کنترل فازی تطبیقی ربات تک چرخ الکتریکی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استاد کنترل، دانشگاه شاهرود، دانشکده برق و رباتیک

2 کارشناس ارشد کنترل، دانشگاه شاهرود، دانشکده برق و رباتیک

چکیده

در این مقاله‏‌ برای نخستین بار طرح کنترل فازی تطبیقی ربات تک چرخ چهار درجه آزادی با وجود محرکه های الکتریکی ارائه می گردد. نوآوری دیگر مقاله ارایه مدل جدیدی از ربات تک چرخ چهار درجه آزادی برای اجرای راهبرد کنترل ولتاژ و راهبرد کنترل گشتاور است. دینامیک حرکت بصورت سیستم غیرخطی و چند متغیره با اثر متقابل بین ورودی ها و خروجی ها توصیف می گردد. ربات تک چرخ مانند آونگ وارون در وضعیت ناپایدار قرار دارد. علاوه بر آن، تعداد محرکه های ربات کمتر از تعداد درجات آزادی آن است. پیچیدگی دینامیک ربات، اهمیت طراحی کنترل کننده را دو چندان می سازد. در این تحقیق، کنترل کننده خطی‌سازی پسخورد مبتنی بر مدل با راهبرد کنترل گشتاور طراحی می‌گردد. سپس، کنترل کننده فازی تطبیقی غیرمستقیم با راهبرد کنترل ولتاژ نیز طراحی می‌شود که پایداری سیستم کنترل را در حضور عدم قطعیت تضمین می‌نماید. پایداری نقطه تعادل با روش مستقیم لیاپانوف بررسی می شود. نتایج شبیه سازی موفقیت کنترل کننده را در حفظ تعادل و پایداری ربات تک چرخ نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Pathak K, Franch J (2005) Velocity and position control of a wheeled inverted pendulum. IEEE Transactions on Robotics, 21(3): 505-513.

[2] Kappeler F (2007) Unicycle robot. Automatic control laboratory,Switzerland.

[3] Sheng Z, Yamafuji K (1997) Postural stability of a human riding a unicycle and its emulation by a robot. IEEE Transaction, 13(5): 709–720.

[4] Huang C (2010) The development of self-balancing controller for one-wheeled vehicles. Engineering: 2(4) 212-219.

[5] Lee J, Shin H, Lee S and Jung S  (2013) Balancing control of a single-wheel inverted pendulum system using air blowers. Mechatronics.  23(8) 926-932.

[6] Ok S, Nakamura Y (2011) Stabilizing control of personal mobility with a spherical wheel. 13th congress in Mechanism and Machine Science, Mexico :19-25.

[7] Hofer K (2005) Electric vehicle on one wheel. IEEE Conference on Vehicle Power and Propulsion: pp. 517-521.

[8] Hofer K (2006) Observer_based drive control for self-balancing vehicle. 32nd Annual conference on IEEE Industrial Electronics, IECON 2006, Paris. pp. 3951-3956.

[9] Xu J, Guo Z and Lee T (2011) An optimal fuzzy logic controller for an underactuated unicycle. IECON 2011 - 37th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society, Melbourne, VIC. pp. 2335-2340.

[10] Li Y, Tsai C and Lin C (2012) Intelligent adaptive steering control for electric unicycles. IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics (SMC), Seoul, pp. 2457–2462.

[11] Park J H, Jung S (2013) Development and control of a single-wheel robot:Practical Mechatronics approach. Journal of elsevier, Mechatronics 23: 594-606.

[12] Lee J, Han S (2013) Decoupled dynamic control for pitch and roll axes of the unicycle robot. IEEE Transaction on industrial electronics, 60(9): 3814–3822.

[13] Ha M, Jung S (2014) Neural network control for the balancing performance of a single-wheel transportation vehicle. Robot intelligence Technology and Applications, 274,  pp 877-885.

[14] Meriam JL, Kraige LG (2007) Engineering mechanics dynamics. Sixth edition, Mwc CGBraw-hill.

[15] Yangsheng X, Yongsheng O (2005) Control of single wheel robots. Springer.

[16] Spong MW, Hutchinson S and Vidyasagar M (2006) Robot modelling and control, John Wiley& Sons, Inc, New York.

[17] Rezvanian R (2013) Nonlinear control of one-wheeled vehicle with four degree of freedom, M.Sc. Thesis, Department of Mechanical Engineering, University of Shahrood.

[18] Fateh MM (2008) On the voltage-based control of robot manipulators. International Journal of control 6(5): 702–712.

[19] Xu J, Mamun A and Daud Y (2011) Pendulum-balanced autonomous unicycle: Conceptual design and dynamics model, IEEE Conference, RAM, 51-56.

[20] Nagarajan U, Kim B and Hollis R (2012) Planning in high dimensional shape space for a single-wheeled balancing mobile robot with arms. IEEE Conference on Robotics and Automation, pp. 130-135.

[21] Fateh MM, Fateh S (2012) Decentralized direct adaptive fuzzy control of robots using voltage control strategy. Nonlinear Dyn. 70:1919-1930.