تحلیل دینامیکی و کنترل موقعیت دهی یک سازه فضایی توسط یک ربات فضایی متصل به تتر

سیستمی که در این پایان نامه به تحلیل دینامیکی آن پرداخته شده، از یک ماهواره ی اصلی در حال گردش به دور زمین در مداری دایره ای با حرکتی از پیش تعریف شده تشکیل شده، که بیشتر جرم سیستم ناشی از ماهواره است. در این ماهواره، مکانیزم قرقره ی تعبیه شده، با تولید سرعت خطی در طنابی که به دور آن پیچیده شده تغییر طول ایجاد می کند. به انتهای تتر یک بازویی دو عضوی متصل شده و پنجه ی ربات سازه ای صلب و همگن را حمل می کند. موقعیت دهی سازه و انتقال آن در روی یک مسیر داده شده، ماموریت این سیستم را تشکیل می دهند. روش های کنترلی معمول به دلیل بازه ی محدود تغییرات طول تتر در حین عملیات کارآمد نیستند و کنترل سیستم چالش اصلی این پژوهش است. ابتدا با در نظر گرفتن فرضیاتی مشخص، معادلات دینامیکی سیستم با تتر صلب استخراج شده است. سپس برای سیستم صلب کنترل کننده ای که پاسخ گوی اهداف پایان نامه باشد طراحی شده است و در انتها اثر انعطاف پذیری تتر در دینامیک سیستم کنترل شده ارزیابی شده است. تمرکز اصلی این پژوهش بر مسئله کنترل سیستم با توجه به محدویت تغییر طول تتر است. با تفکیک دینامیک سیستم به دو بخش حرکت نوسانی-دورانی تتر و حرکت بازوی رباتیکی، کنترل سیستم تجزیه وتحلیل شده است. از آنجا که به دلیل گشتاورهای اعمالی روی مفاصل ربات و سازه، کنترل این دو بخش راحت تر انجام می گیرد، ایده ی به کار رفته در حل مسئله کنترل سیستم این است که حرکت دروانی تتر مستقل از زوایای مفاصل ربات و سازه کنترل شوند و اثر تداخل دینامیکی حرکت بازو بر حرکت تتر به صورت اختلال در کنترل تتر در نظر گرفته شود. کنترل کننده ای که برای کنترل زوایای مفاصل ربات و سازه پیشنهاد شده، کنترل کننده ی گشتاورهای محاسبه شده است. کنترل چالش برانگیز زاویه ای تتر با حفظ طول تتر در یک رنج محدود ابتدا برای یک سیستم ساده تتر فضایی به عنوان الگو، با استفاده از روش کنترلی مبتنی بر پیش بین مدل، model predictive control، بررسی شده است. سپس با بکارگیری یک کنترل کننده ی ترکیبی nmpc-ctm مسئله کنترل سیستم اصلی در دو حالت حمل سازه و ربات بدون سازه بررسی و شبیه سازی شده است. نتایج حاصل از شبیه سازی سیستم در نتیجه ی اعمال کنترل کننده های طراحی شده نشان دهنده عملکرد خوب این کنترل کننده ها است. در آخر اثر انعطاف پذیری تتر به فرضیات مسئله اضافه شده معادلات سیستم برای این شرایط استخراج شده اند. تاثیر این انعطاف پذیری در کنترل سیستم به عنوان اغتشاش ساختاری برای سیستم در مدل دینامیکی در نظر گرفته شده و نتایج حاصل از شبیه سازی برای کنترل سیستم در انتقال سازه به نقطه ی هدف ارائه شده است.