Skip to main content
SUPERVISOR
Mohammad Danesh,Mehdi Keshmiri
محمد دانش (استاد مشاور) مهدی کشمیری (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammad Jafarinasab
محمد جعفری نسب

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1387

TITLE

Sliding and Adaptive Sliding Mode Controller Design for a Parallel Manipulator of Motion Simulators with Rotary Actuators
This thesis, in the analytical part, deals with kinematic and dynamic analysis of a 6-DOF parallel manipulator of motion simulators with rotary actuators as well as control synthesis of moving platform via robust Sliding Mode Control (SMC) method. In the experimental and practical part, implementation of the SMC and PID controllers on a prototype of this kind has been carried out . The manipulator is basically made up of a fixed base platform, a moving platform, six rotary links connected to the base platform and actuated by the electrical motors and finally six arms which are connected to the rotary links and moving platform through universal and spherical joints, respectively. Kinematic constraint equations are extracted in both, algebraic and differential forms. As a result, the forward and inverse kinematics of the robot are solved. The full nonlinear dynamic equations of the manipulator are derived using Lagrange’s method for constrained systems. After that, using orthogonal complement of the constraint Jacobian matrix and eliminating the Lagrange multipliers, dynamic equations are reduced to a set of six independent differential equations. As an assumption, flexibility and looseness of the joints as well as joint frictions are ignored in the modeling. Due to the nonlinearities, disturbances and uncertainties presenting in the system, it is aimed to design some kind of controllers which have robustness properties and can deal with these issues. Sliding Mode control method, as a justify; Based on the simulation results, to improve the controller performance and decrease the tracking error of the system an Adaptive Sliding Mode Controller (ASMC) is designed and its performance is compared with SMC and CTM. In order to implement the SMC on the prototype, it is designed in joint space. Finally the position of the robot is controlled via PID and sliding mode methods. Keywords: Parallel robot, Motion simulator, Rotary actuator, Robust control, Adaptive control, Sliding mode, Adaptive sliding
در این پژوهش تحلیل سینماتیک و دینامیک ربات موازی شبیه‌سازهای حرکتی با محرک‌های دورانی، کنترل موقعیت پارامترهای فضای کار این ربات با بکارگیری روش کنترل مقاوم مودهای لغزشی، راه‌اندازی نمونه آزمایشگاهی ربات و پیاده‌سازی کنترل‌کننده‌های PID و مود لغزشی بر روی ربات مدنظر قرار گرفته‌است. ربات مورد بررسی از سکوی ثابت، صفحه متحرک، شش بازوی دورانی (مجهز به سیستم محرک) متصل به سکوی ثابت و شش بازوی میانی تشکیل شده که توسط اتصالات گوی ‌و‌کاسه و یونیورسال به صفحه متحرک و بازوهای دورانی متصل می‌شوند. روابط سینماتیکی ربات با لحاظ‌کردن قیود حرکتی مفاصل، بصورت جبری و دیفرانسیلی استخراج شده و حل سینماتیک مستقیم و معکوس ربات صورت پذیرفته است. معادلات دینامیکی کامل غیر خطی ربات با استفاده از روش لاگرانژ برای سیستم‌های مقید، بدست آمده است. سپس با حذف ضرایب لاگرانژ به کمک ماتریس مکمل متعامد ماتریس ژاکوبین قید، فرم کاهش یافته معادلات جهت طراحی کنترل‌کننده استخراج شده‌است. در مدل‌سازی سینماتیکی و دینامیکی ربات از لقی و انعطاف‌پذیری مفاصل همچنین اصطکاک در مفاصل صرف‌نظر شده‌است. به دلیل این‌که ربات مورد مطالعه همانند اغلب ربات‌ها در معرض اغتشاشات و نامعینی‌ها قرار دارد، کنترل‌کننده های ‌مقاومی برای آن‌ طراحی شده است. برای این منظور روش کنترلی مود‌های لغزشی به عنوان روشی مقاوم در برابر نامعینی‌ها و اغتشاشات برای کنترل موقعیت ربات در فضای کار بکار گرفته شده‌است. بررسی پایداری این روش کنترلی با استفاده از روش لیاپانوف، منجر به تشکیل نامعادلاتی می‌شود که شرایط پایداری سیستم هستند و با استفاده از آن‌ها ضرایب مقاوم‌سازی کنترل‌کننده طراحی می‌گردد؛ با توجه به این نکته که معادلات دینامیکی مستقل ربات بصورت تحلیلی یا فرم بسته قابل استخراج نبوده‌است برای نزدیک شدن به اثبات پایداری کنترل‌کننده‌ی طراحی شده، نامعادلات مذکور، با روندی منطقی، به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته‌است. به منظور ارزیابی عمل‌کرد کنترل‌کننده طراحی شده ، اغتشاشات خارجی به صورت نیروهایی وارد بر صفحه‌ی متحرک مدل شده‌است؛ همچنین جرم و پارامترهای اینرسی صفحه‌ی متحرک به عنوان نامعینی ساختاری سیستم و مکان مرکز جرم صفحه‌ی متحرک در راستای قائم به عنوان نامعینی غیر ساختاری در مدل‌سازی لحاظ شده‌اند. سپس عمل‌کرد کنترل کننده در قالب شبیه‌سازی‌های مختلف مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌است. سپس به منظور بهبود عمل‌کرد کنترل‌کننده و کاهش خطای ردیابی سیستم با ترکیب روش کنترل تطبیقی و مودهای لغزشی به طراحی کنترل کننده‌ی قدرتمند مود لغزشی- تطبیقی پرداخته شده است. هچنین عمل‌کرد کنترل‌کننده‌های گشتاور محاسبه شده، مودهای لغزشی و مود لغزشی- تطبیقی در شرایط مختلف برای سیستم مقایسه شده‌است. به منظور پیاده‌سازی کنترل‌کننده بر روی ربات، طراحی کنترل‌کننده‌ی مودهای لغزشی در فضای مفاصل نیز صورت پذیرفته و نهایتا به راه‌اندازی و پیاده‌سازی کنترل‌کننده‌های ‌PID و مودهای لغزشی پرداخته شده‌است. کلمات کلیدی: ربات موازی شش درجه آزادی، شبیه‌ساز حرکت، محرک‌های دورانی، روش لاگرانژ، کنترل مقاوم، کنترل تطبیقی، کنترل‌کننده مود لغزشی و مود لغزشی- تطبیقی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی