کنترل توام نیرو و موفقیت روباتهای صفحه ای با درجات آزادی اضافی

در پاره ای از کاربردهای سیستهای روبوتیک لازم است علاوه بر مسیر خرکت پنجه روبوت ، نیروی اعمالی به محیط نیز کنترل گردد. هدف این پروژه طراحی سیستم کنترل هیبرید نیرو و مکان برای یک روبوت n درجه آزادی صفحه ای با درجات آزادی اضافی می باشد. دراین رساله فرض بر این است که روبوت مورد نظر غیر از تعقیب مسیر میبایست n-2 قید وضعیتی دیگر را نیز ارضاء نماید. کنترلر طراحی شده ترکیبی است از یک کنترلر مدار باز (کنترلر غیرخطی) و یک کنترلر مدار بسته (کنترلر خطی) که کنترلر مدار باز و وظیفه هدایت کلی ربوت روی مسیر مورد نظر و اعمال نیروی دلخواه عمود بر سطح را دارد. اگر مدل دینامیکی کامل و فاقدهر گونه تقریب با اغتشاش دیگر باشد، استفاده از کنترلر حلقه باز به طور پیوسته موجب خواهد گشت ، روبوت مسیر مورد نظر را تعقیب نموده و نیروی لازم را نیز به محیط اعمال نماید. اما چون مدل کافی نیست و به ناچار تقریبهایی در آن وجود دارد، استفاده از این روش به تنهائی در کاربردهای واقعی عملی نیست . به منظور حذف اغتشاشات یک کنترلر مدار بسته خطی نیز به کنترلر فوق اضافه می شود که وظیفه حذف اغتشاشات را بر عهده دارد. کنترلر مدار باز با استفاه از این روش به تنهائی در کاربردهای واقعی عملی نیست . به منظور حذف اغتشاشات یک کنترلر مدار بسته خطی نیز به کنترلر فوق اضافه می شود که وظیفه حذف اغتشاشات را بر عهده دارد. کنترلر مدار باز استفاده از روش خطی سازی برگشتی (feedback linearization) محاسبه می گردد، برای طراحی کنترلر خطی نیز ماتریس فیدبک با استفاده از روشهای کنترل بهینه محاسبه شده است . به این منظور نخست نیروی قیدی (نیروی عمودی اعمال از پنجه به سطح) به روش ماتریس مکمل متعامد حذف می گردد و سپس معادلات خطی می شود. برای طراحی کنترلر خطی از دو روش برنامه ریزی پویا و lqr استفاده می شود. در روش اول با توجه به اینکه معادلات خطی شده تابع زمان هستند، به کمک روش برنامه ریزی پویا (سیستم متغیر با زمان) ماتریس فیدبک محاسبه شده است . در روش دیگر پس از تبدیل معادلات به فرم فضای حالت ماتریسهای ضرائب با یک ماتریس ثابت و با به صورت جدولی از ماتریسهای ثابت تقریب زده شده و سپس با استفاده از روش lqr (سیستم ثابت با زمان) ماتریس فیدبک محاسبه شده است . نهایتا کیفیت تعقیب مسیر و نیروی عمود بر سطح با استفاده از کنترلرهای فوق، به کمک مشابه سازی غیرخطی سیستم مورد بررسی قرار می گیرد.