کنترل بهینه سیستم غیرخطی ربات دوپا(biped)

امروزه علاقمندی محققان به فهم بهتر اصول حرکت سیستم های بیولوژیکی باعث شده تا مطالعه بر روی رباتهای دو پا بسیار مورد توجه قرار گیرد. عملکرد ربات دوپا از طریق الگوی حرکت و توانایی سیستم کنترل کننده آن، تعیین می شود. الگوی حرکت، نوع حرکت ربات را تعیین می کند و کنترل کننده، نحوه ردیابی الگوی در نظر گرفته شده، پایداری و مقاومت سیستم در قبال نامعینی ها را مشخص می کند. ربات دوپا یک سیستم غیر خطی و چند متغیره است و بکار گیری روش های کنترل بهینه کلاسیک در مورد آن سخت و حتی ناممکن می باشد. دیگر روش های کنترل بهینه نیز مشکلاتی مثل حل عددی و یا همزمان مسئله بهینه سازی را دارند. به همین دلیل در تحقیق حاضر سعی بر آن است ضمن توسعه روش های طراحی کنترل بهینه غیرخطی برای سیستم های چند متغیره، قانون کنترل بهینه ای برای دینامیک غیرخطی و چند متغیره ربات دوپا بدست آید که با استفاده از حداقل مقدار ورودی کنترلی، ورودی مرجع ردیابی و پایداری حرکت نیز تضمین شود. اساس روش پیشنهادی، کنترل پیش بین می باشد و با استفاده از روش لیاپانوف، قانون کنترلی بگونه ای توسعه داده می شود که پایدار مقاوم بودن سیستم تضمین گردد. مزیت روش پیشنهادی در این است که قانون کنترل بهینه غیرخطی بصورت تحلیلی و بصورت یک رابطه بسته بدست می آید و دیگر نیازی به حل مسئله بهینه سازی بصورت همزمان و عددی نیست. در زمینه تعیین الگوی حرکت بهینه که یکی دیگر از موضوعات مهم این تحقیق می باشد، سعی بر آن است طراحی الگوی حرکت بر اساس نقش بالاتنه در حفظ تعادل ربات صورت گیرد. در طراحی الگو علاوه بر در نظر گرفتن شرایط و قیود پیوستگی و تکرار پذیری حرکت، مسئله سازگاری الگو و کنترل کننده مورد توجه قرار می گیرد. عموماً طراحی الگوی حرکت بهینه بر اساس تامین پایداری و قیود حرکتی صورت می گیرد و در طراحی به ویژگی های سیستم تحت کنترل و توانایی های کنترل کننده آن توجه نمی شود. این موضوع باعث می شود تا بین الگو و کنترل کننده سازگاری وجود نداشته باشد و نتوان به عملکرد بهینه دست پیدا کرد. در این تحقیق برای حل این مشکل بحث طراحی بهینه و همزمان الگوی حرکت و کنترل کننده مطرح می شود تا با در نظر گرفتن شرایط و محدودیت های مربوط به سیستم و توانایی های سیستم کنترل کننده، پارامترهای موثر در عملکرد ربات، به گونه ای تعیین شوند که بهینه بودن رفتار سیستم تضمین گردد. نتایج حاصل از تحلیل ها و شبیه سازی های انجام شده نشان می دهد که استفاده از روش کنترل بهینه غیرخطی پیشنهادی و طراحی همزمان آن با الگوی حرکت، می تواند روش مناسبی برای تعیین عملکرد بهینه ربات باشد.