کنترل فازی موقعیت بازوی ربات مجهز به موتورهای الکتریکی با استراتژی کنترل ولتاژ
چکیده
بازوی های رباتیک که بدون چرخ دنده توسط موتورهای الکتریکی رانده می شوند ربات های با رانش مستقیم نامیده می شوند. این رباتها با حذف انعطاف، خلاصی و پس زنی چرخ دنده، کاهش اصطکاک، کاهش اینرسی و افزایش قابلیت اطمینان، عملکرد بهتری از خود نشان می دهند. بازوی ربات سیستمی چند ورودی- چند خروجی با دینامیک غیرخطی، تزویج و عدم قطعیت می باشد. این رفتار بی نظم و غیرقابل پیش بینی ربات در عمل نامطلوب بوده و اهمیت کنترل را نشان می دهد. انتظار می رود که ربات بتواند کارهای صنعتی را با دقت و سرعت بالا انجام دهد. کنترل فازی یکی از روش های کنترل ربات است که به عنوان یک روش هوشمند مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. این روش کنترلی، در طراحی مستقل از مدل دینامیکی ربات بوده و عملکرد مناسبی از خود نشان می دهد. در این پایان نامه، کنترل کننده فازی تناسبی– مشتقی برای کنترل بازوی ربات پیوما طراحی شده است. این ربات، توسط موتورهای الکتریکی جریان مستقیم مغناطیس دائم رانده می شود و به ردگیری موقعیت مسیر زمانی مطلوب می پردازد. بررسی ها نشان می دهند که کنترل فازی در مهار رفتار غیرخطی و غلبه بر عدم قطعیت موفق است، ولی تضمین پایداری و دستیابی به عملکرد دقیق نیازمند بکارگیری همه متغیرهای حالت است. در مقابل، بار محاسباتی بخاطر تعداد زیاد ورودی ها و قوانین فازی بشدت افزایش می یابد و پیاده سازی کنترل کننده را با مشکل مواجه می سازد. از سوی دیگر، بکارگیری کنترل کننده فازی تناسبی- مشتقی توصیه می شود که ساختاری ساده و کاربردی متداول دارد. این پایان نامه، به منظور کاهش بار محاسباتی و بهبود عملکرد سیستم کنترل فازی، طرح جدید کنترلی را ارائه می نماید. کنترل پیشنهادی شامل کنترل کننده فازی تناسبی- مشتقی، جبران ساز جریان و پیشخورد سرعت مطلوب مفصل است. سیستم کنترل با پسخورد جریان موتورها، موقعیت و سرعت مفاصل به کنترل موتورها می پردازد. با بکارگیری همه پسخوردها، پایداری سیستم کنترل تضمین شده و موتورها عملکرد خوبی خواهند داشت در حالی که موتور ها بار دینامیکی سنگینی را تحمل می کنند. ممکن است بعنوان جایگزین، یک کنترل کننده فازی با بکارگیری سه پسخورد جریان موتورها، موقعیت و سرعت مفاصل پیشنهاد شود. در مقایسه، تعداد قوانین فازی سه برابر خواهد شد. در طراحی سیستم کنترل، از راهبرد کنترل ولتاژ استفاده می شود که مزایای سادگی طراحی، سریع بودن پاسخ، مقاوم بودن در مقابل عدم قطعیت ها و عدم وابستگی به مدل دینامیکی بازوی ربات را در بردارد. برای بررسی پایداری سیستم کنترل، مدل ریاضی کنترل کننده بدست آمده و تحلیل پایداری انجام گرفته است. با استفاده از نرم افزار های مهندسی، بازوی ربات پیوما ترسیم و پارامتر های مورد نیاز بدست آمده و سپس به مدلسازی معادلات سینماتیکی و دینامیکی آن پرداخته شده است. برای بررسی نحوه عملکرد سیستم کنترل، کنترل کننده توسط نرم افزار متلب شبیه سازی شده است. تحلیل ریاضی و نتایج شبیه سازی ها نشان می دهند که عملکرد کنترل فازی تناسبی- مشتقی با جبران ساز جریان و پیشخورد سرعت مطلوب مفصل نسبت به کنترل فازی تناسبی- مشتقی برتری دارد.