ترجمه کنترل دینامیکی مجزا برای محور های شیب و گردش ربات تک چرخ

توضیحات

 عنوان فارسی: کنترل دینامیکی مجزا برای محور های شیب و گردش ربات تک چرخ

عنوان انگلیسی مقاله ترجمه شده:

Decoupled Dynamic Control for Pitch and Roll Axes of the Unicycle Robot

چکیده:

این مقاله یک الگوریتم کنترلی مجزا را برای یک ربات متعادل تک چرخ ارائه می دهد. یک ربات تک چرخ بوسیله ی دو قانون کنترلی مستقل از هم کنترل می شود: کنترل پاندول معکوس سیار برای محور شیب و کنترل پاندول چرخشی واکنشی برای محور گردش. فرض می کنیم که معادلات دینامیکی محور های گردش و شیب از هم مجزا شده اند. در نتیجه معادلات دینامیکی گردش و شیب بصورت مستقل از هم بدست آمده و تمامی فعل و انفعالات بین آنها اغتشاش در نظر گرفته می شود. هر قانون کنترلی بوسیله ی یک کنترلر جدا پیاده سازی شده است. برای مثال کنترل مد لغزشی فازی برای گردش وکنترل تنظیم کننده ی درجه دوم خطی برای شیب. از منطق فازی برای جبران کردن فعل وانفعالات بین دینامیک های شیب و گردش در زمان واقعی استفاده شده است. ربات تک چرخ دو موتور dc دارد. یکی برای به حرکت درآوردن دیسک برای گردش و یکی برای به حرکت در آوردن چرخ برای شیب. چون هیچ نیرویی برای تغییر جهت انحرافی وجود ندارد , دینامیک جهت انحرافی در این مقاله تغییر نکرده است. الگوریتم ها برای معادلات دینامیکی مجزا در یک ربات تک چرخ واقعی پیاده سازی شدند, که قرار بود تا مسیری مطلوب در راستای یک خط مستقیم را طی کند. اطلاعات زاویه بوسیله سنسور ژیروسکوپ و شتاب سنج بدست می آید. نتایج آزمایش های که انجام شد کارآمدی سیستم پیشنهادی ما را تایید کرد.

مقدمه:

تحقیق برروی ربات تک چرخ از دهه ی 80 به بعد در آمریکا, اروپا و ژاپن انجام می پذیرد. A.Schoonwinkel  از دانشگاه استنفورد یک مدل دینامیکی خطی ربات را پیشنهاد داد و کنترل بهینه اش را در تز دکترایش در سال 1987 ارائه کرد.[1] پروفسور Yamafajii از دانشگاه توکیو مدل دینامیکی رباتی را پیشنهاد داد که قسمت بالایی آن دارای صفحه ی گردان وقسمت پایین آن دارای پرخ بود. او همچنین کنترل حرکت PIرا برای آن در سال 1997 ارائه کرد.[2] در سال 2005 M_Q Dao و K_Z lio از دانشگاه chiba تعادل گردش را با استفاده از دو ژیروسکوپ و یک محرک و تعادل شیب را با استفاده از چرخ کنترل کردند. گشتاور چرخشی در جهت انحرافی در چرخش معکوس خنثی شد. آنها معادلات دینامیکی را براساس لاگرانژ سیستم بدست آورده و الگوریتم برنامه ریزی بهره را برای مقاوم کردنش پیاده سازی کردند. کنترل محور گردش ربات تک چرخ اخیرا تغییر یافته و بوسیله ی دو کفه ی معلق در دو طرف ربات انجام می شود. که از کنترلر های PD و PID  برای آنها استفاده شده است.[4] اگرچه تحقیقات زیادی با تمرکز بر کنترل محور گردش انجام شده است, اما هیچ پژوهشی برای کنترل ردیابی سرعت آن گزارش نشده است.

در طول چهار سال گذشته چندین ربات تک چرخ در آزمایشگاه ربات هوشمند در دانشگاه ملی  Pusan پیاده سازی شده است. با این حال پیاده سازی مدل دینامیکی ربات در زمان واقعی خیلی پیچیده می باشد. [5]_[7]  الگوریتم های هوشمند که از اطلاعات دینامیکی استفاده می کنند , در کنترل مسیر ربات ناموفق بوده اند. برای غلبه بر این مشکلات دینامیک ربات تک چرخ در این مقاله در دو بخش جدا شده اند: دینامیک های محور گردش و محور شیب. اثرات کوپلینگ بین دو محور در مدلهای دینامیکی در نظر گرفته نمی شوند. [8][9] با این حال در کنترل گردش اثرات کوپلینگ بوسیله ی الگوریتم مد لغزشی فازی جبران می شود. محور شیب بعنوان یک پاندول معکوس مدل شده است , در حالیکه محور گردش بعنوان یک پاندول چرخشی واکنشی مدل شده است. دینامیک هایی که مدل نشدند, مانند اغتشاشات, اصطکاک ها , بعضی از اثرات کوپلینگ وعدم قطعیت سیستم بوسیله ی یک ورودی کنترلی معادل برای کنترلر مد لغزشی جبران شدند. این کار توسط منطق فازی انجام پذیرفت. برای کمینه کردن لغزش کنترلر مد لغزشی از برنامه تنظیم فازی در تابع علامت استفاده شد,که بعنوان یک تابع کلید زنی مورد استفاده قرار گرفت.

چون محور شیب بعنوان یک تابع معکوس مدل شده است, نسبتا در برابر اغتشاشات مقاوم است, در نتیجه یک کنترلر خطی بر اساس کنترل کننده ی درجه دوم خطی (LQR) در این مقاله ارائه شده است.[10]

ربات تک چرخ دارای دو موتور dc  است: یکی برای کنترل محور شیب و دیگری برای کنترل محور گردش.زاویه موتور بوسیله ی یک انکودر متصل به محور موتور اندازه گیری شده است. و زوایای ربات(شیب, گردش و انحراف) بوسیله ی ژیروسکوپ دو محوره و شتاب سنج سه محوره اندازه گیری شده اند. از کنترل مجزای ربات, ژیروسکوپ ها و شتاب سنج ها برای جمع آوری اطلاعات زاویه ای ربات استفاده شده است.

در این مقاله کنترل حرکت وایستادن ربات مورد بررسی قرار گرفته است. مقاله شامل شش بخش است: بخش اول شامل مقدمه میباشد. در بخش دوم چگونگی بدست آوردن معادلات دینامیکی ربات بر اساس روش لاگرانژ بحث شده است. بخش سوم طراحی کنترلر ها را معرفی می کند. بخش چهارم محیط آزمایشگاهی را توصیف می کند. بخش پنجم نتایج آزمایشگاهی برای کنترل ایستادن و حرکت ربات تک چرخ را توصیف می کند. بخش ششم شامل نتیجه گیری و پیشنهادات آینده می باشد.

توجه:

• برای دانلود فایل word کامل ترجمه از گزینه افزودن به سبد خرید بالا استفاده فرمایید.
• لینک دانلود فایل بلافاصله پس از خرید بصورت اتوماتیک برای شما ایمیل می گردد.