کنترل موقعیت و نیروی سیستم های رباتیک مبتنی بر تخمین سرعت مفاصل، نامعینی های پارامتری و جریان موتورها

یکی از زمینه های چالش برانگیز در زمینه کنترل سیستم های رباتیک، طراحی کنترل کننده در حالتی است که تمامی متغیرهای حالت سیستم قابل اندازه گیری نیستند و تنها تعدادی از این متغیرها در خروجی سیستم مشاهده می شوند. مسأله طراحی مشاهده گر در صورت نیاز به دانستن اطلاعات داخلی سیستم با اندازه گیری خروجی سیستم مطرح می گردد. به طور کلی به دلائل اقتصادی و محدودیت های فن آوری امکان استفاده از تعداد بسیار زیاد سنسورها جهت اندازه گیری سیگنال-های مورد نیاز وجود ندارد، به ویژه اینکه اندازه این سیگنال ها ممکن است بسیار زیاد شود و همچنین سیگنال ها ممکن است از انواع مختلفی باشند: سیگنال های توصیف کننده سیستم که با زمان تغییر می کنند (همچون متغیرهای حالت سیستم)، سیگنال های ثابت (همچون پارامترهای سیستم) و سیگنال های اندازه گیری نشده خارجی (همچون اغتشاشات). مواجهه با نامعینی ها یکی دیگر از مسائل چالش برانگیز در زمینه کنترل سیستم های رباتیک به شمار می آید. یکی از روش های متداول جهت مقابله و شناسایی نامعینی های ساختاری سیستم، روش کنترل وفقی است. چالش دیگری که در زمینه کنترل سیستم-های رباتیک وجود دارد و نوعاً در مطالعات نادیده گرفته می شود، دینامیک محرک های ربات و تأثیر آن بر دینامیک کل سیستم است. در نظر گرفتن دینامیک محرک ها موجب افزایش مرتبه سیستم، پیچیدگی در کنترل سیستم و اندازه گیری متغیرهای حالت سیستم می شود. در تحقیق پیشرو کنترل کننده موقعیت و نیرو برای سیستم های رباتیک مبتنی بر تخمین نامعینی های پارامتری، سرعت مفاصل و جریان موتورها طراحی شده است. فعالیت های انجام شده در تحقیق حاضر در 4 سرفصل زیر دسته بندی شده است: 1- در قسمت اول از تحقیق روشی جدید در کنترل وفقی سیستم های رباتیک مبتنی بر مشاهده سرعت مفاصل ارائه می شود. نشان خواهیم داد که استفاده از این روش باعث مقاوم تر شدن سیستم در مواجهه با اغتشاشات و دینامیک های مدل نشده می شود. همچنین روش ارائه شده موجب بهبود کارآیی سیستم از لحاظ تعقیب متغیرهای مطلوب و تخمین متغیرهای اندازه گیری نشده می-شود. 2- در قسمت دوم از تحقیق روشی جدید در کنترل وفقی موقعیت و نیروی سیستم های رباتیک مبتنی بر مشاهده سرعت مفاصل و بدون پارامتریزه کردن اضافی ارائه می شود. استفاده از این روش باعث مقاوم تر شدن سیستم در مواجهه با اغتشاشات می شود. همچنین روش ارائه شده موجب افزایش کارآیی سیستم در تعقیب مسیر مطلوب، تعقیب نیروهای مطلوب و تخمین متغیرهای اندازه-گیری نشده سیستم می شود. در قیاس با تحقیقات پیشین، روش ارائه شده نیازمند به تخمین تعداد بسیار کمتری از پارامترهای نامعین است. 3- در قسمت سوم از تحقیق کنترل کننده وفقی مبتنی بر مشاهده سرعت مفاصل و جریان موتورها برای سیستم های رباتیکی با محرک های الکتریکی طراحی شده است. در این بخش سه تخمین گر جدید جهت تخمین سرعت مفاصل، جریان موتور ها و پارامترهای نامعین ربات طراحی می شوند. سپس کنترل کننده ولتاژ با پسخورد از موقعیت اجزاء ربات و تخمین سرعت مفاصل، جریان موتورها و پارامترهای نامعین طراحی می شود. 4- در قسمت چهارم از تحقیق به مسأله کنترل گروهی از سیستم های غیرخطی لیپشیتز مبتنی بر استفاده از مشاهده گر کاهش یافته پرداخته شده است. روش ارائه شده امکان طراحی کنترل کننده برای سیستم های رباتیک مبتنی بر پسخورد از موقعیت مفاصل و بدون نیاز به سعی و خطا را فراهم می سازد. روش ارائه شده قابل استفاده برای سیستم های رباتیک آزاد و مقید است.