طراحی و پیاده سازی کنترل کننده برای سیستم پاندول معکوس دورانی (rip) مبتنی بر روش های غیرخطی

هدف این پایان نامه، شناسایی سیستم پاندول معکوس دوار (rip) موجود در آزمایشگاه رباتیک و طراحی کنترل کننده پایدارساز مناسب برای این سیستم، مبتنی بر روش های غیر خطی از قبیل خطی سازی با فیدبک ،کنترل مد لغزشی ، بازطراحی لیاپانوف میباشد. این سیستم دارای دینامیک غیرخطی، ناپایدار، غیر مینیمم فاز و زیر تحریکه است. در نتیجه پایدارسازی و کنترل آن همواره مورد توجه بوده است. کنترل کننده طراحی شده باید به گونه ای باشد تا بتواند پاندول را در نقطه تعادل ناپایدار، متعادل سازد. طراحی یک کنترل کننده کارآمد، مستلزم شناخت کامل از یک سیستم میباشد. بدین منظور قبل از طراحی کنترل کننده باید سیستم با استفاده از معادلات ریاضی مدلسازی شود. مدل ارائه شده برای سیستم، بایستی این قابلیت را داشته باشد که جواب سیستم واقعی به یک ورودی مشخص را، تا حد ممکن توصیف نماید. وجود عدم قطعیت در برخی از پارامترهای شناسایی شده و همچنین وجود نامعینی های مدل نشده، طراحی کنترل کننده مذکور را دشوار می سازد. بنابراین باید کنترل کننده ای طراحی شود تا در مقابل عدم قطعیت ها و نامعینی های مدل مقاوم باشد. در این تحقیق برای شناسایی سیستم فوق، در ابتدا دینامیک آن با استفاده از معادلات لاگرانژین مدلسازی شده است. سپس با استفاده از بلوک های موجود در محیط simulink® برنامه ®matlab، پارامترهای مجهول مدل ریاضی بدست آمده شناسایی میشوند. در اکثر مقالات موجود در زمینه طراحی کنترلر پایدارساز، ضرایبی از قبیل میرایی پاندول و میرایی بازو در معادلات ریاضی در نظر گرفته نشده است که البته این موضوع بدلیل عدم پیاده سازی بر روی سیستم واقعی در این مقالات چندان حائز اهمیت نمیباشد. در مرحله نهایی بعد از آنکه پارامترهای سیستم شناسایی شدند طراحی کنترل کننده مد لغزشی مورد بررسی قرار میگیرد. سپس این کنترل کننده در محیط matlab® شبیه سازی و در نهایت برروی سیستم موجود در آزمایشگاه رباتیک پیاده سازی میشود. نتایج عملی نشان میدهد که در هنگام قرار گرفتن پاندول در موقعیت قائم با استفاده از کنترل کننده مد لغزشی، زاویه بازو مرتبا افزایش مییابد. بنابراین برای پایدار ساختن زاویه بازو از یک کنترل کننده هیبرید که شامل کنترل مد لغزشی و lqr میباشد، استفاده میشود. نتایج شبیه سازی و پیاده سازی عملی، بیانگر کارآیی بالای این روش در مقایسه با کنترل کننده صرفا lqr میباشد. در حالیکه کنترل کننده صرفا lqr قادر است حداکثر از همسایگی °40 حول نقطه تعادل سیستم را پایدار سازد، کنترل کننده هیبرید دارای ناحیه جذابیت °90 میباشد. از دیگر مزایای این کنترل کننده مقاوم بودن آن نسبت به عدم قطعیت ها و نامعینی ها ناشی از شناسایی می باشد. بنابراین با توجه به کارآیی بالا، این کنترل کننده میتواند به عنوان یک روش مناسب جهت کنترل سیستم های زیر تحریکه مطرح باشد.