پایان نامه ها

پایان نامه ارشد رایگان درباره شبیه سازی، نمونه برداری، استراتژی ها

دانلود پایان نامه

گیری:

وابستگی ساختاری به عنوان ی ک ف اکتور کلی دی در م دیریت سیس تم ه ای کنترل ی ب ا قابلی ت پیک ر بن دی مج دد مطرح است. استفاده از ساختار مناسب برای تحقق کنترل کننده، تضمین میکند هیچ گذرایی نداشته باشیم، اگ ر پیکر بندی مجدد در حالت مان دگار انج ام ش ود و گ ذراهای کوچ ک را ب رای اغتشاش ات کوچ ک در مقایس ه ب ا س یار س اختارهای تض مین کن د. ویژگ ی گ ذرای اتص ال پیک ر بن دی مج دد و کنت رل کنن ده هن وز ج ای بح ث دارد،ولی مقدار دهی اولیه مناسب متغییر های حالت کنترل کننده، می تواند گذراها را کاهش دهد.

٥٣

٤-٤ محدودیت ورودی و اشباع عملگر

مقدمه

طراحی سیستم های کنت رل ب ا مح دودیت ه ایی در ورودی ه ا و متغیره ای حال ت اخی راً ج زء عن اوین تحقیق ی فعال است ، خصوصاً در زمینة طراحی سیستم کنترل که با دامنة عملگر و اشباع سرعت آن س روکار دارن د

. تحقیقات گسترده ای اخیراً انجام شده است. عموماً ، دو نوع روش برای برخورد با چنین مسائل اشباع وج ود دارد :
١) یکی مربوط به بخش طراحی کنترل کننده است ؛ و ٢) دیگری استفاده از روش های مدیریت فرمان
ب ا اس امی مختل ف مانن د command ( reference) governor و ی ا Command shaping and .limiting
تحقی ق روی طراح ی ه ای کنت رل reconfigurable در حض ور اش باع س رعت و دام نة عملگ ر انج ام ش ده

اس ت . ب ه ه ر ح ال ، هن وز در م ورد موض وع ای ن اش باع ب رای سیس تمهای MIMO مس ائل رق ابتی در ی ک روش مؤثر هست که این استراتژی های به کار رفته برای کاربرده ای On- line و real –time مناس ب ت ر هستند .

معرفی روش

اشباع عملگر در سیستم های روباتیک مسئله ای است که نیازمند توجه است. این مس ئله بس یار رخ م ی ده د و در همان حال بررسی آن وقتی روبات تحت شرایط خطا کار می کند، س خت ت ر م ی ش ود. ای ن بح ث دو ن وع روش مختلف را بررسی می کن د. روش تنظ یم زم انی و روش توزی ع مج دد گش تاور، ت ا از اش باع در روب ات ه ای مق اوم در براب ر خط ا، جل وگیری ش ود. ای ن روب ات ه ا ش امل س اختار کل ی و روب ات ه ای قص ایی ب ا ساختارهای موازی و سری می باشند. الگوریتم کنترل تش کیل ش ده اس ت از ی ک الگ وریتم مرج ع م دل و ی ک روش گش تاور محاس به ش ده در پروس ه پ یش س وریک کنت رل کنن ده در پروس ه فیرب ک. در ش رایط خط ا، ای ن روش ها روبات را از شرایط خطا بهبود می دهند و فرآیند را با جلوگیری از اشباع عملگر، ادامه می دهد.

نتایج شبیه سازی اولیه نش ان م ی ده د ک ه روش تنظ یم زم انی ب رای روب ات ه ای س ری و روش توزی ع مج دد گشتاور برای روبات موازی مناسب تر است. این روش ه ا ن ه فق ط ب رای ح التی ک ه اتص ال کاملاً دچ ار خط ا شده بلکه برای حالت خطای جزئی نیز کاربرد ندارد.
چهار سطح از ساختار مکانیکی جهت مقاوم بودن در برابر خطا به صورت زیر معرفی می شود: ١. سطح عملگر : عملگر های دوگانه (Dual Actuators)
٢. سطح ماجول: ماجول های ساختار موازی (Parallel-Structure Modules) ٣. سطح (Redundant Manipulators) : Manipulator

٤. سطح سیستم : بازوهای فعالیت متقابل چندگانه (Multiple Cooperating arms)

در هر یک از این سطوح ، افرونگی هایی برای رسیدن به اهداف مقاوم بودن در برابر خطا، طراحی شده است. اگر چه هر افرونگی برای غلبه بر خطا طراحی شده است ولی طبیعت آن از طرح بهبود خطا اثر می پذیرد. روبات های شامل ساختارهایی سری و موازی، برتری عمده ای دارند. در حالت سریال، یک اتصال کاملاً خطا دار باید قفل شود تا یک پیکر بندی جدید در عملیات تخمین زده شود. به هر حال، چنین اتصالی آزاد تنظیم می شود و یک توزیع بار جدید به عملگر به کار رفته در حالت موازی، داده می شود.

در حضور اغتشاشات اجتناب ناپذیر تلفات ظرفیت عملگر به خاطر خطا، سیستم روبات ممکن است بتواند از اشباع دوری کند. به هر حال اگر گشتاور لازم بر ظرفیت خروجی عملگر قرار دارد. کنترل کننده ممکن است خطا را جمع کند و باعث نا پایداری یا حتی آسیب به عملگر ها شود.
در این تحقیق روش های تنظیم زمانی و توزیع مجدد گشتاور برای جلوگیری از اشباع عملگر در طول پروسه ترمیم (بهبود ) خطا به کار می رود.

مطلب مشابه :  دانلود پایان نامه ارشد درموردرفتار انسان، آموزش مهارت، اراده آزاد

٥٤

یک الگوریتم بر اساس مدل با استفاده از روش گشتاور محاسبه شده به عنوان کنترل کننده پیش سو، در نزدیک با یک کنترل کننده فیربک در هر دو حالت استفاده شده است. روش تنظیم زمانی بر اساس مسیر قصای جو بینی تعریف شده گسترش یافته است به وسیله جستجو برای یک فاکتور تنظیم زمانی مناسب،روبات سعی می کند حرکت آن آرام شود و وظیفه اصلی خودش را در ظول دوره ترمیم تکمیل کند. روش توزیع مجدد گشتاور، از طرف دیگر، اطلاعات مربوط به ظرفیت های مانده عملگر ها برای بارهای

****** توزیع مجدد شده را استفاده می کند که نیازهای سیستم را ارضاء می کند و از اشباع صرف نظر می کند.

یک افزوده و یک برای ارزیابی روش ها به کار می رود.
نتایج شبیه سازی برای بازوی سری از روش تنظیم زمانی و برای بازوی موازی ارزش توزیع مجدد گشتاور بدست آمده است.
در کل ، روش توزیع مجدد برای روبات های سری در صورتیکه افرونگی افزایش یابد، مناسب می شود. گفته شد این روش های برای خطای جزئی اتصال ها نیز استفاده می شود. خطای جزئی یعنی سیستم روباتیک هنوز می تواند عملیات خود را بدون قفل شدن جوینتهای خطا دار برای روبات سری یا بدون سوئیچ شدن به مجموعه مینیموم جوینتهای فعال در روبات موازی،ادامه دهد.

دینامیک های سیستم و روش کنترل:

مدل دینامیک هر دو نوع
manipulator سری و موازی به صورت زیر ارائه می شود:

که : تلاش ورودی مجموعه جوینتی :q بردار جابجایی مجموعه جوینتی : M(q ) ماتریس اینرسی تعمیم یافته
: C(q, q’ ) بردار بارهای کوریولیس وگریز از مرکز یا بارهای مربوط به سرعت :G(q) بردار بارهای شتاب مؤثر،

: F(q,q’ ) بردار بارهای اصکاک مِؤثر.

جه ت کنت رل موقعی ت و جه ت انته ای روب ات در ی ک روب ات س ری س طحی، ی ک س اختار ش امل ح داقل س ه جونیت فعال لازم است. در این مطالعه، یک روبات ٤ لینکی که شامل یک درجه افرونگی اس ت، اس تفاده م ی شود. استراتژی استفاده شده برای روبات های سریال، جوین ت خط ا دار را قف ل م ی کن د، بن ابراین پیک ر بن دی جدیدی با دو لینک مجاور که به س ختی از طری ق جونی ت خط ا دار متص ل ش ده ان د، ب ه دس ت م ی آی د. بع د از خطا، روبات با مجموعه مستقل ورودی سامل به جای پیکر بندی مجدد می ش ود. (ش کل١).س اختار مع ادلات دینامیک قبل و بعد از خطا یکسان می ماند اگر چه درجه آزادی فضای جونیتی روبات کاهش یافته است.

در شکل ٢، یک روبات موازی دو درجه آزادی نشان داده شده است.برای تعیین موقعیت انتهای روبات،تع داد مینیموم لازم جونیت های فعال ٢ تا است. روش مقاوم بودن در مقابل خطا برای روب ات ه ای م وازی جونی ت خطا دار را رها می کند. پس عملگرهای اضافی باید در جونیت های اتصال اضافه شوند. تمام عملگرها تح ت عملگر نرمال فعال باشند یا نه؟ جونیت خطا دار بعد از خطا آزاد (رها) می ش ود و بقی ه عملگره ای باقیمان ده قابلیت از دست رفته را جبران می کنند. در مثال ما، سیستم بر حسب دو زنجیره دو لینک ی تحلی ل م ی ش ود. و هر جونیت از دو پا یا یک عملگر نصب شده است، از این رو سیستم دارای دو افرونگ ی نی رو اس ت و ب رای مقاوم بودن در مقابل خطا در سطح ماجول ساختار موازی و س طح سیس تم ب ازوی چن د گان ه از س اختار مق اوم خطا استفاده می شود.

٥٥

شکل ٤-٨ ساختار روبوت

مقاوم بودن خطا در سطح عملگر در این کار دقیقاً بیان نش ده اس ت و ف رض ش ده اس ت ک ه خطاه ای جزئ ی از یکی از دو جفت عملگر دوگانه، در این سطح اصلاح می شود. اگ ر خط ا از قابلی ت ه ای ت رمیم در ای ن س طح تجاوز کند، ممکن است در سطوح بالاتر )سطوح ماجول یا بازو و به عنوان خطاه ای جزئ ی ی ا کل ی بس ته ب ه دامنه خطا، با آن برخورد شود.

ساختارهای کنترل کننده پیش سو و فیربک برای روبات موازی شبیه روبات س ری اس ت. فق ط در ای ن حال ت، عملگر های لازم بیشتر است و مجموعه های مس تقل (مینیم وم) و وابس ته (اف روده) ورودی م ی توانن د ب ار را تقسیم کنند. بارهای ورودی مؤثر که در مجموعه جونیتی مستقل آم ده اس ت، از فعالی ت ه ر دو ورودی و غی ر مستقل بدست می آید. به صورت زیر داده می شود:

مطلب مشابه :  منابع مقاله با موضوعگروه کنترل، بهداشت روان، زنان شاغل

و : گشتاور های ورودی از مجموعه های مستقل و وابسته [G] ژاکوبین بار ورودی
معادله زیر می تواند برای تلاش های عملگر به صورت زیر حل شود:

٥٦

که برای مثال، برای مینیموم کردن
با [W] که ماتریس وزن دهی اضافه شده برای وزن کردن قابلیت های هر عملگر است.
در کل، می توان برای تنظیم با بر اساس معیار دوم انتخاب شود.

بدون بررسی دینامیک های عملگر، سیستم روب ات ب ه وس یله ی ک م دل دینامی ک مرتب ه دوم غی ر خط ی ارائ ه شده است. از آنجایی که وظیفه مطلوب انتهای روب ات م ی توان د ب ر حس ب موقعی ت جونی ت، س رعت و ش تاب تعریف شود، هر روش کنترل ردی ابی مانن د روش گش تاور محاس به ش ده م ی توان د اس تفاده ش ود. کنت رل کنن ده

پیش س وی ب ر اس اس م دل، ی ک س یگنال on-line کنت رل تش کیل ش ده از حال ت مطل وب در ه ر نمونه برداری تولید می کند.

کنترل کننده فیربک از سیستم مرتبه دوم، یک سیگنال کنترل برای تکمیل سیگنال کنترل پ یش س و، ب ا انتخ اب

بهره های مناسب تولید می کند.

عبارت گشتاور محاسبه شده دارای صورت زیر است:

که اندازه گیری های را نشان می دهد. Eبرداری از عناصر خطای موقعیت، E’برداری از عناصر خطای سرعت است.
با ترکیب معادله(١) و(٥) سیستم حلقه بسته به وسیله معادله خطا به صورت زیر ارائه می شود:

اگر هیچ خطای مدلی وجود نداشته باشد(٠( Em=، عملکرد خطای سیس تم ب ه ط ور نم ایی ک اهش م ی یاب د. ب ه ه ر ح ال، م دل دینامی ک ممک ن اس ت دقی ق نباش د، ی ا برخ ی از پارامتره ای ب ه دق ت ش ناخته ش ده نباش د. ع دم تطابق بین پارامترهای واقعی و مدل شده ، منجر به خطاهای servo می شود.

مسئله اشباع عملگر

اگر خطای ناشی از اشتباه در تحریک جوین ت ب ه وس یله کنت رل کنن ده فیرب ک جب ران ش ود، باع ث درخواس ت گشتاور بزرگ در جوینتهای باقیمانده می شود.
ساختارهای سری از گشتاورهای ورویدی افزاینده رنج می برند. همچنین لازم به ذکر است که روب ات برخ ی از ظرفیت حمل بارش را با خطا از دست می دهد. بن ابراین لازم اس ت ب ا اش باع عملگ ر برخ ورد ک رد. ب رای جلوگیری از اشباع عملگر، دو روش ارائه می شود.

• روش تنظیم زمانی
انتخ اب دقی ق ی ک ف اکتور مقی اس بن دی زم انی م ی توان د گش تاور را ب ه ص ورت ب دون تغیی ر مس یر هندس ی ، کاهش دهد و یک روش عملی برای حل مسئله اشباع است. این ام ر م ی توان د رد ی ک حلق ه فیرب ک دوم ی ب ه کار گرفته شود، که ایده اش این است که یک فیربک که فقط خصوصیات مقیاس بندی زم انی مس یرهای
ن امی را اصلاح می کند. داشته باشیم. مسیر حاصل، مس یر هندس ی را ب ا م دت زم انی ط ولانی ت ر از اص لی ذخی ره

٥٧

می کند. در حالیکه برنامه ریزی دقیق مسیر می تواند به طور عمده اجتناب از اشباع را در ی ک سیس تم کام ل عملکردی تضمین کند، رخ دادن خطا ها به طور کامل ب ه ط ور اولی ه قاب ل پیش بینی نیس ت و برخ ی اطلاع ات باید به صورت بدست آید.
از این رو، مسیر نامی فرض می شود که از مسیر های قصای جونیت تشکیل شده است. در واقع، ه ر مس یر قصای جوینت که ممکن است نرم نباشد، می تواند ب ه وس یله ی ک ت ابع چن د جمل ه ای از لح اظ ریاض ی تقری ب زده شود. اگر چه ممکن است برخی عدم دقت ه ا در ی ک تقری ب از مس یر قص ای جوین ت وج ود داش ته باش د. یک فاکتور تنظیم زمانی هنوز می تواند به عنوان یک مقیاس زمانی برای اصلاح مسیر مطلوب استفاده ش ود. بنابراین،موقعیت جوینت مرجع، س رعت و مس یر ه ای ش تاب ب ه وس یله تواب ع زم انی چن د جمل ه

دیدگاهتان را بنویسید