دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
دانشکده برق - گروه کنترل
رساله دکتری
طراحی و پیاده سازی کنترلگر موقعیت برای
روبات کشسان مفصل با لحاظ مسئلة اشباع عملگر
177 صفحه در قالب word
چکیده
در این پژوهش مسئلة کنترل روبات کشسانمفصل با لحاظ محدودیت اشباع عملگر مورد بررسی دقیق قرار گرفته است. بدین منظور با استفاده از دو رویکرد مختلف روشهایی برای حل آن ارائه شده است. در ادامه با استفاده از شبیهسازیهای مختلف عملکرد روشهای ارائه شده بررسی و سپس پایداری مقاوم ساختار پیشنهادی به صورت نظری اثبات شده است. در پایان صحت ادعاهای نظری با پیادهسازی عملی بر روی یک روبات کشسانمفصل دو درجه آزادی مورد تأیید قرار گرفته است.
در این پژوهش دو مجموعه نوآوری به انجام رسیده است. در مجموعة اول ابتدا یک روش کلی با عنوان «حلقة ناظر» برای برخورد با مسئلة اشباع ارائه شده است. این روش بر روی سیستمهای مختلفی پیاده شده تا نشان داده شود که مستقل از مدل میباشد. سپس یک ساختار کنترل ترکیبی همراه با حلقة ناظر برای روباتهای کشسانمفصل ارائه شده تا نشان داده شود که روش ارائه شده برای کاربرد اصلی مورد نظر پروژه (یعنی روبات کشسانمفصل) عملکرد مناسبی را در حضور اشباع ایجاد میکند. در ادامة این پژوهش به اثبات نظری پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر» پرداختهایم. سپس برای اینکه قابلیت پیادهسازی روش ارائه شده نشان داده شود آن را بر روی یک روبات کشسانمفصل که در راستای همین پژوهش طراحی و ساخته شده است پیاده نمودهایم.
مجموعه نوآوری دوم ارائة رویکرد دیگری برای مقابله با اثرات اشباع در روباتهای کشسانمفصل بر پایة روشهای بهینة چند منظوره مبتنی بر نرمهای H2 و H¥ است. در این روشها برای مقاوم بودن کنترلگر از بهینهسازی H¥ سود جسته و برای کم کردن دامنة کنترل و جلوگیری از اشباع عملگر، نرم سیگنال کنترلی نیز در فرایند بهینهسازی در نظر گرفته شده است. برای طراحی عددی از تبدیل مسئله به LMI و روشهای عددی متناظر با آن استفاده شده است. همچنین جهت نشان دادن کاراییِ روش در عمل، پیادهسازی آن بر روی روبات مذکور انجام پذیرفته است.
کلمات کلیدی: روبات کشسانمفصل، اشباع عملگر، کنترل ترکیبی، حلقة ناظر، روش کنترل H2/H∞، منطق فازی.
فهرست مطالب
1-1- جایگاه روباتهای کشسانمفصل در مهندسی کنترل. 1
1-2- مشکلات کنترل روباتهای کشسانمفصل.. 3
1-3- کنترل با وجود محدودیت دامنه. 5
1-4- نوآوریهای این پژوهش.... 7
2- مروری بر پژوهشهای قبلی و بیان چالشها 11
2-1- کنترل روباتهای کشسانمفصل.. 11
2-1-4- پیشنهادات مختلف برای کنترل. 18
2-1-5- کمیتهای فیدبک شده و تقلیل اندازهگیریها 19
2-1-7- کنترل مقاوم و پایداری.. 22
2-1-9- جمعبندی و بیان چالشها 27
2-2- مسئلة اشباع عملگر و روشهای برخورد با آن. 28
2-2-1- مشکلات ناشی از اشباع. 28
2-2-2- روشهای عمومی برخورد با مسئلة اشباع. 31
2-2-3- روشهای بهینه و مقاوم در برخورد با اشباع. 32
2-2-5- مسئلة اشباع در روباتها 37
3- حلقة ناظر فازی، روشی برای برخورد با مسئله اشباع عملگر. 40
3-4- استفاده از حلقة ناظر بر روی دو سیستم عمومی.. 49
3-4-1- سیستم ناپایدار دو ورودی-دو خروجی.. 50
4- مسئلة اشباع در FJR و استفاده از روش حلقة ناظر برای برخورد با آن. 59
4-1- مدلسازی روباتهای کشسانمفصل.. 59
4-1-1- کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای کنترل FJR ها 64
4-2- استفاده از حلقة ناظر در ساختار ترکیبی برای FJR.. 69
4-3- بررسی عملکرد روش ارائه شده با شبیهسازی.. 71
4-4- اثبات پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر» 75
4-4-1- پایداری زیر سیستم تند. 77
4-4-2- لمهای مورد نیاز برای اثبات پایداری.. 80
4-4-3- اثبات پایداری سیستم کامل.. 85
5- نگاه دوم: روشهای بهینة H¥ و H2 برای مقابله با اثرات اشباع در FJR.. 90
5-1- طراحی با رویکرد حساسیت مخلوط.. 94
5-2- طراحی با رویکرد H2 /H¥. 96
5-3- بررسی کارایی روشهای ارائه شده 97
6-1- معرفی مجموعة آزمایشگاهی ساخته شده 108
6-1-1- سختافزار الکترومکانیکی.. 108
6-3- تخمین پارامترهای سیستم. 119
6-4-2- کنترل ترکیبی تحت نظارت ناظر فازی.. 130
پیوست الف: کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای FJR چند محوره 141
پیوست ب: طراحی کنترل بهینة چندمنظوره مبتنی بر نرم H¥ با تبدیل به LMI. 152
پیوست ج: راهنمای کار با جعبهابزار زمان حقیقی نرمافزار MATLAB.. 158
پیوست د: راهنمای فنی روبات خواجهنصیر. 164
پیوست هـ : نتایج بیشتری از پیادهسازیها 167
واژهنامه انگلیسی به فارسی.. 173
واژهنامه فارسی به انگلیسی.. 174
مقالات استخراج شده از این پژوهش.... 175
1- مقدمه
در این فصل با ورود به دنیای «روباتهای کشسانمفصل» و بررسی مشکلات کنترل آنها و سپس با بررسی وجوه گوناگون مسئلة «محدودیت دامنة کنترل» زمینههای لازم برای بیان چالشهای موجود را فراهم آوردهایم. بدین ترتیب به بیان انگیزه و ضرورت انجام این پژوهش پرداخته و در پایان به معرفی اجمالی نوآوریهای این پژوهش خواهیم پرداخت.
1-1- جایگاه روباتهای کشسانمفصل در مهندسی کنترل
طراحی کنترل برای روباتها از اوایل دهه 1970 توجه مهندسان کنترل را به خود جلب کرد و کمکم روباتها در کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه روباتهای چندمحوره در کاربردهای مختلف فضایی، صنعتی و غیره به کار گرفته شدهاند که اغلب با کنترلگرهای متداول مانند PID کار میکنند و میتوان ادعا کرد که مسئلة کنترل مکان برای روباتهای صلب امروزه به طور مناسبی فهمیده و حل شده است [[i]]. اما رفتهرفته در اثر جایگزینی روباتهای متداول با روباتهای جدید که کوچکتر، سبکتر، سریعتر و باهوشتر هستند دیگر کنترلگرهای متداول پاسخ مناسبی به نیازهای کنترلی روباتها نداده و مسائل جدیدی در مهندسی کنترل رخ مینماید. میتوان نشان داد که در اغلب کاربردهای جدید مانند روباتهای پیشرفتة فضایی، روباتهای خدمتکار، سیستمهای پسخورانندة نیرو[1]، دستها و بازوهای ماهر روباتیکی [[ii]] و ریزروباتها[2]، مسئلة مشترک اصلی برای کنترل روباتها «کشسانی مفاصل» است. در اغلب موارد، کشسانی نتیجة ذاتی القا شده از طرف ساختار روبات میباشد؛ اما در مواردی نیز کشسانی عمداً به روبات اضافه میشود. تا چندی پیش رویکرد طراحی روباتها «هرچه صلبتر بهتر» بود و این رویکرد نه به خاطر نارسایی روباتهای کشسان، بلکه به خاطر سادگی کنترل در روباتهای صلب اتخاذ میشد [[iii]، [iv] و [v]]؛ اما امروزه این رویکرد کمرنگ شده است زیرا در واقع صلب بودن و کشسانی هر کدام مزیتهای خود را دارند. در عملگرهای صلب پهنای باند بالایی برای اعمال نیرو وجود دارد که کنترل را ساده میکند؛ از طرف دیگر اگر از عملگرهای کشسان استفاده شود کنترل نیروی پایدار و کمنویز به علاوة ایجاد ایمنی در تعامل با اشیای خارجی و برخوردهای اتفاقی را خواهیم داشت [[vi] و [vii]].
منشأ ایجاد کشسانی در مفاصل، اغلب سیستم انتقال توان میباشد اگر در آن از عناصری مانند هارمونیکدرایو، تسمه (مانند روبات RTX [[viii]]) یا محورهای بلند [[ix]] استفاده شده باشد. علاوه بر سیستم انتقال توان، حسگرهای گشتاور و یا برخی عملگرها [6، 7، [x]] نیز میتوانند منشأ کشسانی باشند. از نظر تعداد، در اغلب روباتهای کشسانمفصل[3] (FJR) منشأ ایجاد کشسانی هارمونیکدرایو است (مثلاً در بازوی ایستگاه فضایی بینالمللی (شکل 1‑1)، دست روباتیکی ساخته شده در مرکز فضایی آلمان (شکل 1‑2) و روبات صنعتی GE-P50 [[xi]]) و دیگر موارد ذکر شده به صورت انگشتشمار رخ مینمایند. (برای آشنایی عمومی با هارمونیکدرایو به مرجع [[xii]] رجوع نمایید).
ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است
متن کامل را می توانید در ادامه دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ولی در فایل دانلودی متن کامل همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است
چکیده
هدف از این پایان نامه طراحی و پیاده سازی یک دستگاه قرآن دیجیتال جیبی است که شامل ترجمه به زبان های مختلف به همراه تفاسیر قرآن مجید و صوت دلنشین آیات قرآن است. این دستگاه در واقع یک کتاب الکترونیکی است که مزین به کلام خداست. برای طراحی قسمت اول این دستگاه از یک حافظه 512 مگابایتی استفاده شده به همراه آی سی ATMega128 از خانواده AVR که به عنوان قسمت کنترلی متون و صفحه نمایش و کلیدها طراحی شده است. برای نمایش آیات از یک صفحه نمایش رنگی موبایل استفاده گردیده است. در قسمت دوم این دستگاه از یک تراشه DSP به همراه آی سی حافظه 512 مگابایتی برای ذخیره و پخش صوت قرآن کریم استفاده شده است که این تراشه سازگار با Motorola 56k می باشد و قابلیت اتصال به USB2.0 و MMC را دارد و نیز برای ذخیره سازی صوت از استاندارد FAT استفاده گردیده است. برای راه اندازه صفحه نمایش دسترسی به هیچ راهنمایی نداشتیم بنابراین یک Logic Analyzer چند کاناله جهت مهندسی معکوس به دست آوردن پروتکل ارتباطی نمایشگر طراحی کردیم.
امید است که توانسته باشیم گامی هرچند کوچک برای خدمت به کشور عزیزمان ایران انجام دهیم.
مقدمه
در این پایان نامه سعی شده است کتاب مبارک و مقدس «قرآن کریم» را به صورت یک کتاب الکترونیکی جیبی به همراه ترجمه و تفاسیر و صوت دلنشینش در یک حجم کوچک به اندازه قرآن جیبی طراحی و پیاده سازی کرده و مشکلات و موانعی را که برای طراحی این سری از لوازم الکترونیکی برای ارائه به بازار وجود دارد بررسی گردد.
همان طور که می دانیم امروزه استفاده از کتاب های الکترونیکی در جوامع پیشرفته فراوان شده است. لفظ e-BOOK یا کتاب الکترونیکی به دستگاهی گفته می شود که بتواند مجموعه ای از چند جلد کتاب را در خود جای دهد تا استفاده کننده بتواند در هر زمان و مکان به آن دسترسی داشته باشد و نیز به صورت جیبی و قابل حمل باشد. در جوامع شرقی کشورهایی نظیر چین، ژاپن، مالزی، کره و… شروع به ساخت این چنین دستگاه هایی کرده اند، هرچند تولیدات سایرین از نظر کیفیت قابل مقایسه با ژاپن نیست. در کشور ما هنوز اقدام حائز اهمیتی در جهت طراحی و تولید این محصولات صورت نگرفته است.
در حال حاضر چیزی که ساخت داخل باشد و بتوان به آن e-BOOK گفت، وجود ندارد آنچه هست دستگاه های MP3 و MP4 می باشند که می توان فایل صوتی و تصویری را با توجه به ظرفیت آنها در این دستگاه ها گنجاند که متاسفانه این ها نیز ساخت داخل نمی باشند.
تلاش کردیم با توجه به مطالب ذکر شده کتابی الکترونیکی طراحی کنیم که حجم قابل توجهی از اطلاعات را در خود جای دهد و با تکنولوژی روز همگام باشد. توسعه و تغییرات آن در زمان محدود امکان پذیر باشد و تولیدش از نظر اقتصادی مقرون به صرفه باشد و چه از نظر هزینه و چه از نظر کیفیت بهینه سازیش ممکن باشد، تا بتوانیم از خروج مبالغی ارز از کشور (برای خرید این دستگاه ها) تا حدودی جلوگیری کنیم.
تصمیم گرفتیم اولین کتابی که در این سیستم گنجانده می شود زیباترین باشد و دلنشین ترین آوا را داشته باشد تا زیبایی کار را با آن تضمین کنیم و چیزی جز کلام خدایی که ما را دوست دارد نیافتیم، خدایی که می گوید: «لو علم المدبرون کیف إشتیاقی بهم لماتوا شوقا».
فصل اول: کلیات
1-1- هدف
هدف ما از انجام این پروژه و نوشتن این پایان نامه، طراحی و ساخت یک کتاب الکترونیکی جیبی است. قصد ما از طراحی این سیستم بررسی عملی و علمی ساختار تکنولوژی های روز بازار راجع به E-BOOK هاست. اینکه چگونگی برنامه نویسی و راه اندازی و طراحی سخت افزار این تکنولوژی ها را به صورت عملی بیازماییم و اینکه تشخیص دهیم که تراشه های موجود کدام برای این طراحی مناسب تر است.
2-1- پیشینه کار و تحقیق
دستگاه های این چنین با عنوان e-QURAN در کارخانه های زیادی از جمله IMEX کره، Caravan Global Business چین، ALIGRA TECH CORP کره و کارخانه هایی از کشور مالزی ساخته شده اند، در این طراحی ها اغلب از یک حافظه با ظرفیت های مختلف بعلاوه یک تراشه DSP استفاده شده است که برخی از DSP در کنار یک هسته میکروکنترلری Z80 و برخی دیگر در کنار هسته میکروکنترلری ARM می باشند. هریک از این سازنده ها از تراشه های حافظه مختلفی استفاده کرده اند که از آن جمله می توان به Samsung , Toshiba , Hynix اشاره کرد. معمولا در این نوع ها صفحه نمایش انتخاب شده در ابعاد بزرگتر و تک رنگ می باشد. البته برخی سازنده ها اوقات شرعی و قبله کشورهای مختلف را نیز همراه با متن قرآن و ترجمه ها در سیستم هایشان گنجانده اند.
تعداد صفحه : 251
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه 1
1-1: عنوان تحقیق 2
2-1 : مکان تحقیق 2
فصل دوم: نصب آپاچی ، پی-اچ-پی و مای-اس-کیو-ال 3
2-1: نصب وب سرور آپاچی 4
2-1-1 : دلیل استفاده از وب سرور آپاچی 4
2-1-2 : نصب برنامه آپاچی 4
2-1-3 : اطمینان از صحت نصب برنامه آپاچی 8
2-2 : نصب پی-اچ-پی 9
2-2-1 : اهمیت زبان اسکریپت نویسی پی-اچ-پی 9
2-2-2: نصب پی-اچ-پی 10
2-2-3 : اطمینان از صحت عملکرد پی-اچ-پی 12
2-3 نصب MYSQL 13
2-3-1 : مقدمهای بر MYSQL 13
2-3-2 : نصب MYSQL 14
فصل سوم: گاه کلی بر زبانهای برنامه نویسی اچ-تی-ام-ال ، جاوا اسکریپت و پی-اچ-پی 16
3-1: نگاه کلی بر دستورات اچ-تی-ام-ال 17
3-1-1: شکل کلی دستورات 17
3-1-2 : تعریف جدول 19
3-1-3 : فرمها و پرسش نامهها 20
3-2: نگاه کلی بر زبان برنامه نویسی جاوا اسکریپت 26
3-2-1: ویژگیهای جاوا اسکریپت در سرویس گیرنده 27
3-2-2 : جاوا اسکریپت چه کارهایی را انجام نمی دهد 28
3-2-3 : ساختار لغوی جاوا اسکریپت 29
3-3 : نگاه کلی بر دستورات زبان PHP 29
3-3-1: مقدمات زبان PHP 29
3-3-2 : به کارگیری آرایه 34
3-3-3: شکل کلی تعریف تابع 37
3-3-4: کار کردن با دایرکتوریها 41
3-3-5 : اتصال با سرویسدهنده MYSQL 43
3-3-6: پیادهسازی تماسهای ساده 46
فصل چهارم : پیاده سازی سایت فروشگاه رسانه صوتی و تصویری 48
4-1 : مقدمه 49
4-1-1 : ساخت کاتالوگ آنلاین 49
4-1-2 : ردیابی خرید مشتری در فروشگاه 49
4-1-3 : جستجوی رسانه 50
4-1-4 : ورود و خروج کاربر 50
4-1-5 : واسط مدیریتی 50
4-1-6 : اجزای سیستم 50
4-2 : پیادهسازی بانک اطلاعاتی 53
4-3 : پیادهسازی کاتالوگ آنلاین 54
4-4 : جستجو 55
4-5 : ورود و خروج کاربر 56
4-6 : تغییر کلمه عبور 62
4-7 : پیاده سازی خرید 73
4-8 : مشاهده کارت خرید 76
4-9 : افزودن رسانه به کارت 79
4-10 : انجام تغییرات در کارت خرید 81
4-11 : صفحه خروج از فروشگاه 81
4-12 : پیاده سازی واسط مدیریتی 86
4-12-1 : افزودن آیتمها 88
4-12-2 : مشاهده لیستها 94
4-12-3 : ویرایش 100
4-13 : نمایش تصویر 108
نتیجه گیری 110
منابع و ماخذ 111
چکیده
این پایان نامه در باره پروژه طراحی و پیاده سازی صفحات پویای وب برای یک فروشگاه رسانه های صوتی و تصویری، صحبت میکند.
این پروژه، دو دیدگاه دارد: دیدگاه مدیریتی و دیدگاه کاربری، دردیدگاه کاربری، امکان جستجوی رسانه ها، دیدن جزئیات هر یک و سپس صدور درخواست خرید آنها
وجود دارد.
سبد خریدی برای کاربر تشکیل شده و پس از خاتمه انتخاب محصولات، خرید انجام میشود و سفارش کاربر به نشانی محل سکونت وی ارسال میگردد.
در دیدگاه مدیریتی سیستم ، مدیر سایت پس از وارد کردن نام و رمز عبور خود، منوی مدیریتی را مشاهده میکند و با دیدن لیست مورد نظر، امکان ویرایش، حذف و افزودن هر آیتم رادارد.
چکیده :
با توجه به نقش بودجه در سازمانها و ادارات، دولتها در صدد اصلاح نظام بودجه ریزی برآمدند و در نهایت از بودجه ریزی عملیاتی استفاده نموده ولی در عمل برای پیاده سازی این سیستم بودجه بندی با موانع و مشکلاتی رو به رو گردیدهاند. این تحقیق سعی مینماید در مرحله اول موانع و مشکلات موجود و تأثیر گذار بر بودجه بندی عملیاتی در بانکهای سپه استان یزد را شناسایی نموده و در مرحله بعد این موانع و مشکلات را اولویت بندی و در نهایت پیشنهاداتی را در جهت کاهش موانع پیاده سازی بودجه بندی عملیاتی ارائه نماید. دادههای این پژوهش با استفاده از پرسشنامه های که بین کارمندان بانک توزیع شده، جمعآوری گردیدهاست. پس از آن با تجزیه و تحلیل اطلاعات از طریق آزمون فریدمن و کروسکال والیس فرضیات تحقیق آزمون شده است. نتایج این پژوهش نشان میدهد که عوامل مدیریتی بر مشکلات پیاده سازی بودجه بندی عملیاتی تأثیر معنادار دارد. به عبارت دیگر برای اجرای موفق بودجه بندی عملیاتی باید به عوامل مدیریتی که شامل عامل انسانی، عامل فنی و فرایندی و عامل محیطی است توجه نمود.
فهرست مطالب موجود :
پیشگفتار
فصل اول:کلیات تحقیق
1-1 مقدمه
1-2. بیان مسئله
1-3.ضروریت و اهمیت تحقیق
1-4.اهداف تحقیق
1-5.فرضیه های تحقیق
1-6.متغیرهای تحقیق
1-7.روش تحقیق
1-8.ابزار گردآوری داده های تحقیق
1-9.جامعه آماری و نمونه گیری
1-10.روش تجزیه و تحلیل داده ها
1-11.قلمرو تحقیق
1-12.تعاریف عملیاتی
1-13.محدودیتهای تحقیق
1-14.جمعبندی و نتیجهگیری
فصل دوم:پیشینه تحقیق
2-1 مقدمه
2-2.بودجه بندی و انواع روشهای بودجه بندی
2-2-1-تعاریف بودجه
2-2-2-مقاصد بودجه بندی
2-2-3-وظایف بودجه بندی
2-2-4-روشهای بودجه بندی
2-2-5-اساس بودجه بندی عملیاتی
2-2-6-تفاوت بین بودجه برنامه ای و عملیاتی
2-2-7-معایب و مزایای روش بودجه عملیاتی و سنتی
2-3. عوامل بودجه بندی
2-3-1-عوامل محیطی
2-3-2-عوامل فنی-فرایندی
2-3-3-عوامل انسانی
2-4.مبانی نظری بودجه عملیاتی
2-4-1-طرز تنظیم بودجه عملیاتی
2-4-2-چرا بودجه عملیاتی
2-4-3-بازدهی بودجه بندی عملیاتی
2-4-4-تجربه برخی از کشورها در اجرای نظام بودجه ریزی عملیاتی
2-4-4-1-کانادا
2-4-4-2-انگلیس
2-4-4-3-امریکا
2-4-4-4-ایرلند
2-4-4-5 هلند
2-4-5-مزایای بودجه بندی عملیاتی
2-4-6-بودجه بندی عملیاتی در بنگاههای فدرال
2-4-7-تجربیات بودجه بندی عملیاتی در کالیفرنیا
2-4-8-تحقیقات انجام شده در ایران وخارج
2-5 نتایج و جمعبندی
فصل سوم: روش تحقیق
3-1.مقدمه
3-2.روش تحقیق
3-3.اهداف تحقیق
3-4.فرضیه های تحقیق
3-5.متغیرهای تحقیق
3-6.جامعه آماری
3-7. نمونهگیری
3-8.روش گردآوری اطلاعات
3-9.روایی
3-10.پایایی
3-11- روش آزمون فرضیه ها
3-12 خلاصه و جمعبندی
فصل چهارم: تجزیه و تحلیل داده ها
4-1 مقدمه
4-2.نتایج توصیفی سؤالات عمومی پرسشنامه
4-3-نتایج تجزیه و تحلیل آزمون فرضیه اصلی
4-4- نتایج تجزیه و تحلیل آزمون فرضیه فرعی اول
4-5-نتایج تجزیه و تحلیل آزمون فرضیه فرعی دوم
4-6- نتایج تجزیه و تحلیل آزمون فرضیه فرعی سوم
4-7 نتیجه فصل
فصل پنجم:نتیجه گیری و پیشنهادات
5-1.نتیجه گیری کلی
5-2.پیشنهادها
پایان نامه دکترا (دانشکده برق – گروه کنترل )
طراحی کنترل برای روباتها از اوایل دهه ۱۹۷۰ توجه مهندسان کنترل را به خود جلب کرد و کمکم روباتها در کاربردهای متنوعی مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه روباتهای چندمحوره در کاربردهای مختلف فضایی، صنعتی و غیره به کار گرفته شدهاند که اغلب با کنترلگرهای متداول مانند PID کار میکنند و میتوان ادعا کرد که مسئلة کنترل مکان برای روباتهای صلب امروزه به طور مناسبی فهمیده و حل شده است [ ]. اما رفتهرفته در اثر جایگزینی روباتهای متداول با روباتهای جدید که کوچکتر، سبکتر، سریعتر و باهوشتر هستند دیگر کنترلگرهای متداول پاسخ مناسبی به نیازهای کنترلی روباتها نداده و مسائل جدیدی در مهندسی کنترل رخ مینماید. میتوان نشان داد که در اغلب کاربردهای جدید مانند روباتهای پیشرفتة فضایی، روباتهای خدمتکار، سیستمهای پسخورانندة نیرو ، دستها و بازوهای ماهر روباتیکی [ ] و ریزروباتها ، مسئلة مشترک اصلی برای کنترل روباتها «کشسانی مفاصل» است. در اغلب موارد، کشسانی نتیجة ذاتی القا شده از طرف ساختار روبات میباشد؛ اما در مواردی نیز کشسانی عمداً به روبات اضافه میشود. تا چندی پیش رویکرد طراحی روباتها «هرچه صلبتر بهتر» بود و این رویکرد نه به خاطر نارسایی روباتهای کشسان، بلکه به خاطر سادگی کنترل در روباتهای صلب اتخاذ میشد [ ، و ]؛ اما امروزه این رویکرد کمرنگ شده است زیرا در واقع صلب بودن و کشسانی هر کدام مزیتهای خود را دارند. در عملگرهای صلب پهنای باند بالایی برای اعمال نیرو وجود دارد که کنترل را ساده میکند؛ از طرف دیگر اگر از عملگرهای کشسان استفاده شود کنترل نیروی پایدار و کمنویز به علاوة ایجاد ایمنی در تعامل با اشیای خارجی و برخوردهای اتفاقی را خواهیم داشت [ و ].
منشأ ایجاد کشسانی در مفاصل، اغلب سیستم انتقال توان میباشد اگر در آن از عناصری مانند هارمونیکدرایو، تسمه (مانند روبات RTX [ ]) یا محورهای بلند [ ] استفاده شده باشد. علاوه بر سیستم انتقال توان، حسگرهای گشتاور و یا برخی عملگرها [۶، ۷، ] نیز میتوانند منشأ کشسانی باشند. از نظر تعداد، در اغلب روباتهای کشسانمفصل (FJR) منشأ ایجاد کشسانی هارمونیکدرایو است (مثلاً در بازوی ایستگاه فضایی بینالمللی (شکل ۱ ۱)، دست روباتیکی ساخته شده در مرکز فضایی آلمان (شکل ۱ ۲) و روبات صنعتی GE-P50 [ ]) و دیگر موارد ذکر شده به صورت انگشتشمار رخ مینمایند. (برای آشنایی عمومی با هارمونیکدرایو به مرجع [ ] رجوع نمایید).
فهرست مطالب
فهرست مطالب أ
فهرست اشکال د
فهرست جداول ز
۱- مقدمه
۱-۱- جایگاه روباتهای کشسانمفصل در مهندسی کنترل
۱-۲- مشکلات کنترل روباتهای کشسانمفصل
۱-۳- کنترل با وجود محدودیت دامنه
۱-۴- نوآوریهای این پژوهش
۱-۵- نمای کلی رساله
۲- مروری بر پژوهشهای قبلی و بیان چالشها
۲-۱- کنترل روباتهای کشسانمفصل
۲-۱-۱- پژوهشهای اولیه
۲-۱-۲- ادامة خط اولیه
۲-۱-۳- ارتقای مدل
۲-۱-۴- پیشنهادات مختلف برای کنترل
۲-۱-۵- کمیتهای فیدبک شده و تقلیل اندازهگیریها
۲-۱-۶- کنترل تطبیقی
۲-۱-۷- کنترل مقاوم و پایداری
۲-۱-۸- پیادهسازی عملی
۲-۱-۹- جمعبندی و بیان چالشها
۲-۲- مسئلة اشباع عملگر و روشهای برخورد با آن
۲-۲-۱- مشکلات ناشی از اشباع
۲-۲-۲- روشهای عمومی برخورد با مسئلة اشباع
۲-۲-۳- روشهای بهینه و مقاوم در برخورد با اشباع
۲-۲-۴- روشهای تعدیلی
۲-۲-۵- مسئلة اشباع در روباتها
۳- حلقة ناظر فازی، روشی برای برخورد با مسئله اشباع عملگر
۳-۱- بیان مسئله
۳-۲- معرفی روش
۳-۳- مزایای روش پیشنهادی
۳-۴- استفاده از حلقة ناظر بر روی دو سیستم عمومی
۳-۴-۱- سیستم ناپایدار دو ورودی-دو خروجی
۳-۴-۲- سیستم دارای تأخیر
۳-۵- نکات عملی در طراحی
۴- مسئلة اشباع در FJR و استفاده از روش حلقة ناظر برای برخورد با آن
۴-۱- مدلسازی روباتهای کشسانمفصل
۴-۱-۱- کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای کنترل FJR ها
۴-۲- استفاده از حلقة ناظر در ساختار ترکیبی برای FJR
۴-۳- بررسی عملکرد روش ارائه شده با شبیهسازی
۴-۴- اثبات پایداری برای ساختار «ترکیبی + ناظر»
۴-۴-۱- پایداری زیر سیستم تند
۴-۴-۲- لمهای مورد نیاز برای اثبات پایداری
۴-۴-۳- اثبات پایداری سیستم کامل
۵- نگاه دوم: روشهای بهینة H و H2 برای مقابله با اثرات اشباع در FJR
۵-۱- طراحی با رویکرد حساسیت مخلوط
۵-۲- طراحی با رویکرد H2 /H
۵-۳- بررسی کارایی روشهای ارائه شده
۶- پیادهسازی عملی
۶-۱- معرفی مجموعة آزمایشگاهی ساخته شده
۶-۱-۱- سختافزار الکترومکانیکی
۶-۱-۲- نرمافزار
۶-۲- مدل پارامتریک سیستم
۶-۳- تخمین پارامترهای سیستم
۶-۴- نتایج پیادهسازی
۶-۴-۱- کنترل ترکیبی
۶-۴-۲- کنترل ترکیبی تحت نظارت ناظر فازی
۷- نتایج و تحقیقات آتی
پیوست الف: کنترل ترکیبی و رویکرد رویة ناوردا برای FJR چند محوره
پیوست ب: طراحی کنترل بهینة چندمنظوره مبتنی بر نرم H با تبدیل به LMI
پیوست ج: راهنمای کار با جعبهابزار زمان حقیقی نرمافزار MATLAB
پیوست د: راهنمای فنی روبات خواجهنصیر
پیوست هـ : نتایج بیشتری از پیادهسازیها
واژهنامه انگلیسی به فارسی
واژهنامه فارسی به انگلیسی
مقالات استخراج شده از این پژوهش
مراجع
فهرست اشکال
شکل ۱ ۱- بازوی ایستگاه فضایی بینالمللی
شکل ۱ ۲- دست ۴ انگشتی DLR و میکروهارمونیکدرایو به کار رفته در آن
شکل ۲ ۱- ساختار ارائه شده در مقالة [۱۰۸] برای مقابله با اشباع
شکل ۳ ۱- سیستم حلقه بسته
شکل ۳ ۲- ساختار حلقه بسته با حضور حلقة ناظر
شکل ۳ ۳- تعریف متغیرهای زبانی برای دامنة سیگنال کنترل
شکل ۳ ۴- تعریف متغیرهای زبانی برای مشتق سیگنال کنترل
شکل ۳ ۵- تعریف متغیرهای زبانی برای بهرة ضرب شده در خطا
شکل ۳ ۶- نگاشت غیر خطی معادل با منطق مورد استفاده
شکل ۳ ۷- خروجیها در حالت Sat
شکل ۳ ۸- خروجی اول در دو شبیهسازی Fuz و NoSat
شکل ۳ ۹- خروجی دوم در دو شبیهسازی Fuz و NoSat
شکل ۳ ۱۰- مقدار بهره در شبیهسازی Fuz
شکل ۳ ۱۱- خروجی سه حالت NoSat، Sat و Fuz برای ورودی مرجع با دامنة ۵/۰
شکل ۳ ۱۲- خروجی سه حالت NoSat، Sat و Fuz برای ورودی مرجع با دامنة ۷/۰
شکل ۳ ۱۳- خروجی سه حالت NoSat، Sat و Fuz برای ورودی مرجع با دامنة ۹/۰
شکل ۳ ۱۴- مقدار بهرة اعمال شده توسط ناظر برای ورودی مرجع با دامنة ۹/۰
شکل ۳ ۱۵- اثر حلقة ناظر بر دامنة کنترل برای ورودی مرجع با دامنة ۹/۰
شکل ۴ ۱- روبات کشسانمفصل یک درجه آزادی
شکل ۴ ۲- ساختار کنترل ترکیبی برای FJR
شکل ۴ ۳- نحوة استفاده از حلقة ناظر برای FJR
شکل ۴ ۴- ردیابی در حالت NoSat، بدون محدودیت عملگر و بدون ناظر
شکل ۴ ۵- ناپایداری ناشی از اشباع با کران = ۸۳۰ در حالت Sat
شکل ۴ ۶- ردیابی در حالت Fuz با کران اشباع به اندازة = ۸۳۰
شکل ۴ ۷- مقدار در حالت Fuz با کران اشباع به اندازة = ۸۳۰
شکل ۵ ۱- نمودار حلقه بستة سیستم با عدم قطعیت ضربی در ورودی
شکل ۵ ۲- چگونگی وزندهی سیگنالها برای مسئلة حساسیت مخلوط
شکل ۵ ۳- مدلهای شناسایی شده (P1 تا P20) و مدل نامی P0
شکل ۵ ۴- چگونگی اختیار کران بالای عدم قطعیت
شکل ۵ ۵- نمودارهای بود دو کنترلگر
شکل ۵ ۶- ردیابی برای ورودی مرجع سینوسی با = ۱۲
شکل ۵ ۷- سیگنال کنترل برای ورودی مرجع سینوسی با = ۱۲
شکل ۵ ۸- ناپایداری رویکردهای مختلف برای محدودیت دامنة = ۹
شکل ۶ ۱- تصویر روبات مورد استفاده
شکل ۶ ۲- چگونگی عملکرد هارمونیک درایو
شکل ۶ ۳- نمودار بلوکی روبات مورد استفاده
شکل ۶ ۴- تصویر مفصل کشسانِ ساخته شده
شکل ۶ ۵- مدل بلوکی بازوها
شکل ۶ ۶- مدل مورد استفاده برای اعمال ولتاژ به موتور دوم
شکل ۶ ۷- مدل مورد استفاده برای خواندن کدگذار سوم
شکل ۶ ۸- بازوی یک درجه با جعبه دنده
شکل ۶ ۹- دیاگرام بلوکی دینامیک بازوی یک محوره
شکل ۶ ۱۰- زاویة اندازهگیری شدة بازوی دوم و مقدار شبیهسازی شدة آن
شکل ۶ ۱۱- زاویة اندازهگیری شدة موتور دوم و مقدار شبیهسازی شدة آن
شکل ۶ ۱۲- کنترل حلقه بستة PD برای بازوی دوم با اندازهگیری مکان عملگر
شکل ۶ ۱۳- رفتار بازو با کنترل PD صلب برای ورودی سینوسی
شکل ۶ ۱۴- کنترل حلقه بستة PD برای بازوی دوم با اندازهگیری مکان بازو
شکل ۶ ۱۵- رفتار بازوی دوم با کنترل PD صلب با اندازهگیری مکان بازو
شکل ۶ ۱۶- رفتار بازو با سوییچ کردن کنترل ترکیبی و کنترل صلب
شکل ۶ ۱۷- رفتار بازو با کنترل ترکیبی با بهره بالا
شکل ۶ ۱۸- دامنة کنترل در روش کنترل ترکیبی
شکل ۶ ۱۹- چگونگی پیادهسازی منطق نظارت
شکل ۶ ۲۰- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال ۲۰Sin(2t) برای نقطه کار ۱۸۰ درجه
شکل ۶ ۲۱- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال مربعی با دامنة ۲۰ برای نقطه کار ۰ درجه
شکل ب ۱- دیاگرام بلوکی مسألة مخلوط H2/H
شکل ج ۱- چگونگی نصب کارت جدید
شکل ج ۲- تنظیمات مربوط به بلوکهای ورودی یا خروجی
شکل ج ۳- تنظیم پارامترهای شبیه سازی
شکل ج ۴- تنظیم پارامترهای زمان حقیقی
شکل ج ۵- تولید کد C ، ارتباط با پورت ، اجرای برنامه
شکل د ۱- نمایی از رابط کاربر برنامة FjrInit.exe
شکل ه ۱- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال ۴۰Sin(2t) برای نقطه کار ۱۸۰ درجه
شکل ه ۲- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال ۲۰Sin(4t) برای نقطه کار ۰ درجه
شکل ه ۳- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال ۲۰Sin(2t) برای نقطه کار ۹۰- درجه
شکل ه ۴- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال مربعی با دامنة ۲۰ برای نقطه کار ۰ درجه
شکل ه ۵- اثر حلقة ناظر بر ردیابی سیگنال مربعی با دامنة ۲۰ برای نقطه کار ۰ درجه – با میرایی
فهرست جداول
جدول ۲ ۱- اولین مقالات ارائه شده در مورد روباتهای کشسانمفصل
جدول ۲ ۲- مقالاتی که خط اولیه را پی گرفتهاند.
جدول ۳ ۱- قواعد فازی
جدول ۴ ۱- کران کمینة قابل قبول برای دو حالت Sat و Fuz
جدول ۴ ۲- نرمهای خطا برای دو حالت Sat و Fuz به ازای مقادیر مختلف
جدول ۵ ۱- مقادیر min برای ورودیهای مختلف
جدول ۶ ۱-ضریب کشسانی اندازهگیری شده برای نقطة کار ۹۰ درجه
جدول ۶ ۲-ضریب کشسانی اندازهگیری شده برای نقطة کار ۹۰- درجه
جدول ۶ ۳-پارامترهای شناسایی شده
جدول ۶ ۴-پارامترهای محاسبه شده
جدول د ۱- مشخصات موتور اول
جدول د ۲- مشخصات موتور دوم همراه با جعبه دنده
جدول د ۳- مشخصات هارمونیکدرایو
جدول د ۴- مشخصات سیگنالهای اعمال شده از رایانه به روبات
جدول د ۵- مشخصات سیگنالهای اندازهگیری شده توسط رایانه