طراحی کنترل کننده مود لغزشی تطبیقی برای یک ربات خودکار پرنده با دینامیک متغیر با زمان

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مکاترونیک ، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرج، البرز، ایران

چکیده

امروزه کاربرد ربات‌های پرنده در سیستم‌های مهندسی در حال گسترش است. کنترل یک ربات پرنده همواره از مسایل مطرح در این زمینه می‌باشد. پارامترهای این دسته از سیستم‌ها متغیر بوده و دینامیکی متغیر با زمان را رقم می‌زنند. یک کنترل‌کننده نامتغیر با زمان به دلیل شرایط واقعی و تغییرات پارامترهای سیستم پاسخ مناسبی به‌ دست نمی‌دهد. از سوی دیگر دینامیک سیستم تحت تأثیر عدم قطعیت‌ها و اغتشاشات غیر قابل پیش‌بینی ناشی از شرایط محیطی می‌باشد. بنابراین الگوریتم‌های کنترلی مورد استفاده باید در برابر این نامعینی‌ها مقاوم باشند. در این مقاله به مدلسازی و کنترل مدل مبنای مقاومِ تطبیقی یک ربات خودکار پرنده می‌پردازیم. کنترل یک ربات پرنده به علت حساسیت بالا و دینامیک ذاتی ناپایدار و در حضور نامعینی‌ها، باید توسط الگوریتم‌های کنترلی‌ای انجام پذیرد که دارای قابلیت جبرانسازی سیستم در حضور نامعینی‌ها باشد. این شرایط برای سیستم مورد نظر بررسی گردیده است. الگوریتم کنترل مود لغزشی به همراه شناسایی پارامترها به عنوان یک روش‌ کنترلی مناسب که شرایط مذکور را دارا می‌باشد برای کنترل سیستم دارای پارامترهای متغیر با زمان طراحی و روی سیستم اعمال گردیده است. بنابراین ابتدا معادلات دینامیکی سیستم استخراج شده است. سپس الگوریتم کنترل مود لغزشی به همراه شناسایی پارامترها برای سیستم طراحی و اعمال ‌گردیده است. در ادامه پایداری روش کنترلی پیشنهاد شده توسط تئوری لیاپانوف تحلیل گردیده است. نتایج بدست آمده از پیاده‌سازی روش کنترلی در نرم افزار MATLAB\SIMULINK نشان دهنده کارایی کنترل کنندهی پیشنهاد شده می باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Khanpoor A, Keymasi Khalaji A, Moosavian SAA (2015) Dynamics and control of a wheeled mobile robot attached by a trailer with passive spherical wheels. Modares Mech Eng 15(8): 216-224. (in Persian)

[2]  Khanpoor A, Keymasi Khalaji A, Moosavian SAA (2017) Modeling and control of an underactuated tractor–trailer wheeled mobile robot. Robotica 35(12): 2297-2318.

[3]  Keymasi Khalaji A, Moosavian SAA (2014) Fuzzy sliding mode control law for a wheeled mobile robot towing a trailer. Modares Mech Eng 14(4): 91-98. (in Persian)

[4]  Jimenez-Cano AE, Martin J, Heredia G, Ollero A, Cano R (2013) Control of an aerial robot with multi-link arm for assembly tasks. Proc Rob Autom (ICRA) 4916-4921.

[5]  Zarafshan P, Moosavian SAA, Bahrami M (2010) Comparative controller design of an aerial robot. Aerosp Sci Tech 14(4): 276-282.

[6]  Lai G, Liu Z, Zhang Y, Chen CLP (2016) Adaptive position/attitude tracking control of aerial robot with unknown inertial matrix based on a new robust neural identifier. IEEE Trans Neural Netw Learn Syst 27(1): 18-31.

[7]  Siciliano B, Khatib O (2007) Springer handbook of robotics. Springer-Verlag, New York.

[8]  Talebian SJ, Heirani Nobari J (2014) Design of a horizontal guidance algorithm for optimal crossing of trajectory legs. J Cont 8(2): 47-57.

[9]  Ghaffari A, Roshanian J, Tayefi M (2007) Time-varying transfer function extraction of an unstable launch vehicle via closed-loop identification. Aerosp Sci Tech 11(2): 238-244.

[10] Keymasi Khalaji A, Moosavian SAA (2014) Robust adaptive controller for a tractor-trailer mobile robot. IEEE/ASME Trans Mechatronics 19(3): 943 - 953.

[11] Slotine JJ, Li W (1991) Applied nonlinear control. Prentice-Hall International.

[12] Zhihong M, Yu X (1997) Adaptive terminal sliding mode tracking control for rigid robotic manipulators with uncertain dynamics. JSME Int J 40(3):493-502.

[13] Oosterom M, Babuska R (2001) Fuzzy gain scheduling for flight control laws. 10th IEEE Int Conf Fuzzy Syst 716-719.

[14] Gonsalves PG, Zacharias GL (1994) Fuzzy logic gain scheduling for flight control. Proc Third IEEE Conf Fuzzy Syst 952-957.

[15] Pan Y, Wei W, Furuta K (2008) Hybrid sliding sector control for a wheeled mobile robot. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part I: J Syst Cont Eng 222(8):829-837.

[16] Engeberg ED, Meek SG (2013) Adaptive sliding mode control for prosthetic hands to simultaneously prevent slip and minimize deformation of grasped objects. IEEE/ASME Trans Mechatronics 18(1): 376-385.

[17] Chuxiong H, Bin Y, Qingfeng W (2013) Performance-oriented adaptive robust control of a class of nonlinear systems preceded by unknown dead zone with comparative experimental results. IEEE/ASME Trans Mechatronics 18(1): 178-189.

[18] Astrom KJ, Wittenmark B (1994) Adaptive control. Addison-Wesley Longman Publishing Co.

[19] Keymasi Khalaji A, Moosavian SAA Switching control of a tractor-trailer wheeled robot. Int J Robotics Autom 30(2).

[20] Keymasi Khalaji A, Moosavian SAA (2014) Adaptive sliding mode control of a wheeled mobile robot towing a trailer. Proc the Inst Mech Eng Part I: J Syst Cont Eng 229(2): 169-183.

[21] Chen CY, Li THS, Yeh YC, Chang CC (2009) Design and implementation of an adaptive sliding-mode dynamic controller for wheeled mobile robots. Mechatronics 19(2): 156-166.

[22] Sarhadi P., Ghahramani NO, Miryousefi Aval R (2011) Nonlinear modeling of a hydraulic actuator considering saturations in amplitude and rate commands. J Cont 4(2): 36-43. (in Persian)