Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Keshmiri,Mojtaba Mahzoun,HamidReza ZohouriZangeneh
مهدی کشمیری (استاد راهنما) مجتبی محزون (استاد راهنما) حمیدرضا ظهوری زنگنه (استاد مشاور)
 
STUDENT
Hossein Karimpour
حسین کریم پور

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1381

TITLE

Dynamics and Control of Dynamics and Control of Nonholonomic Internally Actuated Systems by Geometric Control Approach with Implementation on a Spherical Rolling Robot Prototype
Several concepts and results in geometric mechanics are used to analyze and control the locomotion system of an unconventional robot encapsulated in a sphere shell, assumed to roll without slipping on the floor and internally equipped with a set of inertia gyros as indirect driving devices. Lie group symmetries intrinsic to this problem, i.e. invariance of the system’s Lagrangian and velocity distribution to some group of motions, allows the reduction of the equations of motion. This system whose motion ability is based on angular momentum conservation is established as a controllable nonholonomic system for which the attitude/position cannot be stabilized by smooth feedback laws. Pursuing the reduction process permits to design a feedback law extensible to both kinematic and dynamic levels of actuation, enabling the robot to execute finite-time reorientation and repositioning maneuvers while confined to move in corridor-like domains. As an extra application, this system is also intended to provide an attitude control testbed that, in certain senses, emulates the dynamics of on-orbit conditions, allowing a near-to-reality evaluation of path planning and feedback control algorithms for satellites. A concurrent solution to the attitude tracking control problem is proposed that, due to parameters uncertainties, is likely to require effective adaptive aptitudes. Key Words: Geometric Mechanics, Dynamics Analogy, Adaptive Attitude Control, Nonholonomic Control, Reduction by Symmetry, Autonomous Locomotion .
شاخه مکانیک هندسی مشتمل بر بررسی دینامیک سیستم های لاگرانژی و هامیلتونی با دیدگاهی مبتنی بر هندسه و تقارن است. با تکیه بر این دیدگاه، روش کاهش دسته وسیعی از سیستم های مکانیکی با قید غیر انتگرال پذیر در فضای حاصل ضربی گروه های لی توسعه داده می شود. بستر انجام عمل کاهش مرتبه معادلات از روی اصل لاگرانژ-دالامبر صورت می گیرد و به معادلات اویلر-پوآنکاره روی فضای کاهش یافته می انجامد. این نظریه بر روی اجسام در حال غلتش بدون لغزش بکار گرفته می شود. مفاهیم متعددی از حوزه مکانیک هندسی برای تحلیل و کنترل یک سیستم متحرک غیر متداول که مشتمل است بر یک ربات محاط شده درون یک پوسته کروی بکار گرفته می شود. نمونه فوق بر روی سطح زمین توسط یک سیستم محرکه داخلی شامل روتورهای اینرسی به حرکت غلتشی وادشته می شود. تقارن های گروه لی برگرفته از طبیعت این سیستم، همچون ناوردائی لاگرانژین سیستم و توزیع سرعت نسبت به عمل گروه، کاهش مرتبه معادلات را امکان پذیر می کند. سیستم مذکور با بهره برداری از قابلیت تبادل تکانه زاویه ای و انرژی بین اجزای آن محرک می شود و از قید حرکتی موجود کنترل پذیری خود را می گیرد که امکان جابجائی به هر موقعیت و موضع دورانی مشخص را فراهم میآورد. ناوردائی دینامیک سیستم نسبت به عمل گروه لی دوران/انتقال بر چارچوب جسم این امکان را می دهد که در فضائی کاهش یافته به بررسی کنترل پذیری سیستم پرداخته شود. همچنین با حفظ ساختار هندسی مسأله، تحلیل بدون اتکای به دستگاه مختصات خاصی صورت می گیرد که با مشخص بودن منشأ فیزیکی هر جمله در معادلات، طراحی کنترل کننده ی را سهولت می بخشد. مشاهده می شود که نمونه ارائه شده می تواند به واسطه شباهت ساختار دینامیکی آن با نمونه معلق در فضا، به عنوان بستر آزمایشگاهی جهت آزمایش مانورهای ماهواره hy;ای مورد استفاده قرار گیرد. بدین ترتیب، کنترل کننده ای از نوع تطبیقی طراحی می شود تا کارآئی دو منظوره فضائی- زمینی سیستم در حضور عدم تعین در پارامترهای اینرسی ناشی از مصرف سوخت و یا باز و بسته شدن بازوهای نصب شده مورد محک قرار گیرد. در راستای اهمیت موضوع پایداری چرخشی ماهواره ها، تحلیلی مشابه برای بررسی پایداری سیستم های غلتشی انجام می گیرد. با تعبیه یک ژ ایرو داخلی، قانونی جهت پایدارسازی دوران بر اساس کمینه ساختن تابع پتانسیل مقید به ثابت های حرکت سیستم تدوین می گردد. برای دستیابی به مانورپذیری از میان موانع و عبور از راهروهای تنگاتنگ به طرح ریزی و کنترل حرکت با نگاشت موانع به کمک یک تابع پتانسیل پرداخته می شود. شبیه سازی های انجام گرفته نشان می دهد که در سناریوهای مختلف گذر سیستم به نواحی با زبری سطح متفاوت رفتارهای غیر منتظره ای ممکن است بروز کند. کلمات کلیدی: مکانیک هندسی، سیستم غیر هولونومیک، کاهش ناشی از تقارن، همانندی دینامیکی، کنترل تطبیقی سمت، سیستم با نیروی محرکه داخلی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی