طراحی و پیاده سازی کنترل کننده فازی توزیع یافته بر روی ربات متحرک دوچرخ تعادلی

یکی از ربات های متحرک که امروزه توجه محققین زیادی را به خود جلب کرده، ربات تعادلی متحرک است. این سیستم یک پاندول معکوس است که بر روی یک یا دو چرخ قرار گرفته و قابلیت حرکت دارد. با توجه به اینکه این ربات ها به صورت ذاتی ناپایدار هستند و علاوه بر این دینامیک پیچیده و عملکرد غیرخطی دارند، یافتن یک سیستم کنترلی مناسب که تعادل ربات را حفظ کند اساسی است. یکی از روش های کنترلی کارآمد، کنترل کننده فازی توزیع یافته (pdc) است. در این روش از مدل سازی فازی استفاده می شود که مدل های خطی محلی را در نقاط کار مختلف سیستم به دست می آورد و با استفاده از تئوری فازی آن ها را ترکیب می کند. در حقیقت در این روش ابتدا معادلات دینامیکی غیرخطی سیستم به مدل فازی تاکاگی-سوگنو (ts) تبدیل می شود. مدل ts توسط قوانین فازی اگر-آنگاه بیان می شود که هر قانون دینامیک های محلی را در قالب یک مدل خطی ارائه می کند، مدل نهایی سیستم از ترکیب فازی این مدل های خطی محلی، حاصل می شود. پس از به دست آوردن مدل فازی، برای طراحی کنترل کننده از روش pdc استفاده می شود که در آن برای هر زیرسیستم خطی، یک کنترل کننده خطی طراحی می شود و در نهایت با ترکیب فازی این کنترل کننده ها، یک کنترل کننده غیرخطی ایجاد می شود. پایداری این کنترل کننده با حل شرایط پایداری با استفاده از نامساوی ماتریس خطی (lmi) قابل اثبات است.این پایان نامه به شبیه سازی و پیاده سازی کنترل کننده فازی توزیع یافته بروی ربات غیرخطی و ناپایدار دوچرخ تعادلی می پردازد. در ابتدا مدل دینامیکی غیرخطی سیستم که با روش لاگرانژ محاسبه شده است، به مدل فازی تاکاگی-سوگنو با سه زیرمدل و تابع عضویت ذوزنقه ای تبدیل می شود. سپس قوانین کنترلی فازی بر اساس روش جبرانساز موازی توزیع یافته بدست می آیند و با استفاده از آن به حفظ تعادل ربات و تعقیب حرکت ربات بر روی یک مسیر دایره ای می پردازیم. سپس مساله وجود تاخیر زمانی مشخص مورد بررسی قرار می گیرد و برای حفظ پایداری ربات با تاخیر زمانی، در قسمت کنترل کننده از پیش بین اسمیت استفاده می شود. نتایج شبیه سازی در هر مرحله کارایی کنترل کننده به کار برده شده را تایید می کنند. سپس کنترل کننده فازی توزیع یافته طراحی شده را بر روی ربات اجرا می کنیم تا عملکرد آن را در حفظ تعادل ربات تعادلی دوچرخ بررسی کنیم. علاوه بر این، یک کنترل کننده pid با سعی و خطا طراحی و بر روی ربات پیاده می شود و با استفاده از نتایج آن، مدل فازی ts دیگری با استفاده از داده های ورودی و خروجی ربات و به کارگیری الگوریتم ژنتیک به دست می آید. در این مرحله کنترل کننده pdc با کنترل کننده محلی pid نیز بر روی ربات پیاده می شود و مقایسه نتایج کنترل کننده pdc با کنترل کننده محلی فیدبک حالت و کنترل کننده pdc با کنترل کننده محلی pid نشان می دهد که هر دو کنترل کننده ربات را متعادل می کنند اما در حالتی که کنترل کننده های محلی، فیدبک حالت هستند تغییرات زاویه پاندول ربات کم تر است و تلاش کنترلی کمتری برای حفظ تعادل ربات لازم است.