عنوان

کنترل چندنرخی سیستم‌های کنترل از راه دور گسسته با ساختار شبکه‌ای

Number

‭۱۸۹۷۷پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

کنترل چندنرخی سیستم‌های کنترل از راه دور گسسته با ساختار شبکه‌ای

First Statement of Responsibility

/امیر امین‌زاده قوی‌فکر

Name of Publisher, Distributor, etc.

: مهندسی برق و کامپیوتر

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۶‬

Name of Manufacturer

، افشار

Text of Note

چاپی - الکترونیکی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

مهندسی برق - کنترل

Date of degree

‮‭۱۳۹۷/۰۲/۰۱‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

درباره پایداری و ساختار سیستم‌صهای کنترل از راه دور پیوسته بازمان، تحقیقات گسترده‌صای انجام‌گرفته و روش‌صهای متنوعی ارائه گردیده است .با این وجود در حوزه گسسته و نمونه‌برداری شده سطح مطالعاتی بسیار اندکی وجود دارد .در این رساله، سیستم‌صهای کنترل از راه دور به صورت گونه خاصی از سیستم‌صهای شبکه‌صای که شامل سیستم نمونه‌صبردار غیریکنواخت به همراه تأخیر می‌صباشد، مدل‌صسازی شده و از توابع تأخیری کاهشی برای نشان دادن معادلات سیستم بهره گرفته شده است .ربات‌صهای پایه و پیرو به صورت سیستم‌صهای خطی پیوسته با زمان در نظر گرفته شده و از روش تأخیر در ورودی برای آنالیز پایداری استفاده گردیده است .به کمک تابع لیاپانوف پیشنهادی، شرایط کافی جهت پایداری نمایی سیستم‌ص‍ کنترل از راه دور با ساختار گسسته و شبکه‌صای، معرفی گردیده و مشاهده خواهد شد که این شرایط در مقایسه با کارهای قبلی حالات محافظه‌صکارانه کمتری دارند .همچنین کران بالایی برای بازه نمونه‌صبرداری سیگنال‌صهای کنترلی وارده شده بر ربات‌صهای پایه و پیرو محاسبه می‌صگردد به‌گونه‌ای که خللی در پایداری نمایی سیستم وارد ننماید .به این منظور شرایط پایداری به دست آمده به صورت یک مسئله بهینه‌صسازی محدب و در قالب معادلات ‮‭LMI‬ تبدیل شده است .در قسمت شبیه‌صسازی نیز رفتار یک سیستم کنترل از راه دور، تحت نمونه‌صبرداری غیریکنواخت نشان داده شده و نقش زمان نمونه‌صبرداری در مصالحه بین پایداری و شفافیت بررسی می‌صگردد .در ادامه فرض می‌صشود که نمونه‌صبردارهای به کار برده شده تصادفی بوده و بخشی از بسته‌صهای اطلاعاتی نیز در حین انتقال از شبکه، از دست بروند .در این بخش با اعمال روش بازگشتی و استفاده از نمونه‌صبرداری متغیر با زمان، سیستم کنترل از راه دور تحت شبکه، مدل‌صسازی خواهد گردید .ابتدا تعریفی از پایداری تصادفی برای سیستم کنترل از راه دوری که دارای دینامیک تصادفی صباشد ارائه شده و سپس یک نامعادله ماتریسی دیگر به نامعادلات معرفی شده جهت تضمین پایداری نمایی اضافه خواهد شد تا شرط بیان شده برای پایداری تصادفی را نیز ارضا نماید .در ادامه تحلیل پایداری نمایی، برای سیستم‌صهای کنترل از راه دور خطی با ساختار گسسته با نمونه‌صبرداری چندنرخی نیز تعمیم داده می‌صشود .طرح چند نرخی پیشنهاد شده، پایداری نمایی سیستم کنترل از راه دور تحت شبکه را که شامل ربات‌صهای پیرو و پایه و محیط و اپراتور پیوسته با زمان و کنترل‌صکننده‌صهای گسسته با زمان می‌صباشد، تضمین می‌صنماید .نرخ‌صهای نمونه‌صبرداری متفاوت بر روی سیگنال‌صهای سرعت و موقعیت در هر دو سمت ربات‌صهای پایه و پیرو اعمال می‌صگردند .با استفاده از روش تأخیر در ورودی، سیستم چند نرخی نمونه‌صبرداری شده توسط معادلات پیوسته با زمان توصیف شده و از توابع لیاپانوف-کراسوفسکی برای اثبات پایداری نمایی سیستم استفاده می‌صگردد .هدف آن است که نشان داده شود انتخاب بازه‌صهای نمونه‌صبرداری مناسب برای سنسورها و بازه‌صهای به روزرسانی مناسب برای نگه‌صدارهای مرتبه صفر نقش به‌صسزایی در حفظ پایداری سیستم دارند .همچنین خاصیت غیرفعال بودن در سیستم‌صصهای کنترل از راه دور با ساختار گسسته، به سه کنترل‌کننده رایج موجود در ادبیات کنترلی سیستم‌صهای کنترل از راه دور پیوسته با زمان یعنی‮‭like - P‬و‮‭like - PD‬و‮‭dissipation +like- PD‬تعمیم داده خواهد شد .در نهایت، دینامیک ربات‌صهای پایه و پیرو را به صورت غیرخطی در نظر گرفته و از دو روش مستقیم و غیرمستقیم برای تبدیل معادلات دینامیکی پیوسته به فرم گسسته استفاده خواهد شد .نتایج عملی بر روی سیستمی با ساختار پیشنهاد شده متشکل از دو موتور ‮‭DC‬ بدون جاروبک که به دو چرخ‌صدنده جهت افزایش گشتاور متصل‌اند و دو دسته که در دو طرف ربات‌صهای پیرو و پایه قرار دارند، پیاده‌صسازی شده است

Text of Note

During the last three decades, using teleoperation systems has improved immensely due to its numerous applications. These systems broaden human ability to perform a task in a real or virtual environment that is too remote or too hazardous to be in. Telemedicine, tele-space and telesurgery can be mentioned as other applications of teleoperation systems. A typical teleoperation system consists of slave, master, communication channel, operator and environment. These systems can be controlled in unilateral or bilateral mode. Due to dynamic interaction among slave manipulators as well as communication latency, control of such systems is particularly challenging. Performance and stability of bilateral teleoperation control systems are adversely affected by variations in environment dynamics and time delay in communication channel. Prior relevant research in the literature has mainly yielded control algorithms that sacrifice performance in order to guarantee robust stability. In contrast, this thesis proposes methods to deal with these two main problems in order to maintain the stability without compromising performance. There is a wide literature about stability and architecture of continuous-time teleoperation systems and numerous control methods have presented in this area. In this thesis, using retarded functions, teleoperation systems have been modeled as a special case of Network Control Systems (NCS) with nonuniform sampling and network delays. It is assumed that slave and master robots are linear and continues-time systems and input-delay approach is used for the stability analysis. Using the proposed Lyapunov function, the sufficient conditions for the stability of discrete network-based teleoperation system are proposed. It will be represented that the proposed conditions are less conservative than previous recent researches. Also an upper bound of sampling time for discrete control signals is computed in a manner that does not disturb the stability conditions. To meet this condition the problem is defined as the convex optimization program and is represented by the LMI terms. In the simulation part, the behavior of the teleoperation system under the nonuniform sampling is represented and the effect of sampling time on the trade-off between the stability and transparency has been studied. Next, the output signals of the slave and master robots are quantized with stochastic sampling periods which lead to data packet dropout. By applying an iterative method and applying time variable sampling method the probabilistic sampling system is converted into a continuous-time system including stochastic parameters in the system matrices. After definition of stochastic stability, another inequality will be added to aforementioned LMIs to preserve the stochastic stability of the system. Also, this analysis will be generalized to linear discrete-time teleoperation systems with multirate sampling. This study guaranties the exponential stability of teleoperation systems with continuous-time master and slave robots and discrete-time controllers. Different sampling time will be implied on position and velocity signals in both sides. Using input delay approach, the discrete-time multirate system will convert to a continuous time system and Lyapunov-Krasovskii functions are applied to preserve the exponential stability of the system. It is presented that choosing right sampling times for sensors and right update rates for zero order holds have immersive role in stability of the system. Also, the passivity condition of discrete-time teleoperation systems have been generalized for three well-known continuous-time controllers and results are compared with each other. The experimental results are performed on a practical system. The system has been tested on a physical setup to establish the validity of the simulations results. The setup is two brushless DC motors attached to two gearboxes for torque multiplying and two handles

امین‌زاده قوی‌فکر، امیر

ریخته‌گر غیاثی،امیر، استاد راهنما

بادامچی‌زاده، محمد علی، استاد راهنما

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی