برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد

کنترل کننده فازی برای ربوت دنبال کننده دیوار تحلیل پایداری

 

 

 

 

استاد راهنما

دکتر فریدون شعبانی نیا

 

 

تکه هایی از متن به عنوان نمونه :

چکیده

 

کنترل کننده فازی برای ربوت دنبال کننده دیوار و تحلیل پایداری

 

به کوشش

نسیم پیکری

 

موضوع این رساله در ارتباط با مسئله طراحی کنترل کننده هوشمند-فازی نوع 1 و نوع 2- برای کنترل سینماتیک یک ربوت -دنبال کننده دیوار یا مسیر و حتی بازیکن-می باشد. در بحث مسیریابی از منحنی‏های بزیه بهره گیری شده می باشد تا بتوان هر مسیری را به راحتی شبیه سازی نمود. در راستای طراحی کنترل کننده برای شبیه سازی مدل از قابلیت تقریب و مدلسازی فازی تاکاگی- سوگنو (T-S) بهره گیری شده و کنترل کننده‏هایی به فرم جبران‏سازی توزیع شده موازی (PDC) برای آن طراحی شده می باشد. قوانین در کنترل کننده ها متناظر با قوانین بهره گیری شده برای مدل‏سازی هستند. در نهایت هم برای نوع 1 و هم برای نوع 2 کنترل کننده بایستی منتج به پایداری سیستم حلقه بسته گردد. با بهره گیری از مفهوم نظریه لیاپانوف مجموعه ای از نامساوی‏های ماتریسی خطی (LMI) برای تحلیل پایداری در نظر گرفته شده می باشد و با بهره گیری از نرم افزار MATLAB این نامساوی‏ها حل شده اند.

 

واژگان کلیدی: کنترل کننده فازی نوع 1، کنترل کننده فازی نوع 2، کنترل کننده جبران‏سازی توزیع شده موازی ، مدل تاکاگی-سوگینو، ربات دنبال کننده، ربات سیار چرخ دار

 

فهرست مطالب

 

عنوان                                           صفحه

 

فصل اول

پیشگفتاری بر ربوت ها و کنترل………………… 2

1-1- مقدمه………………………. 2

1-2- حرکت در ربوت…………………. 3

1-3- ربوت های چرخ‏دار………………. 4

1-4- انواع ربوت های متحرک………….. 5

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

1-5- کنترل ربوت………………….. 6

 

فصل دوم

خصوصیات ساختاری مدل و سینماتیک ربوت سیار چرخ‏دار.. 14

2-1- مقدمه……………………… 15

2-2- سینماتیک های ربوت های متحرک چرخ دار 17

2-2-1- موقعیت ربوت……………. 17

2-2-2- تعریف چرخ ها…………… 19

2-2-2-1- چرخ های معمولی……….. 20

2-2-2-2-چرخ های سوئدی…………. 22

2-2-3- محدودیت های حرکت ربوت…… 23

2-3- سینماتیک و موقعیت……………. 34

2-3-1- مدل عمومی ربوت های متحرک چرخ دار   35

2-4- تحرک پذیری: قابلیت هدایت و قدرت مانور 36

2-5- پیکر بندی موتورها……………. 37

فصل سوم

اظهار مسئله و مسیر‏یابی…………………….. 41

3-1- مقدمه……………………… 41

3-2- تحلیل موقعیت………………… 42

3-3- مدل ربوت سیار چرخ‏دار…………. 43

3-3-1- خطایابی در مدل سینماتیک…. 45

3-3-2- خطای ردیابی مسیر……….. 46

3-4- توسعه ی معادلات………………. 49

3-5- مدل سازی مسیر……………….. 51

3-5-1- اهداف مسیر…………….. 51

3-5-2-ایجاد منحنی…………….. 52

3-5-3- منحنی بزیه…………….. 52

3-5-4- محدودیت های شتاب گیری…… 56

3-5-5- مطالعه جزییات مسیر نمونه…. 57

 

فصل چهارم

کنترل کننده های فازی نوع 1 و نوع 2 و تحلیل پایداری 64

4-1- مقدمه……………………… 64

4-2- مجموعه های کلاسیک و فازی……….. 64

4-3- مفاهيم اوليه و تعاريف مقدماتي از فازی نوع 1    66

4-3-1- چند تعریف-برش‌ها، تحدب و اعداد فازی- در منطق فازی……………………………………… 67

4-4- مقدماتی بر مجموعه های فازی نوع 2… 68

4-5- سیستم منطق فازی نوع2 فاصله ای….. 71

4-5-1- مثالی از یک سیستم فازی نوع 2 فاصله ای  79

4-6- مقدمه ای بر کنترل کنندههای فازی… 81

4-6-1- انواع کنترل کنندههای فازی… 81

4-6-2- کنترل کننده فازی ممدانی…. 82

4-6-3- کنترل کننده فازی سوگنو….. 83

4-6-4- کنترل کننده فازی تاکاگی – سوگنو 85

4-7- طراحی کنترل کننده تاکاگی-سوگینو بر پایه مجموعه های فازی نوع 1………………………………….. 85

4-7-1- مدل تاکاگی-سوگنو……….. 86

4-7-1-1- ناحیه بندی کردن غیرخطی…. 87

4-7-1-2- تقریب محلی…………… 88

4-7-2- ناحیه بندی غیر خطی ….. 90

4-7-3- ناحیه بندی غیر خطی ….. 91

4-7-4- ناحیه بندی غیر خطی ….. 91

4-7-5- ناحیه بندی غیر خطی ….. 92

4-7-6- قواعد اگر- آنگاه ربوت…… 92

4-8- جبران سازی موازی توزیع یافته سیستم فازی نوع 1  96

4-9- پایداری کنترل کننده تاکاگی – سوگنو. 97

4-9-1- طراحی کنترل کننده پایدار از طریق رویه تکراری……………………………………… 98

4-9-2- رویه طراحی برپایه LMI…… 99

4-9-3- طراحی کنترل کننده پایدار با نامساوی های ماتریس خطی………………………………….. 100

4-10- طراحی فیدبک حالت جبرانساز موازی توزیع یافته براساس مجموعه های فازی نوع 2……………………. 111

4-10-1- ناحیه بندی غیر خطی … 116

4-10-2- ناحیه بندی غیر خطی … 116

4-10-3- ناحیه بندی غیر خطی … 116

4-10-4- ناحیه بندی غیر خطی … 116

4-10-5- قواعد اگر- آنگاه ربوت…. 120

4-11- جبران سازی موازی توزیع یافته سیستم فازی نوع 2 تاکاگی – سوگنو…………………………………. 124

4-12- پایداری کنترل کننده تاکاگی – سوگنو 126

4-13- طراحی کنترل کننده فازی………. 127

 

فصل پنجم

محدودیت ها و پیشنهادات…………………… 137

فهرست منابع……………………………. 138

 

 

 

فهرست شکل ها

 

شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     

عنوان                                           صفحه

 

شکل‏2‑1 دوموقعیت   ربوت   در صفحه مختصات و حرکت چرخ برروی سطح   18

شکل‏2‑2 تماس بین چرخها-زمین و حرکت کردن پیرامون محور افقی      18

شکل‏2‑3 چرخهای ثابت و چرخهای مرکزی قابل گردش……….. 20

شکل‏2‑4 چرخهای قابل انحراف غیر هم مرکز…………………… 22

شکل‏2‑5 چرخهای سوئدی…………………………………………………….. 23

شکل‏2‑6 مرکز گردش لحظه ای برای وسیله هایی با 2و3و4 چرخ 26

شکل‏2‑7 ربوت همه سویه – نوع (0و3)………………………….. 29

شکل‏2‑8 ربوت های همه سویه با چرخهای قابل انحراف غیرهم مرکز- نوع (0و3)………………………………………………………………………………. 29

شکل‏2‑9 ربوت نوع (0و2)……………………………………………… 30

شکل‏2‑10 ربوت نوع (1و2)……………………………………………… 31

شکل‏2‑11 ربوت نوع (1و1)……………………………………………… 32

شکل‏2‑12 ربوت نوع (2و1)……………………………………………… 33

شکل‏3‑1 دوموقعیت ربوت در مختصات کارتزین………….. 44

شکل‏3‑2 ربوت سیارچرخ‏دار در دو دوموقعیت واقعی ومجازی      45

شکل‏3‑3 مولفه های سیستم ربوت ……………………………………. 48

شکل‏3‑4 معماری کنترل کننده…………………………………………. 50

شکل‏3‑5 منحنی بزیه مرتبه 3………………………………………….. 53

شکل‏3‑6 مسیر یابی برای عبور از موانع…………………….. 55

شکل‏3‑7 منحنی بزیه به ازای تغییر نقاط کنترلی……….. 56

شکل‏3‑8 نمایش انحنای مسیر قسمتa شکل 3- 7………………… 57

شکل‏3‑9 پروفایل سرعت زاویهای……………………………………… 58

شکل‏3‑10 پروفایل سرعت مماسی……………………………………….. 58

شکل‏3‑11 طول مسیر انحنا……………………………………………… 60

شکل‏3‑12 مقادیر خطا برای یک فیدبک کنترل……………….. 62

شکل‏4‑1 نمونه یک تابع عضویت برای سیستم فازی نوع 1 67

شکل‏4‑2 نمایش 2 بعدی تابع عضویت فازی نوع 2 فاصله ای       70

شکل‏4‑3 نمایش 3 بعدی تابع عضویت فازی نوع 2 فاصله ای       70

شکل‏4‑4 یک مجموعه فازی نوع 2…………………………………….. 72

شکل‏4‑5 ردپای عدم قطعیت مجموعه فازی نوع 2…………….. 73

شکل‏4‑6 یک مجموعه فازی نوع 2 بازهای……………………….. 74

شکل‏4‑7 محاسبه سمت راست و محاسبه سمت چپ…………. 79

شکل‏4‑8 ورودی توابع عضویت برای و ……………………. 79

شکل‏4‑9 مولفه های یک سیستم فازی …………………………….. 83

شکل‏4‑10 نحوه محاسبه خروجی در کنترل کننده سوگنو.. 84

شکل‏4‑11 نحوه محاسبه خروجی قطعی از مقادیر فازی در کنترل کننده سوگنو………………………………………………………………………………. 85

شکل‏4‑12 ایده ناحیه بندی کردن غیرخطی…………………….. 89

شکل‏4‑13 ایده ناحیه بندی کردن غیرخطی محلی…………… 89

شکل ‏4‑14 نمایش توابع عضویت برای ……………………. 94

شکل‏4‑15 مقادیرخطا در ربوت دنبال کننده دیوار……. 104

شکل‏4‑16 مقادیرخطا متغیرهای حالت برای ربوت دنبال کننده مسیر     105

شکل‏4‑17 مکان هندسی ریشه ها در کنترل کننده فازی نوع یک        106

شکل‏4‑18 مکان هندسی تغییرات ریشه های حقیقی در قانونها  106

شکل‏4‑19 مکان هندسی ریشه ها ی موهومی……………………. 107

شکل‏4‑20 مسیر حرکت ربوت (قرمز) و مسیر دلخواه (سبز)         107

شکل‏4‑21 مکان هندسی ریشه ها برای هر قانون……………. 108

شکل‏4‑22 ربوت دنبال کننده مسیر در یک مسیر آزمایشی برای ربوت بازیکن……………………………………………………………………………. 109

شکل‏4‑23 ربوت دنبال کننده دیوار در یک مسیر منحنی 110

شکل‏4‑24 ربوت دنبال کننده دیوار برای مسیر مستقیم وگوشه دار 111

شکل‏4‑25 تغییر زاویه و و نامعینی در زاویه و 113

شکل‏4‑26 تغییر زاویه و و نامعینی در زاویه و 114

شکل‏4‑27 فضای نامعینی برای تغییرات و …………….. 115

شکل‏4‑28 فضای نامعینی برای تغییرات و ………….. 115

شکل‏4‑29 تابع عضویت های نوع 1 در سیستم فازی نوع 2        118

شکل‏4‑30 تابع عضویت فازی نوع 2 …………………………….. 119

شکل‏4‑31 تابع عضویت فازی نوع 2 …………………………….. 120

شکل‏4‑32 کنترل کننده  2 و دنبال کننده مسیر ……. 131

شکل‏4‑33 مقادیرخطا برای ربوت دنبال کننده برای کنترل کننده نوع 2 131

شکل‏4‑34 مقادیرخطا برای کنترل کننده های نوع 2….. 132

شکل‏4‑35 حرکت ربوت در مسیر دوم با کنترل کننده نوع 2    133

شکل‏4‑36 حرکت ربوت در مسیر سوم با کنترل کننده نوع 2      134

شکل‏4‑37 حرکت ربوت در مسیر چهارم با کنترل کننده نوع 2 135

شکل‏4‑38 مکان هندسی ریشه ها در کنترل کننده نوع 2 136

شکل‏4‑39 مکان هندسی قطب حقیقی در کنترل کننده نوع 2         136

فهرست جدول ها

 

عنوان                                           صفحه

 

جدول 2-1 حالت های ممکن و مانورپذیری انواع مختلف ربوت های سیارچرخ دار…………………………………………………………………………………. 28

جدول 2-2 مدل سنماتیک دو موقعیت ربوت سیارچرخ دار 35

جدول 4-1 یک پایگاه قانون فازی نوع 2……………………………………. 80

جدول 4-2 بازه های آتش با خروجی خام برای فازی نوع2 80

 

 

فهرست علایم اختصاری

 

ω سرعت زاویه ای   Angular Velocity
COG مرکز ثقل   Center of gravity
COS مرکز مجموعه ها   Center of Sets
 
قدرت مانور   Degree of maneuverability
  درجه تحرک   Degree of mobility
  درجه هدایت پذیری   Degree of steeribility
FOU ردپای ابهام   Footprint of Uncertainty
ICR مرکز گردش لحظه ای   Instantaneous center of rotation
LMI نامساوی‏های ماتریسی خطی   Linear Matrix Inequalities
LMF تابع عضویت‏های پایینی   Lower Membership Function
PDC جبران‏سازی توزیع شده موازی   Parallel Distributed Compensation
T-S تاکاگی- سوگنو   Takagi-Sugeno
TSK تاکاگی-سوگینو-کانگ   Takagi-Sugeno-Kang
v سرعت مماسی   Tangential Velocity
UMF تابع عضویت‏های بالایی   Upper Membership Function
WMR ربوت سیار چرخ‏دار   Wheeled Mobile Robot
PID تناسبی انتگرالی مشتق گیر    
f چرخ های ثابت معمولی    
c چرخ های قابل انحراف مرکزی معمولی    
oc چرخ های قابل انحراف غیرهم مرکزمعمولی    
sw چرخ های سوئدی    
N تعداد چرخ    
KM کارنیک- مندل   Karnic-Mendel

 

 

 

 

 

فصل اول


 

 

 

پیشگفتاری بر ربوت ها و کنترل

 

 

1-1- مقدمه

 

برخلاف تصور افسانه اي عمومي از ربوتها و ربوتيک[1] به عنوان ماشينهاي متحرک بشر نما که تقريباً قابليت انجام هر کاري را دارند، بيشتر دستگاه‏هاي ربوتيک در مکانهاي ثابتي در کارخانه ها بسته شده اند و در فرايند ساخت با کمک کامپيوتر، اعمال قابل انعطاف، ولي محدودي را انجام مي‏دهند. چنين دستگاهي حداقل شامل يک کامپيوتر براي نظارت بر اعمال و عملکردها و اسباب انجام دهنده اقدام مورد نظر، مي باشد. بعضي از ربوتها، ماشينهاي مکانيکي نسبتاً ساده اي هستند که کارهاي اختصاصي مانند جوشکاري و يا رنگ افشاني را انجام مي‏دهند. ساير سيستم هاي پيچيده‏تر که بطور همزمان چند کار انجام مي دهند، به دستگاههاي حسي، براي جمع آوري اطلاعات مورد نياز براي کنترل کارشان نياز دارند. حسگرهاي يک ربوت ممکن می باشد بازخورد حسي ارائه دهند، طوري‏که بتوانند اجسام را برداشته و بدون آسيب زدن، در جاي مناسب قرار دهند. ربوت ديگري ممکن می باشد داراي نوعي ديد باشد. ساده ترين شکل ربوت‏هاي سيار، براي رساندن نامه در ساختمان هاي اداري يا جمع آوري و رساندن قطعات در ساخت، دنبال کردن مسير يک کابل قرار گرفته در زير خاک يا يک مسير رنگ شده که هرگاه حسگرهايشان در مسير، فردي را پيدا کنند متوقف مي‏شوند. ربوت‏هاي بسيار پيچيده تر در محيط هاي نامعين تر مانند معادن بهره گیری مي‏گردد.

کلمه ربوت توسط کارل کاپک[2]نويسنده نمايشنامه ربوت‌هاي جهاني در سال 1921 ابداع گردید. ريشه اين کلمه، کلمه چکسلواکي (Robotnic)به معني کارگر مي‌باشد. در نمايشنامه وي نمونه ماشين، بعد از بشر بدون دارا بودن نقاط ضعف معمولي او، بيشترين قدرت را داشت و در پايان نمايش اين ماشين براي مبارزه عليه سازندگان خود بهره گیری گردید. امروزه معمولاً کلمه ربوت به معني هر ماشين ساخت بشر که بتواند کار يا عملي که به‌گونه طبيعي توسط بشر انجام مي‌گردد را انجام دهد اطلاق مي‌گردد. بيشتر ربوتها امروزه در کارخانه‌ها براي ساخت محصولاتي مانند اتومبيل؛ الکترونيک و همچنين براي اکتشافات زيرآب يا در سيارات ديگر مورد بهره گیری قرار مي‌گيرد.

سه مولفه اصلي که تقریبا در همه ربوت ها مشترک هستند را می توان به شکل زیر بیان نمود:

  • الکترونيک
  • مکانيک
  • کنترل (قوه تفکر و تصميم گيري ربوت).

ما در این پایان نامه بر روی قسمت سوم تمرکز خواهیم نمود، هرچند در مراحل مختلف ناچار هستیم گریزی به دو مبحث دیگر بزنیم. در فصل آتی به ذکر محدودیت ها و پارامترهای ربوت برای انتخاب مدل مناسب خواهیم پرداخت.

 

[1]علم و فن آوری ماشينهای قابل برنامه ريزی

[2]Karel Capek

***ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود می باشد***

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

زیرا فقط تکه هایی از متن پایان نامه در این صفحه درج شده (به گونه نمونه)

اما در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

 با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند

موجود می باشد

تعداد صفحه :183