible manipulator near its rigid body manifold”, System and Control Letter, 1985

[ ]         Khorasani K., “Feedback control of robots with elastic joints: a geometric approach”, 1986

[ ]         Al Ashoor R. A., Patel R. V., Khorasani K., “Robust Adaptive Controller Design and Stability for FJM”, IEEE Trans. on Systems, Man and Cybernetics, 1993

[ ]         Ghorbel F., Spong M. W., “Adaptive Integral Manifold Control of FJR Manipulators”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1992

[ ]         Ghorbel F., Altpeter F., Longchamp R., “Integral Manifold Control of a Mechanical System with a Flexible Shaft”, Int. Conf. on Recent Advances in Mechatronics, 1995

[ ]         Ghorbel F., Spong M. W., “Integral Manifold of Singularly Perturbed Systems with Application to Rigid-link FJ Multibody Systems”, Int. Journal of Nonlinear Mechanics, 2000

[ ]         Amjadi F R., Khadem S. E., Khaloozadeh H., “Position and velocity control of a FJR manipulator via fuzzy controller based on singular perturbation analysis”, IEEE Int. Fuzzy Systems Conf., 2001

[ ]         Nicosia S., Tomei P., “On the feedback linearization of robots with elastic joints”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1988

[ ]         Readman M. C., Belanger P. R., “Analysis and Control of a FJR”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1990

[ ]         Murphy S. H., Wen J. T., Saridis G. N., “Simulation and analysis of flexibly jointed manipulators”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1990

[ ]         Bridges M. M., Dawson D. M., “Redesign of robust controllers for rigid link FJ robotic manipulators actuated with harmonic drive “, IEE – Control Theory and Applications, 1995

[ ]         Oh J. H., Lee J. S., “Control of FJR System by Backstepping Design Approach”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1997

[ ]         Ciuca F., Lahdhiri T, Elmaraghy H. A., “Linear Robust motion control of FJR, Part A : Modeling”, American Control Conf., 1999

[ ]         Lahdhiri T, Ciuca F., Elmaraghy H. A., “Robust Linear Motion Control of FJRs, Part B: Control”, American Control Conf., 1999

[ ]         Wang W. S., Liu C. H., “Implementation of H2 Optimal Controller for a Single Link FJR”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1990

[ ]         Chen G., “Exact Closed Form Solution for Constrained Trajectory Control of Single Link FJM”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1990

[ ]         Malki H. A., Misir D., Feigenspan D., Chen G., “Fuzzy PID control of a FJR arm with uncertainties from time varying loads”, IEEE Trans. on Control Systems Technology, 1997

[ ]         Liang F., Elmaraghy H. A., “Robust Control of FJR”, Canadian Conf. on Electrical and Computer Engineering, 1993

[ ]         Sira-Ramirez H. J., Spong M. W., “Variable structure control of FJMs”, IEEE Journal of Robotics and Automation, 1988

[ ]         Tomei P., “A Simple PD Controller for Robots with Elastic Joints”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1991

[ ]         Kim H., Parker J. K., “Artificial Neural Network for Identification and Tracking Control of a FJ Single Link Robot”, IEEE SSST, Southeastern Symposium on System Theory, 1993

[ ]         Kwan C. M., Lewis F. L., Kim Y. H., “Robust Neural Network Control of FJR”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1995

[ ]         Ge S. S., Postlethwaite I., “Adaptive neural network controller design for FJRs using singular perturbation technique”, IEEE Trans. on Inst. Measurement and Control, 1995

[ ]         Readman M. C., Belanger P. R., “Stabilization of the fast modes of a FJR”, Int. Journal of Robotics Research, 1992

[ ]         Schaffer A. A., Hirzinger G., “State Feedback Controller for FJR : A Globally Stable Approach Implemented on DLR’s Light Weight Robots”, IEEE/RSJ Conf. on Intelligent Robots and Systems, 2000

[ ]         Lim S. Y., Dawson D. M., Hu J., de Queiroz M. S., “An adaptive link position tracking controller for rigid link FJRs without velocity measurements”, IEEE Trans. on Systems, Man and Cybernetics, 1997

[ ]         Kelly H. J., Ortega R., Ailon A., Loria A., “Global regulation of FJRs using approximate differentiation”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1994

[ ]         Dixon, W. E. ; Zergeroglu, E. ; de Queiroz, M. S. ; Dawson, D. M , “Global output feedback tracking control for rigid-link flexible-joint robots”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1998

[ ]         Ailon A., Lozano R., “Controller-Observer for Point to Point Control of a FJR with Uncertain Parameters”, Convention of Electrical and Electronics Engineers in Israel, 1995

[ ]         Morales J. D. L., Alvarez-Leal J. G., “A Comparative Study of Speed and Position Control of a FJR Manipulator”, IEEE/RSJ Int. Conf. on Intelligent Robots and Systems, 1998

[ ]         Tomei P., “An observer for FJRs”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1990

[ ]         Nicosia S., Tomei P., “A method for the state estimation of elastic joint robots by global position measurements”, Int. Journal of Adaptive Control and Signal Processing, 1990

[ ]         Nicosia S., Tomei P., “A tracking controller for FJRs using only link position feedback”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1995

[ ]         Sicard P., Sadr S. M. J., “Comparison of Reduced State and Full State Passive Control Laws for FJR”, Canadian Conf. on Electrical and Computer Engineering, 1995

[ ]         Ghorbel F., Hung J. H., Spong M. W., “Adaptive control of FJMs”, IEEE Control Systems Magazine, 1989

[ ]         Al Ashoor R. A., Khorasani K., Patel R. V., Al-Khalili A. J., “Adaptive Control of FJM”, IEEE Int. Conf. on Systems, Man and Cybernetics, 1984

[ ]         Ghorbel F., Spong M. W., “Stability Analysis of Adaptively Controlled FJM”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1990

[ ]         Slotine J. J. E., Li W., “Adaptive manipulator control: a case study”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1988

[ ]         Slotine J. J. E., Li W., “On the adaptive control of robot manipulators”, Int. Journal of Robotics Research, 1987

[ ]         Khorasani K., “Adaptive Control of FJR”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1991

[ ]         Zeman V., Patel R. V., Khorasani K., “A neural network based control strategy for FJMs”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1989

[ ]         Lozano R., Brogliato B., “Adaptive control of robot manipulators with Flexible Joints”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1992

[ ]         Ge S. S., Besant C. B., “Adaptive control of FJRs”, IEEE Int. Conf. on Systems, Man and Cybernetics, 1991

[ ]         Sidi E. Y. O., Sicard P., Massicotte D., Lesueur S., “Adaptive High Precision Control for a FJ with Friction and Parameter Uncertainties using Neural “, Canadian Conf. on Electrical and Computer Engineering, 1998

[ ]         Han M. C., Chen Y. H., “Robust control design for uncertain FJMs: A singular perturbation approach”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1993

[ ]         Qu Z., “Robust control of a class of nonlinear uncertain systems with application to FJR”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1992

[ ]         Qu Z., “Input output robust tracking control design for FJRs”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1995

[ ]         Qu Z., Dawson D. M., Robust Tracking Control of Robot Manipulators, IEEE Press, 1996

[ ]         Dawson D. M., Qu Z., Bridges M. M., Carrol J., “Robust tracking of rigid link Flexible Joint elastically driven robot”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1991

[ ]         Martindale S. C., Bridges M. M., Dawson D. M., “Robust Position Tracking Control for Rigid Link FJR”, SSST, Southeastern Symposium on System Theory, 1993

[ ]         Bridges M. M., Dawson D. M., Qu Z., Martindale S. C., “Robust Control of Rigid Link FJR with Redundant Joint Actuators”, IEEE Trans. on Systems, Man and Cybernetics, 1994

[ ]         حميدرضا تقي‌راد، محمد اعظم خسروي، تحليل پايداري مقاوم و بررسي عملكرد كنترل‌كنندة مقاوم تركيبي بر روي روباتهاي با مفاصل انعطاف پذير، هشتمين كنفرانس مهندسي برق ايران، دانشگاه صنعتي اصفهان، ۱۳۷۹

[ ]         Taghirad H. D., Khosravi M. A., “Stability Analysis and Robust PID Design for FJR”, Int. Conf. on Intelligent and Robotics Systems, 2002

[ ]         حميدرضا تقي‌راد، محمد اعظم خسروي، مدلسازي و كنترل مقاوم PID روباتهاي با مفاصل انعطاف‌پذير، هشتمين كنفرانس مهندسي برق ايران، دانشگاه صنعتي اصفهان، ۱۳۷۹

[ ]         Taghirad H. D., Khosravi M. A., “A Robust Linear Controller for Flexible Joint Manipulators”, IEEE/RSJ Conf. on Intelligent Robots and Systems, IROS’۰۴, ۳: ۲۹۳۶-۲۹۴۱, Oct 2004, Japan

[ ]         Dawson D. M., Qu Z., Bridges M. M., “Hybrid adaptive control for the tracking of RLFJRs”, ASME Winter Annual Meeting, 1991

[ ]         Qu Z., Dawson D. M., Dorsey J., “Exponentially stable trajectory following of robot manipulators under a class of adaptive controls”, Automatica, 1992

[ ]         Namerikawa T., Fujita M., Matsumura F., “Hinf Control of a Robot Manipulator Using a Linear Parameter Varying Representation”, American Control Conf., 1997

[ ]         Tomei P., “Nonlinear H∞ Disturbance attenuation for Robots with Flexible Joints”, Int. J. of Robust and Nonlinear Control, 1995.

[ ]         Taghirad H. D., Shaterian M., “Nonlinear H∞ Controller Synthesis for Flexible Joint Robots”, ICEE05, 13th Iranian Conf. on Electrical Engineering, Zanjaan University, Iran, May 2005.

[ ]         Taghirad H. D., Rahimi H., “QFT Controller Synthesis for A Nonlinear Flexible Joint Robot”, ICEE05, 13th Iranian Conf. on Electrical Engineering, Zanjaan University, Iran, May 2005.

[ ]         Paul P., “Dynamics of a PUMA manipulator”, American Control Conf., 1983

[ ]         Armstrong B., Khatib O., Burdick J., “The explicit dynamic model and inertial parameters of the PUMA 560 arm”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1986

[ ]         Swevers J., Torfs D., Adams M., Schutter J. D., Brussel H. V., “Comparison of Control Algorithms for FJR Implemented on a KUKA IR 161/60 Industrial Robot”, IEEE Int. Conf. on Advanced Robotics, 1991

[ ]         Er M. J., Lee S. C., Tan L. L., “DSP Based Multirate PID Control of a Two Link FJR”, IEEE TENCON – Digital Signal Processing Applications, 1996

[ ]         Ghorbel F., Hung J. H., Spong M. W., “Adaptive Control of FJM”, IEEE Computer Society, 1989

[ ]         Taghirad H. D., Bakhshi GH., “Composite-H Controller Synthesis for Flexible Joint Robots”, IEEE/RSJ Conf. on Intelligent and Robotic Systems, pp2073-2078, Lausanne, 2002

[ ]         Doyle J., Smith R., Enns D., “Control of plant with input saturation nonlinearity”, American Control Conf., 1987

[ ]         Glattfelder A. H., Scaufelberger W., “Stability analysis of single loop control systems with saturation and anti reset windup circuits”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1983

[ ]         Niu W., Tomizuka M., “A robust anti_windup controller design for motion control system with asymptotic tracking subjected to actuator saturation”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 2001

[ ]         Kapasouris P., Athans M., Stein G., “Design of feedback control systems for stable plants with saturating actuators”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1988

[ ]         “In-the-large stability of relay and saturating control systems with linear controller”, Int. Journal of control, 1969

[ ]         Sussmann H., Yang Y., “On the stabilizability of multiple integrators by means of bounded feedback controls”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1991

[ ]         Sontag E., sussmann H., “Nonlinear output feedback design for linear systems with saturating controls”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1990

[ ]         Schmitendorf W. E., Barmish B. R., “Null controllability of linear systems with constrained controls”, SIAM J. Contr. Optimization, 1980

[ ]         Sontag E., “An algebraic approach to bounded controllability of linear systems”, Int. Journal of control, 1984

[ ]         Teel R., “Global stabilization and restricted tracking for multiple integrators with bounded controls”, System and Control Letter, 1992

[ ]         Sussmann H., Sontag E., Yang Y., “A general result on the stabilization of linear systems using bounded controls”, 1993

[ ]         Lin Z., Saberi A., “Semi-global exponential stabilization of linear systems subject to input saturation via linear feedback”, System and Control Letter, 1993

[ ]         Lin Z., Saberi A., “Semi-global exponential stabilization of linear discrete time systems subject to input saturation via linear feedback”, System and Control Letter, 1995

[ ]         Chen B., Wang S., “The stability of feedback control with nonlinear saturating actuator : time domain approach”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1988

[ ]         Pare T., Hindi H., How J., Banjerdpongchai d., “Local control design for systems with saturating actuators using the popov criteria”, American Control Conf., 1999

[ ]         Hu T., Lin Z., “An analysis and design method for linear systems subject to actuator saturation and disturbance”, American Control Conf., 2000

[ ]         Yoshida K., Kawabe H., “A design of saturating control with a guaranteed cost and its application to the crane control system”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1992

[ ]         Chou H., Chen B., “On the LQG design for multivariable stochastic systems subjected to plant perturbation and actuator saturation”, IEEE Int. Conf. on Control Applications, 1989

[ ]         Gokcek C., Kabamba P. T., Meerkov S. M., “An LQR/LQG theory for systems with saturating actuators”, IEEE Trans. on Automatic Control, 2001

[ ]         Newman W., “Robust near time-optimal control”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1990

[ ]         Nguyen T., Jabbari F., “H∞ design for systems with input saturation: an LMI approach”, American Control Conf., 1997

[ ]         Teel R., “A nonlinear small gain theorem for the analysis of control systems with saturation”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1996

[ ]         Canale M., Milanese M., “Robust control of linear systems in presence of input saturation and unmodeled dynamics”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 2001

[ ]         Xie L., HE X., Zhang W., XU X., Xiong G., R. NYBERG T., “Robust H∞ control for uncertain time delay systems containing saturating nonlinear actuators”, American Control Conf., 2001

[ ]         Lin Z., Stoorvogel A. A., Saberi A., “Output regulation for linear systems subject to input saturation”, 1993

[ ]         “Semi-global stabilization of linear systems with input nonlinearities”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1993

[ ]         Kircanski M., Kircanski N., “Resolved rate and acceleration control in the presence of actuator constraints”, IEEE Trans. on Control Systems Technology, 1998

[ ]         Seron M., Goodwin G., Graebe S., “Control system design issues for unstable linear systems with saturated input”, IEE – Control Theory and Applications, 1995

[ ]         Shin E., McKay N., “Minimum time control of robotic manipulator with geometric path constraints”, IEEE Trans. on Automatic Control, 1985

[ ]         Bobrow J., Dubowsky S., “Time optimal control of robotic manipulators along specified path”, Int. Journal of Robotics Research, 1985

[ ]         Khosla P., Kanade T., “Real time implementation and evaluation of computed-torque scheme”, IEEE Trans. on Robotics and Automation, 1989

[ ]         Arai H., Tanie K., Tachi S., “Path tracking control of a manipulator considering torque saturation”, IEEE trans. on industrial electronics, 1994

[ ]         Park J., Chung W., Youm Y., Kim Mo., Kim Ma., “Control input reconstruction using redundancy under torque limit”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1996

[ ]         Lauvdal T., Murray R., Fossen T., “Stabilization of integrator chains in the presence of magnitude and rate saturations; a gain scheduling approach”, IEEE Int. Conf. on Decision and Control, 1997

[ ]         Santibanez V., Kelly R., Reyes F., “A new set_point controller with bounded torques for robot manipulators”, IEEE trans. on industrial electronics, 1998

[ ]         Gharieb W., Nagib G., “Fuzzy intervention in PID controller design”, IEEE ISIE, 2001

[ ]         Kanamori M., Tomizuka M., “Asymptotic tracking for linear systems with actuator saturation by output feedback control”, American Control Conf., 2001

[ ]         Bohn C., Atherton D. P., “An analysis package comparing PID anti-wind up strategies”, IEEE Control Systems, 1995

[ ]         جان كرِيگ، مكانيك و كنترل در روباتيك، ترجمه علي مقداري و فائزه ميرفخرايي، انتشارات دانشگاه صنعتي شريف، ۱۳۷۷

[ ]         Spong M. W., Vidyasagar M., Robot Dynamics and Control, John Wiley & Sons, 1989.

[ ]         غلامرضا بخشي، طراحي كنترل مقاوم تركيبي در روباتهاي با مفاصل انعطاف پذير، رسالة كارشناسي ارشد، زير نظر دكتر حميدرضا تقي‌راد، دانشكده برق دانشگاه صنعتي خواجه نصيرالدين طوسي، ۱۳۸۱

[ ]         Craig J.J., Adaptive Control of Mechanical Manipulators, Addison-Wesley, 1998

[ ]         Qu Z., Dorsey J., “Robust PID Control of Robots”, Int. J of Robotics and Automation. Vol. 6, No. 4 , pp 228-235, 1991

[ ]         Rocco P., Book W.J., “Modeling for Two-Time-Scale Force/Position Control of Flexible Robots”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1996

[ ]         Khorrami F., Ozguner U., “Perturbation Methods in Control of Flexible Link Manipulator”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1988

[ ]         Austin Y., Chevallereau C., “The Singular Perturbation Control of a Two-Flexible-Link Robot”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1993

[ ]         Yang J.H., Fu L.C., “Analysis and Control for Manipulators with both Joint and Link Flexibility”, IEEE Int. Conf. on Robotics and Automation, 1993

[ ]         سجاد ازگلي، آشنايي با روش انحراف تكين براي مدلسازي سيستمهاي داراي چند قطب دور از هم و معرفي روش كنترل تركيبي براي كنترل آنها، هفتمين كنفرانس دانشجويي مهندسي برق، دانشگاه صنعتي خواجه نصيرالدين طوسي، شهريور ۱۳۸۳

[ ]         Khalil H., Nonlinear Systems, 2nd Ed., Section 6.1

[ ]         Noble B., Daniel J. W., Applied Linear Algebra, Prentice-Hall, 1988

[ ]         محمد اعظم خسروي، مدلسازي و كنترل مقاوم روباتهاي با مفاصل انعطاف پذير، رسالة كارشناسي ارشد، زير نظر دكتر حميدرضا تقي‌راد، دانشكده برق دانشگاه صنعتي خواجه نصيرالدين طوسي، ۱۳۷۸

[ ]         H. D. Taghirad and P. R. Belanger, “H∞-Based robust torque control of harmonic drive systems”, Journal of Dynamic Systems, Measurements and Control, 123 (3) : 338-345, 2001

[ ]         Gahinet P., Nemirovski A., Laub A. J., Chilali M., LMI Control Toolbox User’s Guide, The Mathworks, Inc., 1995

[ ]         Gahinet P., Apkarian P., “A Linear Matrix inequality approach to H∞ Control”, Int. J of Robust and Nonlinear Control, Vol. 4, pp 421-448, 1994

[ ]         Gahinet P., “Explicit controller formulas for LMI-based H∞ synthesis”, Automatica, Vol. 32, pp 1007-1014, 1996

[ ]         Chilali M., Gahinet P., “H∞ design with pole placement constraints: an LMI approach”, IEEE Trans. o

 

فهرست مطالب

 

فهرست اشكال       ‌د

فهرست جداول      ‌ز

۱-         مقدمه     ۱

۱-۱-      جايگاه روباتهاي كشسان‌مفصل در مهندسي كنترل ۱

۱-۲-      مشكلات كنترل روباتهاي كشسان‌مفصل ۳

۱-۳-      كنترل با وجود محدوديت دامنه           ۴

۱-۴-      نوآوريهاي اين پژوهش        ۶

۱-۵-      نماي كلي رساله     ۷

۲-         مروري بر پژوهشهاي قبلي و بيان چالشها          ۹

۲-۱-      كنترل روباتهاي كشسان‌مفصل            ۹

۲-۱-۱-  پژوهش‌هاي اوليه   ۱۰

۲-۱-۲-  ادامة خط اوليه      ۱۲

۲-۱-۳-  ارتقاي مدل           ۱۴

۲-۱-۴-  پيشنهادات مختلف براي كنترل            ۱۵

۲-۱-۵-  كميت‌هاي فيدبك شده و تقليل اندازه‌گيري‌ها         ۱۵

۲-۱-۶-  كنترل تطبيقي       ۱۷

۲-۱-۷-  كنترل مقاوم و پايداري         ۱۸

۲-۱-۸-  پياده‌سازي عملي     ۲۰

۲-۱-۹-  جمعبندي و بيان چالشها        ۲۲

۲-۲-      مسئلة اشباع عملگر و روشهاي برخورد با آن      ۲۲

۲-۲-۱-  مشكلات ناشي از اشباع        ۲۳

۲-۲-۲-  روشهاي عمومي برخورد با مسئلة اشباع           ۲۵

۲-۲-۳-  روشهاي بهينه و مقاوم در برخورد با اشباع        ۲۶

۲-۲-۴-  روشهاي تعديلي     ۲۷

۲-۲-۵-  مسئلة اشباع در روباتها        ۲۹

۳-         حلقة ناظر فازي، روشي براي برخورد با مسئله اشباع عملگر           ۳۲

۳-۱-      بيان مسئله            ۳۳

۳-۲-      معرفي روش         ۳۵

۳-۳-      مزاياي روش پيشنهادي        ۳۷

۳-۴-      استفاده از حلقة ناظر بر روي دو سيستم عمومي   ۳۹

۳-۴-۱-  سيستم ناپايدار دو ورودي-دو خروجي   ۴۰

۳-۴-۲-  سيستم داراي تأخير ۴۳

۳-۵-      نكات عملي در طراحي         ۴۶

۴-         مسئلة اشباع در FJR و استفاده از روش حلقة ناظر براي برخورد با آن            ۴۸

۴-۱-      مدلسازي روباتهاي كشسان‌مفصل         ۴۸

۴-۱-۱-  كنترل تركيبي و رويكرد روية ناوردا براي كنترل FJR ها   ۵۳

۴-۲-      استفاده از حلقة ناظر در ساختار تركيبي براي FJR            ۵۷

۴-۳-      بررسي عملكرد روش ارائه شده با شبيه‌سازي      ۵۸

۴-۴-      اثبات پايداري براي ساختار «تركيبي + ناظر»    ۶۲

۴-۴-۱-  پايداري زير سيستم تند         ۶۴

۴-۴-۲-  لم‌هاي مورد نياز براي اثبات پايداري    ۶۷

۴-۴-۳-  اثبات پايداري سيستم كامل     ۷۱

۵-         نگاه دوم: روشهاي بهينة H و H2 براي مقابله با اثرات اشباع در FJR           ۷۶

۵-۱-      طراحي با رويكرد حساسيت مخلوط      ۷۹

۵-۲-      طراحي با رويكرد H2 /H   ۸۱

۵-۳-      بررسي كارايي روشهاي ارائه شده       ۸۲

۶-         پياده‌سازي عملي     ۹۰

۶-۱-      معرفي مجموعة آزمايشگاهي ساخته شده            ۹۱

۶-۱-۱-  سخت‌افزار الكترومكانيكي     ۹۱

۶-۱-۲-  نرم‌افزار  ۹۵

۶-۲-      مدل پارامتريك سيستم          ۹۸

۶-۳-      تخمين پارامترهاي سيستم      ۱۰۰

۶-۴-      نتايج پياده‌سازي     ۱۰۴

۶-۴-۱-  كنترل تركيبي       ۱۰۷

۶-۴-۲-  كنترل تركيبي تحت نظارت ناظر فازي ۱۰۹

۷-         نتايج و تحقيقات آتي            ۱۱۴

پيوست الف: كنترل تركيبي و رويكرد روية ناوردا براي FJR چند محوره        ۱۱۸

پيوست ب: طراحي كنترل بهينة چند‌منظوره مبتني بر نرم H با تبديل به LMI 127

پيوست ج: راهنماي كار با جعبه‌ابزار زمان حقيقي نرم‌افزار MATLAB            ۱۳۲

پيوست د: راهنماي فني روبات خواجه‌نصير       ۱۳۷

پيوست هـ : نتايج بيشتري از پياده‌سازيها            ۱۴۰

واژه‌نامه انگليسي به فارسي   ۱۴۵

واژه‌نامه فارسي به انگليسي   ۱۴۶

مقالات استخراج شده از اين پژوهش     ۱۴۷

مراجع    ۱۴۹

قیمت فایل : 5900 تومان

دسته بندی : تاريخ : ۲۱ مرداد ۱۳۹۶ به اشتراک بگذارید :