عنوان

طراحی کنترل‌کننده غیرخطی مقاوم برای ربات بازو با در نظر گرفتن کلاسی از دینامیک‌های نامعین عملگر,‮‭Nonlinear Robust Controller Design for a Manipulator Robot Subjected to a Class of Dynamic Uncertainties in Actuators‬

Number

‭۲۰۴۶۵پ‬

.Language of Text, Soundtrack etc

per

Title Proper

طراحی کنترل‌کننده غیرخطی مقاوم برای ربات بازو با در نظر گرفتن کلاسی از دینامیک‌های نامعین عملگر

Parallel Title Proper

‮‭Nonlinear Robust Controller Design for a Manipulator Robot Subjected to a Class of Dynamic Uncertainties in Actuators‬

First Statement of Responsibility

/سهیل آهنگریان ابهری

Name of Publisher, Distributor, etc.

: مهندسی برق و کامپیوتر

Date of Publication, Distribution, etc.

، ‮‭۱۳۹۷‬

Name of Manufacturer

، افشار

Specific Material Designation and Extent of Item

‮‭۹۴‬ص‬

Text of Note

چاپی - الکترونیکی

Dissertation or thesis details and type of degree

دکتری

Discipline of degree

برق گرایش کنترل

Date of degree

‮‭۱۳۹۷/۱۱/۱۰‬

Body granting the degree

تبریز

Text of Note

استفاده از ربات‌های بازوی صنعتی در تمامی محیطهای پرخطر یا نیازمند دقت و سرعت بالا، کاربرد فراوانی دارد .این دسته از ربات‌ها از تعدادی لینک متصل‌شده بصورت سری تشکیل شده‌اند و با ایجاد زاویه‌های مختلف توسط عملگرهای سیستم در هر مفصل بین دو لینک، باعث قرارگیری نقطه نهایی ربات با موقعیت و جهت خاصی در فضای مختصات ربات می‌شوند .مسیر مطلوب برای حرکت نقطه نهایی ربات برای کاربردهای مختلف طراحی شده و توسط کنترل‌کننده به عملگرهای ربات اعمال شده و گشتاور مورد نیاز برای حرکت لینک‌های ربات تامین می‌شود .لینک‌های ربات مانند یک آونگ معکوس روی لینک قبلی قرار گرفته است و طراحی مکانیکی قطعات ربات و سیستم کنترلی، همواره دارای چالش‌های فراوانی بوده است .استفاده از چرخ‌دنده‌هایی با نسبت و گشتاور قابل تحمل بالا و عملگرهای الکتریکی با گشتاور تولیدی بالا در ربات‌های صنعتی مرسوم می‌باشد .استفاده از چرخ‌دنده‌ها و موتورهای الکتریکی به عنوان عملگرهای ربات محدودیت‌هایی دارد و از مهمترین این محدودیت‌ها می توان به عدم‌قطعیت‌های موجود در عملگرها اشاره کرد .مواردی مانند لقی به صورت باند مرده و پسماند، تاخیر زمانی و اشباع از مهمترین و رایج‌ترین آن‌ها می‌باشند .در واقع برای طراحی کنترل‌کننده ربات به صورت عملی باید تمامی این محدودیت‌ها در طراحی در نظر گرفته شوند .عدم‌قطعیت‌های ذکر شده همواره وجود دارند و هیچگاه نمی‌توان ادعا کرد که عملگرها بدون این محدودیت‌ها عمل می‌کنند .در این رساله، به منظور بهتر شدن نتایج حاصل از کنترل‌کننده، عدم‌قطعیت‌های ذکرشده مدل‌سازی و با مدل دینامیکی مرسوم ربات‌های بازوی سری برای رسیدن به معادله دینامیکی سیستم در حضور عدم‌قطعیت‌ها، ترکیب شده است .همچنین یک مدل پیشنهادی جدید برگرفته از مدل سنتی لقی، ارائه شده است و هدف از ارائه این مدل جدید، ایجاد مدل نهایی ساده‌تر و قابل درک‌تر برای طراحی کنترل‌کننده می باشد .ایده اصلی ارائه این مدل، رسیدن به یک مدل دینامیک سیستم ربات با در نظر گرفتن لقی چرخ‌دنده‌های مفصل‌های ربات با پیچیدگی کمتر و بدون نیاز به معکوس مدل لقی در طراحی کنترل‌کننده می‌باشد .لزوم استفاده از کنترل‌کننده‌هایی مانند کنترل مقاوم و کنترل تطبیقی به صورت مستقل یا در کنار کنترل‌کننده‌های دیگر بسیار حایز اهمیت است .با طراحی کنترل‌کننده‌های مقاوم می‌توان در حضور این عدم‌قطعیت‌ها و همچنین عملگرهای اقتصادی‌تر با عدم‌قطعیت بالاتر، پایداری و کارآیی سیستم ربات بازو را تضمین نمود .برای بدست آوردن نتایج عملی بهتر و کاهش اثرات خطای مدل سازی، بهتر است از معکوس مدل غیرخطی در هنگام طراحی کنترل‌کننده استفاده نشود .بنابراین، طراحی کنترل‌کننده مقاوم تطبیقی بدون استفاده از معکوس مدل لقی انجام شده است .کنترل‌کننده پیشنهادی با در نظرگرفتن لقی با مقادیر نامشخص و معرفی یک تابع لیاپانوف برای اثبات پایداری سیستم، طراحی شده و پارامترهای نامعلوم مدل با طراحی قانون تطبیق تخمین زده می‌شوند، به طوری که با پارامترهای نامعلوم‍ مدل‍ باند مرده ارائه شده در محدوده مورد نظر، پایداری و ردیابی مسیر مطلوب ربات را تضمین می‌کند .برای سنجش صحت طراحی کنترل‌کننده مقاوم تطبیقی، شبیه‌سازی‌هایی با نرم‌افزار متلب روی مدل غیرخطی از یک ربات بازوی دورانی سری با شش درجه آزادی و یک مدل غیرخطی از ربات دو درجه آزادی مدل ‮‭۵bar‬ انجام شده است و نتایج خروجی شبیه‌سازی با در نظر گرفتن مسیرهای مطلوب طراحی شده به فرم‌های گوناگون در متن آورده شده است .همچنین کنترل‌کننده طراحی‌شده روی یک سیستم ربات واقعی با دو درجه آزادی مدل ‮‭۵bar‬ موجود در آزمایشگاه رباتیک دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تبریز، پیاده‌سازی شده و نتایج عملی با سایر کنترل‌کننده‌های مشابه مقایسه و بررسی شده است .کنترل‌کننده طراحی‌شده به صورت نرم‌افزاری و با استفاده از قابلیت برخط نرم‌افزار متلب و با استفاده از کارت‌های سیگنال ورودی و خروجی موجود به صورت کامل پیاده‌سازی شده است

Text of Note

Industrial robot manipulators are widely used in all high risk environments and high accuracy and speed applications. These types of robots are composed of a number of links which serially connected to each other and by creating different angles by the actuators in each joint between two links, the end point of the robot is placed in a certain position and direction of the robot coordinate space. The desired trajectory is designed to move the end point of the robot for different applications and is applied by the controller to the robot actuators and is provided the torque required for robot movement. Links of robot such as a reverse pendulum have been placed on the previous link and the mechanical design of robot parts and controller system has always had many challenges. Therefore, the use of high ratio gearboxes with high tolerable torque and electric actuators with high production torque is common in conventional industrial robots. The use of gears and electric motors as operators in the manipulator robots has limitations and one of the most important of these limitations can be mentioned as existing the uncertainties in the actuators. The most important and common of them are cases like backlash in dead zone and hysteresis, time delay and saturation. In fact, all these constraints have to be considered in the experimental design of the robot controller and uncertainties are always present and can never be claimed that operators are without these constraints. In this thesis, in order to improve the results of the controller, the mentioned uncertainties are modeled and is combined with the conventional dynamic model of the serial manipulator robots to reach the dynamical equation of the system in the presence of uncertainties and presented a new model of backlash nonlinearity is retrieved from the traditional backlash dead zone model and the target of the proposed model is to develop a simpler and more accurate final system dynamic equations for the controller design. The main idea of providing this model is to achieve a dynamic model of the system considering the backlash of the robot joint gears and having less complexity that developed controller is not need the inverse of backlash model. Therefore, entering the controllers such as robust control and adaptive control independently or in addition to other controllers is very important and necessity. By designing robust controllers could be guarantee the stability and efficiency of the robot system with higher uncertainty and cheaper actuators. In order to achieve better practical results and reduce the effects of the modeling error, it is better to avoid the inverse of the nonlinear model when the controller is designed. Therefore, the adaptive robust controller is designed without the use of the inverse model of backlash. The proposed controller is designed with unknown values of backlash uncertainties and define a lyapunov function to prove the stability of the system, and the unknown parameters of the model are estimated with adaption rule and the stability and tracking of the desired path have been guarantee with presence unknown uncertainties. The simulation results which are obtained by the nonlinear dynamic model of a two axis, 5bar robot manipulator and a six axis, puma560 robot manipulator are given to illustrate the effectiveness of the proposed method with the various desired trajectories. Finally, experimental results are illustrated to show the effectiveness of the proposed adaptive robust controller, with a real-time 5bar motion control setup which has been built in robotics research lab in University of Tabriz. The controller unit contains a real-time national data acquisition card and it contains the digital input/output signal ports. To show the performance of the proposed controller, the results of the proposed method are compared with some nonlinear contr s

Parallel Title

‮‭Nonlinear Robust Controller Design for a Manipulator Robot Subjected to a Class of Dynamic Uncertainties in Actuators‬

آهنگریان ابهری، سهیل

Ahangarian Abhari , Soheil

هاشم‌زاده، فرزاد، استاد راهنما

برادران‌نیا، مهدی، استاد راهنما

خراطی، حامد، استاد مشاور

Public note

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی