۱۵۱۷۶پ
per
استفاده از رابط مغز- کامپیوتر برای کنترل سیستم اپراتور راه دور با رویکرد کنترل تطبیقی
TK
/نازیلا نیکدل
: مهندسی برق و کامیوتر
، ۱۳۹۵
چاپی
کارشناسی راشد
مهندسی برق گرایش کنترل
۱۳۹۵/۰۴/۲۸
تبریز
امروزه سیستم‌های اپراتور راه دور متشکل از دو ربات پایه و پیرو، در زمینه‌های مختلفی چون کاربردهای پزشکی، صنایع و خدمات اجتماعی نقشی حیاتی ایفا می‌کنند .در این رساله به‌منظور ایجاد حس حضور بهتر در محیط اطراف پیرو، ربات پایه با رابط مغز-کامپیوتر جایگزین شده و فرض شده است که سیگنال‌های مغزی مربوط به حرکات دست راست و چپ ذخیره‌سازی، پردازش و طبقه‌بندی شده و از خروجی طبقه‌بندی‌کننده برای کنترل بازوی ربات بهره گرفته شده است .وجود عوامل نامطلوبی چون دینامیک‌های مدل‌نشده، اغتشاش و نامعینی‌های پارامتری، طراحی کنترل‌کننده برای سیستم‌های رباتیک را با مشکلات زیادی مواجه می‌کند .در این رساله جهت بهبود مشخصات پاسخ سیستم در حضور اغتشاش و نامعینی‌های پارامتری، دو کنترل‌کننده مبتنی بر روش بازگشت به عقب تطبیقی برای سیستم رباتیک n درجه آزادی عمومی شامل مفاصل کشویی و چرخشی طراحی شده‌اند .درگام نخست، با معرفی و افزودن حالت مناسب به روابط سیستم، معادله کنترل‌کننده بازگشت به عقب تطبیقی افزوده ارائه شده و پایداری سیستم حلقه‌بسته بر اساس قضیه لیاپانوف اثبات می‌گردد .علاوه بر آن کنترل‌کننده بازگشت به عقب تطبیقی مرتبه کسری زمان-محدود برای سیستم رباتیک n درجه آزادی طراحی شده و معادلات دقیق کنترل‌کننده با فرض حضور اغتشاش و نامعینی در مدل سیستم بر مبنای قضایای لیاپانوف مرتبه کسری ارائه شده‌اند .هر دو روش ارائه‌شده برای سیستم رباتیک شبیه‌سازی شده‌اند .در کنار نتایج شبیه‌سازی به‌منظور بررسی نتایج به‌صورت عملی، بازوی ربات دو درجه آزادی در نظر گرفته شده است .پاسخ سیستم به ورودی‌های پله، سینوسی و پله‌های تصادفی مورد بررسی قرار گرفته است .نتایج آزمایش‌های صورت گرفته موید عملکرد قابل قبول روش‌های ارائه شده در تعقیب مسیرهای مطلوب هستند .علاوه بر آن تاثیر اغتشاش بر عملکرد سیستم مورد بررسی قرار گرفته است و نشان داده شده است که کنترل‌کننده‌های طراحی‌شده قادرند به خوبی اثر اغتشاش را حذف نمایند .جهت بررسی توانمندی کنترل‌کننده‌های طراحی‌شده چهار رویکرد کنترلی دیگر بر روی ربات دو درجه آزادی پیاده‌سازی شده و تحلیل دقیقی برای ارزیابی عملکرد روش‌های مختلف انجام گرفته است .نتایج موید کارآمد بودن کنترل‌کننده‌های ارائه‌شده هستند .در نهایت معادلات سیستم دارای تاخیر در ورودی در نظر گرفته شده‌اند .سیگنال‌های مغزی طبقه‌بندی شده، برای مشخص نمودن سیگنال‌های مرجع مورد استفاده قرار گرفته‌اند .روش کنترلی طراحی‌شده بر مبنای قضیه پایداری لیاپانوف کراسوفسکی برای سیستم به‌کار رفته و شبیه‌سازی‌ها در حضور تاخیرهای ورودی و برای دو حالت تاخیر ثابت و تاخیر متغیر با زمان انجام شده‌اند .نتایج شبیه‌سازی کارایی کنترل‌کننده مورد استفاده را تائید می‌کنند .
Nowadays, teleoperation systems consisting of master and slave robots play an essential role in different fields such as medical applications, industries and social services. In this dissertation, in order to improve the sense of presence at the slave side, the master robot is replaced with a brain-computer interface and it is assumed that the EEG signals related to the right and left hand movements are stored, processed and classified and the output of the classifier is utilized for controlling the system. Existence of undesirable effects such as unmodeled dynamics, disturbance and parametric uncertainties cause many problems in designing controllers for robotic systems. In this work in order to improve system response characteristics in the presence of disturbance and parametric uncertainties, two controllers are designed on the basis of adaptive backstepping method for a general n-degree of freedom robotic system including prismatic and revolute joints. As the first step, the equation of state-augmented adaptive backstepping controller is proposed by introducing and augmenting a proper state to the system equations, and closed-loop system stability is proved based on Lyapunov theorem. Moreover, a finite-time fractional-order adaptive backstepping controller is designed for an n-degree of freedom robotic system and exact equations of the controller, in the presence of disturbance and model uncertainties, are derived based upon fractional-order Lyapunov theorems. Both of the developed methods are simulated for a robotic system. In addition to simulation results, in order to evaluate the results experimentally, a 2-degree of freedom robotic manipulator is considered. The system responses to step, sinusoidal and random steps inputs are investigated. The results of performed experiments confirm acceptable performances of the proposed methods in tracking different reference trajectories. Moreover, the effect of disturbance on the system performance is investigated and it is demonstrated that the controllers are capable of effective disturbance rejection. In order to evaluate the efficacy of the designed controllers, four other control approaches are implemented on the 2-degree of freedom robot and a precise analysis is conducted in order to evaluate the performances of different methods. The results confirm the effective performances of the proposed controllers. Finally, system equations with input delay are considered. Classified EEG signals are utilized to determine the reference signals. A control method, which is designed based upon Lyapunov-Krasovskii stability theorem is used for the system and simulations are performed in the presence of input delays and for the two cases of constant delay and time varying delay. The results confirm the efficiency of the utilized controllers
TK
نیکدل، نازیلا
بادامچی زاده، محمدعلی، استاد راهنما
عظیمی زاده، وحید، استاد مشاور
نظری، محمدعلی
سیاه و سفید
نمایه‌سازی قبلی
