در این پایان نامه، طراحی و توسعه کنترل کننده های عصبی- فازی- مد لغزشی بر روی ربات سه بازوی اسکارا بررسی شده است. اهداف اصلی عبارت اند از: طراحی کنترل کننده مستقل از مدل یا به عبارتی غلبه بر مشکل محاسبه قانون کنترل معادل، حذف نوسانات ناخواسته حاصل از جمله کلیدزنی، طراحی کنترل کننده مقاوم در برابر اصطکاک مفاصل و اغتشاش خارجی. در این راستا، از یک ساختار شبکه عصبی موازی با سیستم فازی برای تقریب بخش مربوط به مدل سیستم و جمله کلیدزنی استفاده می نماییم. همچنین عملکرد شبکه عصبی پرسپترون چند لایه و شبکه با توابع گوسین را در تقریب قانون کنترل مورد مقایسه قرار می دهیم. ضرایب شبکه عصبی به گونه ای تنظیم می شوند که خروجی سیستم فازی (برای شبکه پرسپترون) یا سطح لغزش (برای شبکه گوسین) به سمت صفر میل نماید. جواب های حاصل از این روش، با کنترل مد لغزشی مقایسه شده و عملکرد مطلوب آن را نشان می دهد. در ادامه و به منظور کاهش هزینه و حجم محاسبات کنترل کننده فوق، دو کنترل کننده دیگر نیز پیشنهاد می دهیم. در مورد اول که گریزی بر مفهوم طراحی کنترل کننده مد لغزشی و عصبی- فازی- مد لغزشی در حوزه زمان گسسته با سهولت پیاده سازی عملی دارد، به طراحی کنترل کننده مورد اول در حوزه گسسته می پردازیم. همچنین تأثیر زمان نمونه برداری بر همگرایی سیستم حلقه بسته بحث شده است. در مورد دوم، برای کاهش بار محاسباتی کنترل کننده عصبی- فازی- مد لغزشی، از سیستم فازی صرفنظر شده و شبکه عصبی با سطح لغزش غیرخطی ایفای نقش می نماید. در هر یک از موارد فوق، نتایج شبیه سازی پیاده شده بر روی بازوی سه رابط اسکارا، دال بر کارایی مطلوب و بهبود عملکرد سیستم حلقه بسته است. علاوه براین کنترل کننده های پیشنهادی برای دسته وسیعی از سیستم های چند ورودی- چند خروجی قابل اعمال می باشند.

در این پایان نامه با ارائه یک مدل کامل ریاضی از ربات اسکارا به همراه محرکه های الکتریکی و راه انداز محرکه ها استراتژی کنترل مدولاسیون پهنای پالس (pwm) بازوی ماهر اسکارا معرفی می گردد. روش کنترلی استفاده شده یک روش کنترل فازی خطی است که موقعیت ربات را در فضای فازی و خطی در یک محیط غیر ساختاری با وجود عدم قطعیت کنترل می کند. این روش از توانایی روش کنترل فازی برای عدم قطعیت و کنترل رفتار غیر خطی بهره مند است و پس از کنترل خطا و اطمینان از کوچک بودن آن، سیستم کنترل خطی برای حذف خطای حالت ماندگار بکار می رود. در کنترل موقعیت، کنترل ربات با روش مفصل مستقل انجام می شود و کلیه عوامل نامعین و متغیر که از طریق اتصالات و ارتباطات روی این مفصل اثر می گذارند به صورت اغتشاش منظور می شوند. کنترل موقعیت ربات در حالات تعقیب مسیر مرجع و حرکت نقطه به نقطه بررسی میشود . نتایج شبیه سازی موضوعی روی ربات اسکارا g1? - 654s با موتورهای مغناطیس دائم نشان می دهند که این سیستم از هر دو ویژگی تعقیب و دفع آشوب بر خوردار است و خطای حالت ماندگار را به انداز ه قابل قبولی کاهش می دهد . در صورت بروز هر گونه آشوب که موجب افزایش خطا و خروج از محدوده تعریف شده باشد سیستم به طور خودکار، توسط کنترل فازی به وضعیت مطلوب برگردانده می شود.

چکیده : در این پایان نامه یک روش زیر فضایی نوین برای شناسایی مدل فضای حالتی یک سیستم چند ورودی _ چند خروجی کسری به کمک اطلاعات ورودی و خروجی تصادفی ارائه شده است. در این روش ابتدا از سیگنال آغشته به نویز به روش کسری و در حوزه زمان مشتق گرفته و به کمک آن معادله جبری ورودی خروجی ساخته شده است. سپس به کمک تجزیه qr ماتریس های فضای حالتی تخمین زده شده است. مدل بدست آمده، مدلی از مرتبه کسری و پیوسته در زمان می باشد. به خاطر رفتار ذاتی دینامیکی از مرتبه کسری یک سیستم پیوسته در زمان، توصیف یک سیستم فیزیکی با کمک مدل پیوسته در زمان کسری و شناسایی آن با کمک اطلاعات نمونه برداری شده و به صورت مستقیم، دارای مزیت های زیادی است. همچنین با کمک این روش مدل سازی و کنترل مقاوم و دقیق تری خواهیم داشت. به منظور اثبات ادعای خود، یک روبات انتخاب کرده و به هر دو روش صحیح و کسری، به شناسایی مدل آن پرداخته ایم. نتایج بیانگر اینست که روش کسری، دارای دقت بمراتب بالاتری نسبت به مدل صحیح است. کلمات کلیدی: شناسایی- کسری – زیر فضایی – کنترل – روبات

در این پایان نامه به مدلسازی سینماتیکی و دینامیکی ربات کروی می پردازیم. سپس کنترل مقاوم آن طراحی و شبیه سازی می گردد. مفاصل ربات کروی به ترتیب لولایی، لولایی و کشویی بوده که سه درجه آزادی را برای این بازوی مکانیکی فراهم می سازند. در بدست آوردن مدل سینماتیک از دستورالعمل دناویت هارتنبرگ و در مدل دینامیک از معادلات اویلر لاگرانژ استفاده شده است. مدل دینامیکی ربات چند متغیره، غیر خطی، همراه با کوپلینگ شدید و عدم قطعیت است. برای کنترل ربات از روش غیر خطی مقاوم استفاده نموده ایم. روش کنترل پیشنهادی پایداری سیستم حلقه بسته را تضمین می نماید و عملکرد آن مناسب است بطوریکه خطای ردگیری مسیر ناچیز می باشد. برای تحلیل پایداری از روش مستقیم لیاپانوف استفاده شده است. با توجه به آن که عدم قطعیت شامل عدم قطعیت پارامتری، دینامیک مدل نشده و اغتشاش خارجی است سیستم کنترل توانمندی قابل ملاحظه ای در غلبه بر عدم قطعیت ها نشان می دهد. در پایان روش کنترل پیشنهادی با روش کنترل غیر خطی مقاوم اسپانگ مقایسه شده است.

این پایان نامه به کنترل غیرخطی مقاوم ربات های الکتریکی می پردازد و روشی جدید مبتنی برکنترل ولتاژ برای جبران خطای ردگیری ناشی از اغتشاش خارجی، دینامیک های مدل نشده و عدم قطعیت پارامتری ارائه می دهد. قانون کنترل روش کنترل ولتاژ در مقایسه با روش مرسوم کنترل گشتاور بسیار ساده تر است. زیرا نیازی به مدل غیرخطی پیچیده ربات ندارد. در نتیجه، حجم محاسبات کنترل کننده برای تعیین ولتاژ اعمالی به موتورها به مراتب کمتر از حجم محاسبات برای تعیین گشتاور مفاصل در استراتژی کنترل گشتاور می شود. در این پایان نامه از الگوریتم بهینه سازی پرندگان برای بدست آوردن یک تخمین بهینه از پارامتر های قانون کنترل به منظور دست یافتن به کمترین خطای ردگیری، استفاده می شود. پایداری سیستم حلقه بسته با استفاده از روش مستقیم لیاپانوف تضمین شده است و عملکرد سیستم کنترل با بکارگیری الگوریتم بهینه سازی پرندگان بهبود می یابد. قانون کنترل پیشنهادی روی یک بازوی ماهر کروی شبیه سازی می شود. این ربات توسط موتورهای الکتریکی مغناطیس دائم رانده می شود. نتایج شبیه سازی ها به خوبی توانایی الگوریتم بهینه سازی پرندگان را در کاهش دادن خطای رد گیری نشان می دهد. همچنین مقایسه نتایج روش های کنترل ولتاژ و کنترل گشتاور مزایای روش کنترل ولتاژ را مشخص می سازد.

بررسی رفتارهای غیرخطی پیچیده ای همچون آشوب و عوامل بروز آن ها در سیستم های دینامیکی نظیر ربات، باعث گسترش اطلاعات در جهت افزایش کارایی وکنترل آن ها می شود. هدف از این پایان نامه، طراحی کنترل کننده مد لغزشی دینامیک از مرتبه کسری برای ربات های دولینکی آشوبگون می باشد. کنترل مد لغزشی به علت دقت بالا و مقاوم بودن در برابر اغتشاش خارجی و عدم قطعیت سیستم، به عنوان یک روش مهم و کارآمد در کنترل غیرخطی مورد توجه و استفاده محققین قرار گرفته است. کنترل مد لغزشی دینامیک یکی از روش های تعمیم یافته مد لغزشی می باشد. اساس کار مد لغزشی دینامیک با افزایش دینامیک های سیستم انجام می شود. به دلیل استفاده از انتگرال گیر در به دست آوردن ورودی کنترلی، مسئله لرزش که یکی از مشکلات اصلی روش های مد لغزشی می باشد، به طور چشم گیری کاهش می یابد و ورودی کنترلی را برای ربات قابل تحقق می سازد. در علم امروز جایگاه خاص مشتقات مرتبه کسری به عنوان ابزاری مناسب برای توصیف بهتر سیستم ها و همچنین افزایش قابلیت کنترل کننده ها کاملاً مشهود است. با به کارگیری این مشتقات امکان طراحی کنترل کننده ای مقاوم در برابر عدم قطعیت و اغتشاش، کاهش/حذف مسئله لرزش در کنار حفظ و بهبود عملکرد مطلوب سیستم، فراهم شده است. استفاده از کنترل کننده مرتبه کسری، لرزش را کاهش و کارایی کنترل کننده را افزایش می دهد. تئوری و شبیه سازی ها برای ربات های آشوبگون تحت بار و ناشی از تأخیر و در حضور اغتشاش و عدم قطعیت انجام شده و در نهایت کنترل کننده با سه نوع کنترل کننده دیگر مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی کارآیی روش پیشنهادی را تأیید می کند.

در این پایان نامه مسئله ی کنترل موقعیت آسانسورهای هیدرولیکی مورد بررسی قرار گرفته است. حداقل کردن خطای ردیابی، تأمین راحتی مسافر، نرم بودن سیگنال کنترلی و دفع اغتشاش از اهداف کنترلی مهمی است که باید مورد توجه قرار گیرد. نوآوری این پژوهش، استفاده از رویکرد کنترل امپدانس به منظور دفع اغتشاش ناشی از تغییر وزن بار آسانسور و حفظ عملکرد مطلوب سیستم می باشد. کنترل امپدانس مجموعه ای منسجم از انواع استراتژی های مختلف کنترلی است که می تواند همزمان کنترل موقعیت و نیرو را شامل شود و در عین حال ساده بوده و مستقل از مدل می باشد. جهت پیاده سازی قانون امپدانس در سیستم، یک ساختار کنترلی دو حلقه ای نیرو و موقعیت ارائه شده است. از خطی سازی فیدبکی در حلقه ی کنترل نیرو و از کنترل کننده ی فازی در حلقه ی کنترل موقعیت استفاده شده است. کنترل کننده ی موقعیت، به منظور فراهم آوردن نیروی مطلوب مورد نیاز جهت ردگیری مسیر مرجع حرکت کابین آسانسور طراحی می شود. سپس کنترل کننده ی نیرو جهت ردیابی نیروی مرجع تولید شده توسط کنترل کننده ی موقعیت، طراحی خواهد شد. خروجی این کنترل کننده به محرک هیدرولیکی داده می شود تا نیروی مورد نیاز برای جابجایی آسانسور را تولید کند. نتایج شبیه سازی سیستم کنترلی طراحی شده برای مدل آسانسور، نقش قانون امپدانس در بهبود عملکرد سیستم و دفع اغتشاش ناشی از تغییر وزن بار را تأیید می-کند.

این پایان نامه با استراتژی کنترل ولتاژ به کنترل موقعیت ربات ها مجهز به موتورهای سنکرون مغناطیس دائم بدون چرخ دنده می پردازد.به منظور طراحی کنترل کننده، به مدلسازی سیستم رباتیک شامل ربات و موتور الکتریکی می پردازیم. این مدل که در فضای حالت ارائه شده است، نشان می دهد که سیستم رباتیک به شدت غیرخطی با تزویج سنگین بین ورودی ها و خروجی ها، پرمحاسبه و نامعین است. البته پیچیدگی مدل به واسطه دینامیک ربات می باشد. به منظور غلبه بر پیچیدگی های ناشی از دینامیک ربات از استراتژی کنترل ولتاژ استفاده می کنیم. کنترل ولتاژ در مقایسه با کنترل گشتاور، به علت عدم استفاده از مدل ربات، ساده تر، کم محاسبه تر و کارآمدتر است.در قانون کنترل از روش خطی سازی فیدبکی به طور موثری استفاده می شود. در این روش، به جای مدل ربات از مدل موتور استفاده می نماییم که بسیار ساده تر است.در نتیجه سیستم کنترل آزاد از مدل ربات بوده و در مقابل عدم قطعیت های مدل ربات مقاوم است. در ادامه، یک روش کنترل آزاد از مدل موتور نیز ارائه می شود. کنترل کننده مورد نظر، از نوع فازی تاکاگی - سوگنو بوده و پایداری سیستم کنترل را تضمین می نماید. کنترل کننده های پیشنهادی توسط نرم افزار متلب، بر روی ربات هنرمند مجهز به موتورهای سنکرون مغناطیس دائم شبیه سازی می شود. مقایسه نتایج شبیه سازی ها، برتری استراتژی ولتاژ را نسبت به استراتژی کنترل گشتاور نشان می دهد. روش های کنترل پیشنهادی با روش های مرسوم کنترل برداری میدان و کنترل مستقیم گشتاور نیز مقایسه و مزایای مذکور به خوبی دیده می شود.

بازوی های رباتیک که بدون چرخ دنده توسط موتورهای الکتریکی رانده می شوند ربات های با رانش مستقیم نامیده می شوند. این رباتها با حذف انعطاف، خلاصی و پس زنی چرخ دنده، کاهش اصطکاک، کاهش اینرسی و افزایش قابلیت اطمینان، عملکرد بهتری از خود نشان می دهند. بازوی ربات سیستمی چند ورودی- چند خروجی با دینامیک غیرخطی، تزویج و عدم قطعیت می باشد. این رفتار بی نظم و غیرقابل پیش بینی ربات در عمل نامطلوب بوده و اهمیت کنترل را نشان می دهد. انتظار می رود که ربات بتواند کارهای صنعتی را با دقت و سرعت بالا انجام دهد. کنترل فازی یکی از روش های کنترل ربات است که به عنوان یک روش هوشمند مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. این روش کنترلی، در طراحی مستقل از مدل دینامیکی ربات بوده و عملکرد مناسبی از خود نشان می دهد. در این پایان نامه، کنترل کننده فازی تناسبی– مشتقی برای کنترل بازوی ربات پیوما طراحی شده است. این ربات، توسط موتورهای الکتریکی جریان مستقیم مغناطیس دائم رانده می شود و به ردگیری موقعیت مسیر زمانی مطلوب می پردازد. بررسی ها نشان می دهند که کنترل فازی در مهار رفتار غیرخطی و غلبه بر عدم قطعیت موفق است، ولی تضمین پایداری و دستیابی به عملکرد دقیق نیازمند بکارگیری همه متغیرهای حالت است. در مقابل، بار محاسباتی بخاطر تعداد زیاد ورودی ها و قوانین فازی بشدت افزایش می یابد و پیاده سازی کنترل کننده را با مشکل مواجه می سازد. از سوی دیگر، بکارگیری کنترل کننده فازی تناسبی- مشتقی توصیه می شود که ساختاری ساده و کاربردی متداول دارد. این پایان نامه، به منظور کاهش بار محاسباتی و بهبود عملکرد سیستم کنترل فازی، طرح جدید کنترلی را ارائه می نماید. کنترل پیشنهادی شامل کنترل کننده فازی تناسبی- مشتقی، جبران ساز جریان و پیشخورد سرعت مطلوب مفصل است. سیستم کنترل با پسخورد جریان موتورها، موقعیت و سرعت مفاصل به کنترل موتورها می پردازد. با بکارگیری همه پسخوردها، پایداری سیستم کنترل تضمین شده و موتورها عملکرد خوبی خواهند داشت در حالی که موتور ها بار دینامیکی سنگینی را تحمل می کنند. ممکن است بعنوان جایگزین، یک کنترل کننده فازی با بکارگیری سه پسخورد جریان موتورها، موقعیت و سرعت مفاصل پیشنهاد شود. در مقایسه، تعداد قوانین فازی سه برابر خواهد شد. در طراحی سیستم کنترل، از راهبرد کنترل ولتاژ استفاده می شود که مزایای سادگی طراحی، سریع بودن پاسخ، مقاوم بودن در مقابل عدم قطعیت ها و عدم وابستگی به مدل دینامیکی بازوی ربات را در بردارد. برای بررسی پایداری سیستم کنترل، مدل ریاضی کنترل کننده بدست آمده و تحلیل پایداری انجام گرفته است. با استفاده از نرم افزار های مهندسی، بازوی ربات پیوما ترسیم و پارامتر های مورد نیاز بدست آمده و سپس به مدلسازی معادلات سینماتیکی و دینامیکی آن پرداخته شده است. برای بررسی نحوه عملکرد سیستم کنترل، کنترل کننده توسط نرم افزار متلب شبیه سازی شده است. تحلیل ریاضی و نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که عملکرد کنترل فازی تناسبی- مشتقی با جبران ساز جریان و پیشخورد سرعت مطلوب مفصل نسبت به کنترل فازی تناسبی- مشتقی برتری دارد.

با توجه به اهمیت روز افزون ربات ها در زندگی امروز، نیاز به ربات های کم حجم و سبک تر با سرعت، دقت و توان بالاتر بیش از هر زمان دیگری احساس می شود. از آنجا که دیگر ربات های صلب و سنگین کارایی خود را برای برآوردن چنین نیاز هایی از دست داده اند، برای برآوردن این نیاز ها به کارگیری سیستم انتقال قدرت جدید برای ایجاد گشتاور زیاد در سرعت های کم در ربات ها امری اجتناب ناپذیر است. عمده ترین منشا ایجاد انعطاف پذیری استفاده از هارمونیک درایو در سیستم انتقال قدرت می-باشد. انعطاف پذیری مفصل باعث می شود که رابطه موقعیت موتور و زاویه مفصل بازوی متناظر از یک تناسب ساده تبدیل به یک رابطه دینامیکی گردد که در ساده ترین حالت می توان آن را بصورت یک فنر پیچشی مدل کرد. از طرف دیگر وجود دینامیک بین موتور و بازو سیستم را در رده سیستم های کم کارانداز که در آنها تعداد درجات آزادی بیش از تعداد ورودی های کنترل است و در نتیجه نمی توان هر حالت را با یک ورودی متناظر کنترل کرد جا می دهد. این مسائل باعث شده است که کنترل ربات های با مفاصل انعطاف پذیر از مسائل مطرح در دنیای کنترل گشته و چالش زیادی را برای پژوهشگران فراهم سازد. در این رساله، به کنترل فازی نوع-2 ربات های دارای مفاصل انعطاف پذیر با در نظر گرفتن مسئله پایداری و اشباع محرکه می پردازیم. علاوه بر این، روش منظمی برای اعمال روش پیشنهادی به ربات-های با چندین درجه آزادی با در نظر گرفتن مسئله پایداری پیشنهاد می شود. به منظور غلبه بر پیچیدگی ناشی از دینامیک ربات از استراتژی کنترل ولتاژ استفاده می کنیم. کنترل ولتاژ در مقایسه با کنترل گشتاور، به علت عدم استفاده از مدل ربات، ساده تر، کم محاسبه تر و کارآمد تر است. بکارگیری استراتژی کنترل گشتاور، دو عیب اساسی دارد. اول آن که در محاسبه قانون کنترل از معادلات دینامیکی ربات استفاده می شود که بشدت غیرخطی ،پیچیده و دارای تزویج هستند دوم آن که دینامیک محرکه در طراحی کنترل کننده منظور نمی شود. یکی دیگر از مباحثی که در این رساله به آن پرداخته می شود، بررسی کاربرد و توانایی سیستم های فازی نوع دوم در تخمین عدم قطعیت هاست. به عنوان یک رهیافت جدید، از سیستم های فازی نوع دوم تطبیقی بصورت موفقیت آمیزی در تخمین عدم قطعیت ها در سیستم رباتیک استفاده می شود. مساله ای که در این حوزه تاکنون به آن پرداخته نشده است. نشان داده می شود که سیستم فازی نوع-2 تطبیقی پیشنهادی عدم قطعیت ها در سیستم را بصورت تابعی غیر خطی از خطای ردگیری موتور و مشتق آن مدل می کند. یکی از مزایای روش پیشنهادی این است که در سیستم فازی نوع-2 تطبیقی برای تخمین عدم قطعیت ها نیازی به تمامی حالات سیستم نیست. با توجه به آن که عدم قطعیت شامل عدم قطعیت پارامتری، دینامیک مدل نشده و اغتشاش خارجی است سیستم کنترل توانمندی قابل ملاحظه ای در غلبه بر عدم قطعیت ها در طیف گسترده نشان می دهد. روش ارائه شده شامل دو حلقه است: در حلقه داخلی موقعیت موتور با استفاده از کنترل کننده فازی نوع-2 تطبیقی پیشنهاد شده کنترل می شود درحالی که حلقه خارجی، موقعیت زاویه ای مفصل ربات را با استفاده از یک کنترل کننده pid تطبیقی کنترل می نماید. با انتخاب یک سطح لغزش مناسب، ضرایب کنترل کننده pid با استفاده از روش گرادیان بروز می شوند. از طرفی، برای بررسی بهتر عملکرد کنترل کننده فازی نوع-2 یک کنترل کننده فازی نوع-1 نیز به این منظور طراحی شده و عملکرد آنها در حضور دینامیک های مدل نشده مقایسه می شود. نتایج شبیه سازی نشان می دهد کنترل فازی نوع -2 می تواند یک روش کارامد برای مهار عدم قطعیت ها در طیف گسترده باشد.

در این پایان نامه، روشی جدید که در سال های اخیر برای کنترل سیستم هایی از معادلات دیفرانسیل تاخیری و پایدارسازی آن ها با استفاده از تابع لامبرت مطرح شده را معرفی می کنیم. به این ترتیب روشی جدید برای طراحی کنترل کننده به وسیله تخصیص مقدار ویژه به همراه چند مثال ارائه می شود. با استفاده از این روش می توان یک زیر مجموعه از مقدارهای ویژه را به موقعیت های مطلوب انتقال داد. برای سیستمی که توسط معادلات دیفرانسیل تاخیری نشان داده می شود، جواب سیستم براساس تابع لامبرت بدست می آید و پایداری تعیین می شود. اگر سیستم پایدار نباشد، بعد از بررسی کنترل پذیری سیستم، یک پسخورد پایدار کننده به وسیله تخصیص مقدارهای ویژه طراحی می شود و سرانجام، سیستم حلقه بسته می تواند پایدار شود.

در این پایان نامه مسئله ی کنترل مود لغزشی بهینه ی بازوی رباتیک تحت عدم قطعیت بررسی شده است. حداقل کردن سیگنال کنترل و خطای ردگیری، از اهداف بسیار مهم در سیستم های کنترل است که باید مورد توجه قرار گیرد. نوآوری این تحقیق استفاده از الگوریتم پرندگان در حالت خارج از خط و ترکیب آن با تخمین حدود عدم قطعیت در حالت بر خط جهت بهینه کردن پارامترهای سیستم کنترل است. مزیت عمده ی این روش بر دیگر روش های معمول در بهینه سازی که عمدتاً در حالت خارج از خط سیستم را بهینه می کنند، برخط بودن آن است. در حالت برخط با استفاده از تخمین حدود عدم قطعیت می توان مدل نامی را به مدل واقعی نزدیک کرد. بنابراین، بهینه سازی الگوریتم پرندگان برای سیستمهای دینامیکی واقعی قابل اجرا خواهد بود. دیگر مزیت روش پیشنهادی، محاسبات کمتر در حالت برخط است. زیرا تمامی محاسبات زمانبر الگوریتم پرندگان در حالت خارج از خط انجام شده و نتایج به صورت جدول در دسترس کنترل کننده است. در این تحقیق مطالعه ی موردی برای ربات پیوما 560 آورده شده است. این ربات، سیستمی چند ورودی- چند خروجی، غیرخطی دارای عدم قطعیت می باشد که برای کنترل تحت عدم قطعیت آن باید به روش های کنترل مقاوم همچون کنترل مد لغزشی رو آورد. آنچه که بهینه سازی را برای این ربات و بسیاری از سیستم ها مشکل می سازد، وجود عدم قطعیت است که باعث تفاوت مدل نامی با مدل واقعی می شود. در این پژوهش با تخمین برخط عدم قطعیت و استفاده از جدول بهره ی بهینه در حالت خارج از خط، به اهداف ردگیری و کنترل بهینه ی ربات پرداخته شده است. نتایج شبیه سازی برای ربات پیوما 560، موثر بودن روش پیشنهادی برای کنترل بهینه را تایید می کند.

یکی از ضعف های روش های کنترلی مبتنی بر مدل، وجود عدم قطعیت در مدل سیستم می باشد. بنابراین، تخمین و جبران عدم قطعیت می تواند عملکرد سیستم کنترلی را بهبود بخشد. در این پایان نامه، سه روش جدید تطبیقی برای تخمین و جبران عدم قطعیت در کنترل مقاوم بازوی رباتیک ارائه می شود. در روش اول از سری تیلور و در روش دوم از شبکه های عصبی برای تخمین عدم قطعیت و از راهبرد کنترل ولتاژ به جای روش مرسوم کنترل گشتاور در طراحی کنترل کننده استفاده می شود. روش سوم، مستقل از مدل بوده و عدم قطعیت توسط شبکه عصبی شعاعی تخمین زده می شود. مزیت روش های کنترلی پیشنهادی این است که در طراحی آن ها نیازی به تعیین حدود عدم قطعیت یا تشکیل توابع محدودیت نیست. در نتیجه، یکی از مسائل مهم در طراحی کنترل مقاوم بازوی ربات حل می شود که انتخاب صحیح حدود عدم قطعیت و تشکیل توابع محدودیت می باشد. در کنترل مقاوم مرسوم، اگر حدود عدم قطعیت کوچکتر از مقدار واقعی انتخاب شود، خطای ردگیری افزایش می یابد و چنانچه بزرگتر انتخاب شود، باعث اشباع ورودی و لرزش سیگنال کنترل در کنترل کننده های سوئیچ زنی می شود. مزیت دیگر آن است که لرزش سیگنال کنترل نیز در روش های پیشنهادی وجود ندارد. از بازوی رباتیک اسکارا مجهز به موتورهای الکتریکی مغناطیس دائم برای کنترل ردگیری استفاده شده است. در این پژوهش، سینماتیک و دینامیک ربات مطرح و روش های کنترلی مقاوم مجهز به تخمین گرهای تطبیقی عدم قطعیت معرفی می شوند. در تمامی روش های پیشنهادی، پایداری سیستم حلقه بسته اثبات می شود. در ادامه برای بررسی نحوه عملکرد سیستم کنترل پیشنهادی، کنترل کننده ها توسط نرم افزار متلب شبیه سازی شده است. نتایج شبیه سازی، کارایی مناسب روش های کنترلی را نشان می دهد.

رباتهای الکتریکی توسط موتورهای الکتریکی رانده می شوند که به منظور کاهش سرعت و افزایش گشتاور موتور از المان هایی نظیر چرخ دنده ها استفاده می کنیم و با به کار بردن این المان ها پدیده انعطاف پذیری در سیستم انتقال قدرت بوجود می آید [1]. معمولا انعطاف را در معادلات با فنر مدل می کنند در نتیجه یک درجه آزادی به سیستم اضافه می نماید [2]. روش های کنترلی پیشین، کمتر به اثر انعطاف پذیری مفاصل پرداخته که در عمل باعث کاهش کارایی و حتی در بعضی موارد موجب ناپایداری سیستم نیز می شود [3]. در سالهای اخیر تحقیقاتی بر روی کنترل ربات هایی با مفاصل انعطاف پذیر انجام شده است [2-4-5] ولی به دلیل حجم محاسبات بالا، کنترل معمولا بر روی ربات های تک-رابط [6] یا دو-رابط [7]انجام می شود و کمتر بر روی ربات های صنعتی با تعداد مفاصل بیشتر، تحقیق شده است همچنین در بعضی موارد نیز اثر تزویج در نظر گرفته نشده است [1]. امروزه روشهای متفاوتی برای کنترل مفاصل انعطاف پذیر ارائه شده است و از آنجا که مدل سازی دارای عدم قطعیت می باشد روشهای نظیرکنترل مقاوم و تطبیقی خودنمایی میکنند. کنترل تطبیقی بر مبنای قانون لیاپانوف فقط به عدم قطعیت پارامتری پاسخ می دهد ولی کنترل مقاوم علاوه بر عدم قطعیت پارامتری، اغتشاش خارجی و دینامیک مدل نشده را نیز جبران می نماید. ولی در کنترل مقاوم نیز حدود این عدم قطعیت ها باید معلوم باشد. [8]. همچنین محققان با ترکیب کنترل کننده های پیشین با کنترل کننده هایی نظیر فازی [9],شبکه عصبی [11] یا الگوریتم های هوشمند [12] برای غلبه بر عدم قطعیت ها تلاش کرده اند. به دلیل پیچیدگی معادلات سیستم های انعطاف پذیر در مدل سازی، میتوان از روش های کنترلی غیر وابسته به مدل نظیر روش غیر خطی [4], مقاوم [3], فازی [6] و شبکه عصبی [11] استفاده کرد. اغلب روش های کنترل ربات بر مبنای استراتژی کنترل گشتاور طراحی شده اند. از آنجا که این روش وابسته به مدل است با عدم قطعیت های زیادی مواجه میشویم و قوانین کنترلی بسیار پیچیده و حجم محاسبات بسیار زیاد میشود [10]. اخیرا روشی در کنترل ربات ها ارایه شده است که قادر است سیستم را بدون وابستگی به مدل دینامیکی ربات کنترل کند که این روش استراتژی کنترل ولتاژ نام دارد.از جمله مزایای این روش کنترلی نسبت به روش کنترل گشتاور این است که حجم محاسبات بسیار کاهش یافته و همچنین به دلیل وابسته نبودن به مدل ربات مقاوم تر است زیرا دیگر عدم قطعیت هایی نظیر دینامیک مدل نشده و عدم قطعیت پارامتری در قانون کنترل دخیل نیستند [4]. با توجه به اهمیت کاربرد ربات های صنعتی با مفاصل انعطاف پذیر و پیچیدگی معادلات آن ها ،در این پایان نامه به دنبال آن هستیم تا با رویکرد کنترل ولتاژ، روش جدیدی برای طراحی کنترل کننده فازی تطبیقی ارائه دهیم که به مدل ربات وابسته نباشد و همچنین در برابر عدم قطعیت ها نیز مقاوم باشد. در نهایت روش پیشنهادی با روش مرسوم کنترل گشتاور مقایسه می شود.

این پایان نامه، طراحی کنترلکنندهی زمان گسسته غیرخطی برای سیستم تعلیق خودرو به منظور راحتی مسافر و رانندگی مطمئن در خودرو ارائه میدهد. سیستم تعلیق فعال با بکارگیری عملگر هیدرولیکی قابلیت تولید نیرو به مقدار مناسب در هر لحظه تحت شرایط جادهای مختلف به منظور دستیابی به اهداف راحتی مسافر و رانندگی مطمئن را دارد.برای این منظور ابتدا کنترلکننده زمان پیوسته خطیسازی پسخورد با اندازهگیری جابجایی، سرعت و شتاب بدنهی خودرو طراحی میشود. سپس، کنترلکننده زمان گسسته خطیسازی پسخورد با اندازهگیری جابجایی بدنه طراحی میگردد. با بکارگیری روش تأخیر زمانی، به تخمین و جبران عدم قطعیت می - پردازد. خروجی سیستم کنترل جابجایی بدنه و ورودی سیستم تعلیق جریان الکتریکی شیر هیدرولیکی است. سپس طرح نوین کنترلکننده زمان گسسته فازی تطبیقی در سیستم پیشنهاد می- گردد. ورودیهای کنترلکنندهی فازی، سیگنالهای جابهجایی، سرعت و شتاب بدنه میباشد. پایداری اثبات میشود و بر این اساس قانون تطبیق پارامترهای کنترلکنندهی فازی به دست میآید. شبیه - سازیها نشان میدهند که عملکرد مطلوب سیستم تعلیق برای دستیابی به جابهجایی، سرعت و شتاب صفر در بدنه خودرو محقق شده است. مقایسه عملکرد کنترل سیستم تعلیق پیشنهادی با سیستم تعلیق غیرفعال، برتری کنترلکنندههای پیشنهادی در فراهم آوردن راحتی مسافر و رانندگی مطمئن در خودرو با حضور اغتشاشات جادهای و عدم قطعیت را نشان میدهند.

آنچه در این پایان نامه ارائه می شود بررسی تشخیص خطا در سیستم های دینامیکی بویژه تشخیص خطای سنسور بر پایه رویتگر است. رویتگر بکار گرفته شده فیلتر کالمن می باشد که با استفاده از منطق فازی سعی بر بهبود عملکرد آن داریم. فیلتر کالمن برای تخمین حالت در شرایط نویزی بسیار کارآمد است. در عین حال وابستگی آن به مدل ریاضی سیستم باعث می شود در مواردی که در روابط فیلتر، پارامترهای سیستم بدرستی انتخاب نشده اند، نتایج تخمین معتبر نبوده و این منجر به ناکارآمدی فیلتر کالمن در زیرسیستم تشخیص خطا خواهد بود. بحث اصلی در این پایان نامه نشان دادن اثر نامطلوب انتخاب نادرست پارامترها در نتایج فیلتر و همچنین ارائه راهکاری برای مقابله با آن می باشد. روش ما در مواجهه با عدم قطعیت پارامتری فیلتر، تطبیق فازی آن است. به عبارت بهتر پارامترهای نادرست طی یک فرآیند تطبیق به سمت مقادیر مطلوب خود میل می کنند. برای این منظور اطلاعات آماری مربوط به یکی از مشخصه های فیلتر را به عنوان ورودی به یک سیستم فازی می دهیم و خروجی این سیستم فازی برای تطبیق پارامتر مورد نظر استفاده می شود. در نهایت فیلتر تطبیق یافته را در زیر سیستم تشخیص خطا بکار می گیریم.

در این پایان، طراحی سیستم کنترل امپدانس ربات توان بخش زانوی بیمار بر اساس راهبرد کنترل ولتاژ ارائه شده است. با تحلیل ریاضی اثبات می شود که پایداری سیستم کننرل تضمین می گردد. نوآوری طرح کنترل پیشنهادی در بکارگیری راهبرد کنترل ولتاژ به جای راهبرد کنترل گشتاور است که بطور متداول در روش های قبلی استفاده شده است. مزیت آن، آزاد بودن از مدل دینامیکی ربات و بیمار است که بعنوان چالش های اساسی در روش های قبلی مطرح شده است. در نتیجه، روش پیشنهادی در مقایسه با روش های مبتنی بر راهبرد کنترل گشتاور، ساده تر، دارای محاسبات کمتر و کارآمدتر است. بعلاوه، در راهبرد کنترل ولتاژ، دینامیک محرکه های ربات نیز منظور می-شود و با خطای ناشی از عدم توجه به محرکه ها در راهبرد کنترل گشتاور مواجه نمی شود. البته راهبرد کنترل ولتاژ وابسته به مدل محرکه است که بسیار ساده تر از مدل ربات است. در توسعه کنترل امپدانس، روش مقاوم جدیدی ارایه شده است تا بتواند بر عدم قطعیت مدل محرکه غلبه نماید. مسئله دیگر در کنترل امپدانس تعیین پارامترهای مدل امپدانس است. برای حل مسئله چگونگی انتخاب آنها برای اجرای تمرین های توان بخشی مورد نظر پزشک، یک سیستم فازی طراحی شده است که بطور لحظه ای به تنظیم آنها می پردازد. برای نشان دادن مزیت روش پیشنهادی، مقایسه با روش مرسوم انجام شده است. نتایج شبیه سازی در اجرای تمرین های متداول توان بخشی، کارایی روش پیشنهادی را نسبت به روش مرسوم به خوبی نشان می دهد.

در این پایان نامه، روش کنترلی نوینی مبتنی بر کنترل حالت لغزشی برای موتورهای سنکرون مغناطیس دائم ارائه می گردد که با روش کنترل حالت لغزشی مرسوم متفاوت است. کنترل حالت لغزشی پیشنهادی با میانگین وزنی متغیر از سیگنال کنترل حالت لغزشی، دینامیک های سیستم را روی سطح لغزش قرار می دهد، بدون آنکه از تابع علامت در قانون کنترل استفاده گردد. این موضوع باعث می شود لرزش در سیگنال کنترل رخ ندهد. روش کنترل سرعت پیشنهادی مبتنی بر رویکرد ولتاژ است و در گروه کنترل برداری میدان قرار می گیرد. کنترل پیشنهادی بر عدم قطعیت ها و اغتشاش بار خارجی و اغتشاشات وارده بر مدار الکتریکی مقاوم است. پایداری کنترل حالت لغزشی پیشنهادی به روش مستقیم لیاپانوف اثبات می گردد. در ابتداوزن های (ضرایب) میانگین گیری به روش تناسبی-انتگرالی تعیین می شوند. این روش طرح ساده ای برای پیاده سازی کنترل حالت لغزشی پیشنهادی به همراه دارد. کنترل حالت لغزشی مرسوم و پیشنهادی برای کنترل سرعت موتورهای سنکرون مغناطیس دائم شبیه سازی و در خصوص پدیده لرزش و دقت پاسخ ها با یکدیگر مقایسه می شوند. نتایج شبیه-سازی ها برتری روش پیشنهادی را نشان می دهد. برای بهبود عملکرد سیستم کنترل لغزشی پیشنهادی در شرایط کاری مختلف از سیستم فازی جهت تعیین وزن های میانگین گیری استفاده می شود. این روش (کنترل لغزشی-فازی پیشنهادی) نیز برای کنترل سرعت موتور سنکرون مغناطیس دائم شبیه سازی و با روش لغزشی پیشنهادی قبل در خصوص پدیده لرزش مقایسه می گردد. نتایج شبیه سازی ها نشان می دهد که در شرایط مختلف کاری موتور سنکرون مغناطیس دائم،کنترل لغزشی-فازی پیشنهادی از عملکرد بهتری برخوردار است.

در این پایان¬نامه مسئله کنترل بهینه¬ی غیرخطی بر روی بازوی ماهر ربات دو لینکی بررسی شده است.. بیشترین تفاوت بین ربات¬ها، در قسمتهای مکانیکی و نحوه کنترل آن¬ها است. حداقل کردن خطای ردگیری و کنترل مسیر از اهداف مهم و قابل توجه درسیستم¬های کنترل است. در این تحقیق، الگوریتم بهینه¬سازی اجتماع پرندگان را برای طراحی کنترل کننده بهینه به کار بردیم. به کاربردن الگوریتم بهینه¬سازی پرندگان درمسائل بهینه¬سازی برای سیستم¬های بسیار پیچیده، مفید است زیرا الگوریتم پرندگان مستقل از مدل است و پیاد¬ه¬سازی آن بسیار ساده است. الگوریتم بهینه-سازی پرندگان براساس بهینه¬سازی پارامترهای کنترل، کنترل بهینه را نتیجه می¬دهد. در این روش مقادیر بهینه پارامترهای کنترل به وسیله مینیمم کردن تابع هزینه تعیین می¬شود، معمولا انتگرال مجذور خطا به عنوان شاخص عملکرد در نظر گرفته می¬شود. در این تحقیق، عملکرد الگوریتم¬های بهینه¬سازی پرندگان از قبیل الگوریتم بهبود یافته، الگوریتم بهینه¬سازی با استفاده از فازی، الگوریتم ضریب اینرسی کاهشی خطی، الگوریتم ضریب اینرسی کاهشی غیرخطی، الگوریتم ضریب اینرسی دینامیکی از نظر دقت و سرعت همگرایی مقایسه شده است. نتایج شبیه¬سازی نشان می¬دهد که الگوریتم بهبود یافته با استفاده از فازی عملکرد بهتری را در کنترل مسیر بازوی ماهر ربات از بقیه الگوریتم¬های ارائه داده است.

در این پایان نامه ابتدا مرور اجمالی بر مسئله انعطاف در مفاصل و مشکلات ناشی از آن می¬شود. از آنجا که کنترل فازی عملکرد مناسبی را در کنترل ربات با مفاصل منعطف نشان داده است، به معرفی و طراحی کنترل فازی روی بازوی رباتیک با مفاصل منعطف می¬پردازیم. با وجود مزیت های فراوان کنترل کننده فازی، تنظیم پارامترهای کنترل فازی توسط فرد خبره و پیچیدگی تحلیل پایداری آن همواره مشکلاتی را در برداشته است. بنابراین، استفاده از الگوریتم های هوشمند در طراحی کنترل فازی بهینه مطرح شده است.در میان الگوریتم¬های بهینه¬سازی هوشمند، الگوریتم بهینه سازی پرندگان پاسخ مناسبی در بهینه سازی مسائل غیرخطی و پیچیده با سرعت همگرایی بالا داشته است. در این پایان نامه از الگوریتم بهینه¬سازی پرندگان برای طراحی کنترل کننده ای با تضمین پایداری، استفاده شده است. در این راستا،طراحی کنترل کننده بهینه خطی با تضمین پایداری با بکارگیری الگوریتم بهینه سازی پرندگان برای سیستم های خطی ارائه می¬گردد. سپس روش پیشنهادی برای سیستم های غیرخطی مانند بازوی رباتیک تعمیم می¬یابد.بعد از آن با بکارگیری الگوریتم بهینه سازی پرندگان، کنترل کننده فازی به گونه ای طراحی شده است که پایداری آن تضمین گردد و کنترل کننده عملکرد بهینه داشته باشد. هر دو روش طراحی کنترل کننده فازی بهینه به صورت خارج خط و کنترل لحظه-ای ارائه می¬گردد. نوآوری پایان نامه در تضمین پایداری کنترل کننده فازی توسط الگوریتم بهینه سازی پرندگان می¬باشد. مزیت آن سادگی طراحی در مقایسه با روش مرسوم پایداری لیاپانوف است که اجرای آن روی بازوی رباتیک با مفاصل منعطف مجهز به موتورهای الکتریکی با حضور کنترل کننده فازی دشوار است. همچنینطراحی کنترل کننده بهینه خطی با تضمین پایداری با بکارگیری الگوریتم بهینه سازی پرندگان برای سیستم های خطی و تعمیم آن برای سیستم های غیرخطی مانند بازوی رباتیک جدید است.

بازوهای رباتیک سیستمهای غیرخطی چندمتغیره با تزویج بالا و انواع عدم قطعیت¬ها می¬باشند. اگرچه روش-های کنترل مقاوم و تطبیقی به منظور غلبه بر عدم قطعیت¬ها که شامل عدم قطعیت پارامتری، دینامیک مدل نشده، اغتشاش خارجی و خطای گسسته¬سازی می¬باشند، پیشنهاد شده¬اند ولی به دلیل پیچیدگی دینامیک¬ ربات با مشکل مواجه هستند. یک سیستم فازی می¬تواند به عنوان یک تقریب¬گر عمومی برای تقریب هر تابع غیرخطی استفاده شود. از این ویژگی سیستم¬های فازی در طراحی کنترل¬کننده¬های فازی تطبیقی به خوبی استفاده شده است. سیستم¬های کنترل فازی تطبیقی بر مبنای تضمین پایداری طراحی می¬شوند. از آنجا که در عمل، قوانین کنترل به¬صورت گسسته پیاده¬سازی می¬شوند، در این پایان¬نامه، طراحی کنترل¬کننده¬های زمان-گسسته فازی تطبیقی ربات با راهبرد کنترل ولتاژ و تحلیل پایداری سیستم¬های کنترل پیشنهادی ارائه شده است. در این رساله، روش جدیدی برای الگوریتم گرادیان نزولی استفاده شده است. در اکثر مراجع، تخمینگرهای فازی به گونه¬ای طراحی می¬شوند که خروجی سیستم فازی، خروجی سیستم را ردگیری می-کند. اما در این رساله، سیستم فازی برای تخمین عدم قطعیت مجتمع طراحی شده است و این مهمترین تمایز روش پیشنهادی با روشهای قبلی است. یکی دیگر از نوآوری¬های این پایان¬نامه، ارائه روشی جدید برای جبران خطای تقریب سیستم فازی می¬باشد. در این رساله، برای جبران خطای تقریب سیستم فازی روش جدیدی ارائه شده است که نیازی به انتگرال¬گیری از خطای ردگیری ندارد. همچنین، قانون کنترل زمان-گسسته فازی تطبیقی با فیدبک موقعیت پیشنهادی، فقط پس خورد موقعیت مفصل را نیاز دارد. مطالعه موردی روی ربات هنرمند و ربات اسکارا انجام شده است. تحلیل پایداری و نتایج شیبه¬سازی اثر این روش کنترلی را نشان می¬دهد.

در این پایان نامه، مدل ریاضی جدید از بازوی رباتیک ارائه می¬گردد. قوانین کنترلی پیشنهادی بر مبنای این مدل، از نوع حالت لغزشی فازی تطبیقی در فضای کار بوده که با استفاده از تخمین کران عدم قطعیت¬ها می¬تواند بر عدم قطعیت-های مختلف از قبیل عدم قطعیت پارامتری، اصطکاک مفاصل ربات، اغتشاش خارجی، عدم قطعیت¬های سینماتیکی و ماتریس ژاکوبین و دینامیک مدل نشده غلبه کند. در این پژوهش از راهبرد نوین کنترل ولتاژ استفاده نموده¬ایم که عملکردی بهتر، سریع¬تر و با حجم محاسبتی کمتر را به ارمغان خواهد آورد.

با افزایش روز¬افزون تقاضای مشتریان بزرگ و کوچک صنعتی برای تولید محصولات با کیفیت¬تر و پربازده¬تر، نوعی کنترلر ناظر تحت عنوان تشخیص و شناسایی خطا بوجود آمد. روش¬های پیشرفته تشخیص و شناسایی خطا نیز بیشتر بر مبنای ریاضیات سیگنالی و مدل¬های تحلیلی است که از راه تحلیل تئوری سیستم و گاها شبیه¬سازی¬هایی است که از طریق افراد خبره و متخصص امر به¬دست می-آید. در این پایان نامه به ترتیب به معرفی انواع خطا، روش¬های شناسایی خطا، سپس به معرفی مشاهده¬گر مود لغزشی و پیاده سازی ان برای تشخیص خطا روی آورده¬ایم. ایده بکار گرفته شده پیاده سازی الگوریتم بهینه سازی بر روی مشاهده¬گر مود لغزشی مبتنی بر شبکه عصبی به¬منظور تشخیص خطا، بدون انجام خطی سازی است. برای بررسی صحت و کارایی ایده؛ مقایسه ای بین خطای تخمین حالات، خطای تخمین خطا، تخمین حالات و تخمین خطا انجام شده است.

در این پایان¬نامه، روش کنترل فازی مقاوم امپدانس، با راهبرد کنترل ولتاژ، روی ربات توان¬بخش ران و زانو، به نام فیزیوترابات ارائه شده است. نوآوری این طرح در به¬کارگیری راهبرد کنترل ولتاژ به جای راهبرد کنترل گشتاور و همچنین استفاده از یک کنترل کننده¬ی فازی تطبیقی برای جبران عدم قطعیت روی ربات فیزیوترابات می¬باشد. روش¬های کنترلی بر مبنای مدل به دینامیک دقیق سیستم نیاز دارند و حضور عدم قطعیت¬ عملکرد سیستم کنترل را با خطا مواجه می¬کند. در این پایان¬نامه برای رفع این مشکل از کنترل کننده¬ی فازی تطبیقی استفاده می¬شود. برای کاربردهای عملی راهبرد کنترل گشتاور برای بازوهای صنعتی ربات به کار گرفته می¬شود. راهبرد مذکور بر اساس کنترل زاویه و امپدانس با استفاده از گشتاور مفاصل می-باشد، اما در این روش چالش¬هایی موجود است که یکی از آن¬ها بالا بودن حجم محاسبات مربوط به قانون کنترل گشتاور است. همچنین در این راهبرد از دینامیک محرکه¬ها صرف¬نظر می¬شود در حالیکه نبودن دینامیک محرکه¬ها می¬تواند باعث ناپایداری سیستم شود به همین دلیل در این پایان¬نامه ترجیح داده شده تا از راهبرد کنترل ولتاژ استفاده شود. این راهبرد سریع¬تر وساده¬تر می¬باشد . هدف کنترلی ردگیری زاویه¬ی مورد نظر و رسیدن به امپدانس مورد نظر می¬باشد. نتایج شبیه¬سازی، اثرگذاری روش پیشنهادی را تأیید می-کند.

در این پایان¬نامه طرح نوینی برای کنترل سیستم تعلیق فعال خودرو با بهره¬گیری از مفهوم امپدانس در سیستم¬های مکانیکی ارائه شده است که می¬تواند رفتار دینامیکی سیستم تعلیق را در برابر ناهمواری¬های جاده کنترل کند. سیستم تعلیق فعال با مدل یک-چهارم خودرو و با در نظر گرفتن اثرات غیرخطی محرک هیدرولیکی طراحی شده است. طرح کنترل پیشنهادی از دو حلقه کنترلی تشکیل می شود که حلقه بیرونی به طراحی نیروی مطلوب و حلقه درونی به کنترل نیرو با روش تناسبی-انتگرالی می پردازد. این تحقیق به بررسی پایداری سیستم کنترل می¬پردازد و درستی روش کنترل با تحلیل پایداری و نتایج شبیه¬سازی تایید می¬گردد. در ابتدا کنترل تطبیقی جهت غلبه بر عدم قطعیت¬ پارامتری سیستم تعلیق فعال طراحی می¬شود. کنترل فازی تطبیقی یک کنترل کننده¬ی موثر برای کنترل عدم قطعیت در سیستم¬های غیر خطی است. در ادامه روش کنترل فازی تطبیقی مستقیم و فازی تطبیقی غیرمستقیم به دلیل عملکرد ردیابی مقاوم، تضمین پایداری و پاسخ با دقت بالا مطرح شده است. ورودی¬های کنترل کننده فازی، سیگنال¬های جابه¬جایی و سرعت بدنه می¬باشد. کنترل لغزشی یک رهیافت قدرتمند در جهت کنترل سیستم¬های غیرخطی و غیرقطعی می¬باشد. در پایان کنترل لغزشی که یک روش کنترل مقاوم است، برای غلبه بر عدم قطعیت و اغتشاش مطرح شده است. روش¬های کنترلی پیشنهادی در هنگام عبور خودرو از دست¬انداز، راحتی مطلوب برای سرنشین فراهم می-نماید و بعد از عبور، رانندگی مطمئن را نیز مهیا می¬سازد. روش پیشنهادی با سیستم تعلیق غیرفعال مقایسه می¬شود. نتایج شبیه سازی برتری سیستم تعلیق فعال را نسبت به سیستم تعلیق غیرفعال در موارد رانندگی مطمئن و راحتی سرنشین نشان می دهد.

در این پایان¬نامه یک روش نوین کنترل فازی تطبیقی ردگیری برای بازوی رباتیک سیار چرخ¬دار غیرهولونومیک ارائه شده است. نوآوری روش پیشنهادی در جبران خطای تقریب سیستم فازی برای همگرایی مجانبی در ردگیری مسیر مطلوب با حضور عدم قطعیت¬هاست. از دیگر ویژگی¬های طرح پیشنهادی سادگی در طراحی و عملکرد مناسب در ردگیری مسیر مطلوب در حضور عدم قطعیت¬هاست و پایداری طرح کنترلی تضمین می¬شود. طرح پیشنهادی مبتنی بر دو راهبرد کنترل گشتاور و ولتاژ ارائه شده است تا مقایسه دو راهبرد بهتر انجام شود. مسئله-ی کنترل ردگیری برای دو مسیر فضای مفصلی و کار ربات بررسی و ارائه می¬گردد. در انتها، روش نوین کنترل فازی تطبیقی برای ردگیری مسیر ربات مبتنی بر راهبرد کنترل ولتاژ می¬گردد. پایداری سیستم کنترل بررسی و تضمین می¬شود. همچنین عملکرد کنترل¬کننده¬ها با چند روش قبلی این حوزه مقایسه می¬شود. این بررسی¬ها نشان می¬دهد که روش پیشنهادی با ساختاری ساده¬تر خطای ردگیری را کاهش می¬دهد.

این پایان نامه به کنترل امپدانس ترکیبی مقاوم بازوی رباتیک با استفاده از راهبرد کنترل ولتاژ می-پردازد. قبلا این روش کنترلی بر مبنای راهبرد کنترل گشتاور ارائه شده است و در این پایان نامه برای نخستین بار با راهبرد کنترل ولتاژ عرضه می گردد. همواره عدم قطعیت ها درسیستم های کنترل باعث ایجاد خطا در تحقق هدف مطلوب می شوند. بکارگیری روش های مبتنی بر کنترل مقاوم باعث جبران عدم قطعیت ها و در نتیجه بهبود عملکرد سیستم حلقه بسته می شود. تحقق امپدانس ترکیبی براساس راهبرد کنترل ولتاژ نیز نیازمند غلبه بر عدم قطعیت ها در تماس ربات و محیط می-باشد. این عدم قطعیت ها مربوط به مدل ربات، مدل موتور و مدل محیط هستند. دراین پایان نامه کنترل کننده ای بر اساس روش سلسله مراتبی جهت جبران عدم قطعیت ها پیشنهاد می گردد. بدین صورت که، قانون کنترل پیشنهادی با بکارگیری راهبرد کنترل ولتاژ، مستقل از مدل دینامیکی ربات و عدم قطعیت های آن طراحی می گردد. اما به عدم قطعیت های مدل محرکه وابسته است. پس با استفاده از سیستم فازی تطبیقی عدم قطعیت ها را تخمین زده و در قانون کنترل جبران می گردد. .در نهایت، با بهر ه گیری از روش کنترل ساختار متغیر، عدم قطعیت های تماس جبران گشته، بگونه ای که مدل امپدانس مطلوب میان ربات ومحیط حاکم می گردد. اطلاع از کران عدم قطعیت و پدیده لرزش در سیگنال کنترل، از چالش های اساسی در بکارگیری روش کنترل ساختار متغیر می باشد. جهت حذف پدیده لرزش، از کنترل کننده اتنگرالی تناسبی استفاده می شود. همچنین با محاسبه کران عدم قطعیت بر اساس قوانین تطبیقی، نیازی به اطلاع از کران عدم قطعیت نیست. تحلیل پایداری جهت محاسبه قوانین تطبیق و همچنین محدود ماندن متغیرهای حالت ارائه می گردد. نتایج شبیه سازی بر روی ربات اسکارا و مقایسه ها بیانگر عملکرد مقاوم با بار محاسباتی کمتر می-باشد.

عمل گرفتن در پنجه ربات هم در دست های مصنوعی و هم در ربات های صنعتی انجام می شود که در تمام آن ها مسئله لغزش به عنوان یک پدیده نامطلوب در نظر گرفته می شود. در این پایان نامه به منظور کنترل لغزش و تضمین رفتار حلقه بسته ی مطلوب، از کنترل گشتاور محاسبه شده استفاده شده است. بااین وجود، مانورهای مختلف برای ردیابی مسیر در فضای کار توسط ربات، باعث ایجاد شتاب بر روی جسم گرفته شده خواهد شد و این تغییرات شتاب باعث لغزش جسم می گردد. لذا اعمال کنترل کننده به ربات جهت ردیابی مسیر مطلوب، بر روی موقعیت جسم نسبت به پنجه اثر می گذارد. هرچند کنترل کننده گشتاور محاسبه شده برای تعقیب مسیر مطلوب بسیار خوب عمل می نماید، اما با توجه به لغزشی که در حین عملیات گرفتن رخ می دهد، این مسیر مطلوب در راستای لغزش دچار تغییر می شود. لذا در این پایان نامه با ارائه تمهیدی برای اصلاح مسیر مطلوب در حین عمل گرفتن نه تنها کنترل لغزش صورت می پذیرد بلکه جبران مقدار لغزش رخ داده نیز انجام می شود تا بدین ترتیب جسم در موقعیت مناسب خود قرار داده شود. در این تحقیق جبران سازی لغزش رخ داده به صورت برخط توسط پنجه ربات ارائه شده است. با این رویکرد بهبود قابلیت پنجه ربات در جا به جایی ایمن اجسام در فضای کار و با توجه به موقعیت جسم نسبت به انگشتان ربات تضمین می شود. در انتها به دلیل عدم نیاز راهبرد کنترل ولتاژ به مدل پیچیده ربات، نشان داده می شود که کنترل کننده لغزش بر مبنای راهبرد کنترل ولتاژ نسبت به کنترل کننده لغزش بر مبنای گشتاور محاسبه شده ترجیح داده می شود؛ اما در هر دو روش، جبران لغزش به خوبی پاسخ می دهد.

در این پایان نامه، طراحی کنترل کننده فازی تطبیقی امپدانس با راهبرد کنترل ولتاژ جهت کنترل تعامل بازوی رباتیک با محیط ارائه می شود. کنترل امپدانس پیشنهادی یک روش مدون جهت تضمین پایداری و عملکرد مناسب تعامل ربات با محیط ارائه می کند و از این نظر نسبت به روش کنترل ترکیبی نیرو/موقعیت برتری دارد. همچنین بر عدم قطعیت های مدل دینامیکی و سینماتیکی بازوی رباتیک، عدم قطعیت مدل دینامیکی محرکه ها و اغتشاشات خارجی نظیر عکس العمل محیط غلبه می نماید. از آنجا که کنترل امپدانس مبتنی بر خطای مدل موقعیت نسبت به روش مبتنی بر خطای مدل نیرو ارجحیت دارد، در کنترل پیشنهادی از روش تطبیقی جهت کنترل امپدانس استفاده شده است. در هیچکدام از روش های کنترل امپدانس قبلی، عدم قطعیت سینماتیکی و ماتریس ژاکوبین مطرح نشده است. بنابراین به روش کنترل ردگیری ژاکوبین تطبیقی بعنوان یک روش موفق در کنترل فضای کار در حضور عدم قطعیت سینماتیکی بازوی رباتیک توجه شده است. این روش که با راهبرد کنترل گشتاور است می تواند انتخاب مناسبی برای اجرای کنترل امپدانس مبتنی بر خطای مدل موقعیت باشد. در این پایان نامه یک روش کنترل تطبیقی نوین با راهبرد کنترل ولتاژ جهت غلبه بر عدم قطعیت های سینماتیکی ارائه می شود و با روش کنترل ردگیری ژاکوبین تطبیقی مقایسه می گردد. در پایان، کنترل کننده فازی تطبیقی با راهبرد کنترل ولتاژ جهت دستیابی به سطح لغزش انتگرالی غیرخطی تطبیقی، ارائه می شود. تحلیل و شبیه سازی روش های فوق بر روی بازوی رباتیک دو رابط نشان می دهد که کنترل فازی تطبیقی با اندازه گیری های کمتر، پایداری و عملکرد بهتری را هم در کنترل موقعیت فضای کار و هم در کنترل امپدانس مبتنی بر موقعیت تضمین می کند.

تنظیم پارامترهای سری فوریه و توابع لژاندر بسیار ساده تر از تنظیم پارامترهای شبکه های عصبی فازی است. یک اثبات پایداری برای کنترل کننده های عاطفی ارائه شده است. راهبردکنترل ولتاژ رباتها برای اولین بار پیاده سازی عملی شده است.

در این پایان نامه، طرح کنترل تطبیقی مقاوم جدید با استفاده از روش گرادیان نزولی برای بازوی ماهر رباتیک ارائه شده است. روش پیشنهادی با دو روش کنترل مقاوم و کنترل تطبیقی مقایسه گردیده است. کنترل کننده های مقاوم نسبت به عدم قطعیت غیرساختاری مقاوم هستند ولی باید حدود عدم قطعیت از قبل معلوم باشد. در مقابل کنترل کننده تطبیقی در حضور عدم قطعیت های غیر ساختاری عملکرد مطلوبی ندارد ولی نسبت به عدم قطعیت ساختاری مقاوم است. در طرح کنترل تطبیقی نیازمند تشکیل ماتریس رگرسور هستیم و با توجه به معادلات دینامیکی غیرخطی ربات، تشکیل این ماتریس برای ربات های با بیش از دو رابط کار دشواری است. روش پیشنهادی در این پایان نامه قادر است تا به عدم قطعیت ساختاری و غیر ساختاری مانند اغتشاش خارجی و دینامیک مدل نشده غلبه کند. این طرح نیازی به معکوس ماتریس اینرسی، اندازه گیری بردار شتاب و محاسبه ماتریس رگرسور ندارد. علاوه بر این، روند طراحی کنترل کننده ساده بوده و نیازی به محاسبات پیچیده ندارد. پایداری سیستم کنترل اثبات شده و نشان داده شده است که تمام سیگنال ها در سیسم حلقه بسته ی ربات محدود هستند. عملکرد طرح کنترل پیشنهادی با دو طرح کنترل تطبیقی و کنترل مقاوم توسط شبیه سازی کامپیوتری بر روی ربات اسکارا مقایسه شده اند. نتایج برتری روش پیشنهادی را نشان می دهد.

با صنعتی شدن عصر حاضر، پیشرفت های چشمگیری در زمینه کنترل ردگیری موقعیت ربات در فضای مفصلی پدید آمده است. ربات های صنعتی معمولاً با کیفیت خوبی ساخته می شوند. اما برای رسیدن به این کیفیت بالا، هزینه های زیادی به سیستم تحمیل می شود، که باعث افزایش قیمت سیستم خواهد شد. می توان هزینه افزایش کیفیت را با طراحی کنترل کننده های مقاوم تر و با کارایی بهتر جبران کرد. دو مسئله اساسی در کنترل ربات این است که 1- با توجه به سیستم شدیداً غیر خطی ربات و کوپلینگ بین مفاصل و همچنین وجود عدم قطعیت، ارائه یک مدل ریاضی دقیق برای چنین سیستم پیچیده ای بسیار مشکل خواهد بود. بنابراین عملکرد تکنیک های کنترلی مدل مبنا در فرایند های با سرعت و شتاب بالا، به شدت تحت تاثیر این عدم قطعیت ها می باشد. 2- در شرایط وجود عدم قطعیت، به دلیل استفاده از سینماتیک ربات، ردگیری دقیق در فضای مفصلی، نمی تواند ردگیری دقیق فضای کار را تضمین نماید. بنابراین در این پایان نامه کنترل فازی تطبیقی در فضای کار را برای مسائل کنترل ربات پیشنهاد و پیاده سازی کرده ایم. دانش افراد خبره درباره دینامیک های سیستم و استراتژی های کنترل می تواند با کنترل کننده های فازی تطبیقی ترکیب شود که به عنوان مزیت کنترل فازی تطبیقی نسبت به کنترل تطبیقی کلاسیک محسوب شود. در این راستا دو روش فازی تطبیقی به صورت موردی بر روی ربات پیوما 560 پیاده سازی شده است. روش اول یک روش جدید کنترل فازی تطبیقی با ضرائب متغیر است که به صورت نوآوری در این رساله ارائه شده است. روش دوم، روشی مرسوم در کنترل فازی تطبیقی است که تا کنون برای سیستم های دیگر پیاده شده است، و در این پایان نامه در حوزه رباتیک بر روی ربات پیوما به کار گرفته شده است. این دو روش شبیه سازی و خطای ردگیری و مقاوم بودن دو روش با یکدیگر مقایسه شده است. در مرحله بعد، این دو روش با استراتژی ژاکوبین وارون، برای کنترل در فضای کار استفاده شد. نتایج شبیه سازی ها کارایی سیستم های فازی تطبیقی را در کنترل ربات، چه در فضای مفصلی و چه در فضای کار، تأیید می کند.