Skip to main content
SUPERVISOR
Mostafa Ghayour,Mohammad Danesh
مصطفی غیور (استاد راهنما) محمد دانش (استاد راهنما)
 
STUDENT
Moein Movahhed
معین موحد

FACULTY - DEPARTMENT

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

TITLE

Adaptive Fuzzy Control of Robot Manipulators for Rejecting External Force Disturbance with Unknown Environment Model
The nonlinearity and universal approximation property of fuzzy scheme have made it ideal tool to handle these situations. However, the knowledge about the system’s property plays a very important role in fuzzy scheme and in many cases this knowledge is so poor or even doesn’t exist. Combining fuzzy control with other effective theories like robust and adaptive schemes could make it independent of the control designer’s knowledge.In this dissertation, two novel schemes are developed by combination of adaptive method (section4) and robust adaptive method (section5) with fuzzy algorithm for tracking problems to guarantee uniform stability of the whole system. Adaptive fuzzy control (AFC) approach is developed in the presence of parametric uncertainties and unknown external disturbances. In robust adaptive fuzzy (RAFC) approach the effect of unmodelled dynamics also added. It is assumed that every external disturbance is the direct effect of environmental properties. In fact, it is resulted by the reaction between environment and manipulator motion. These disturbances can be modeled as nonlinear functions of robot links positions and velocities. The fuzzy part with a set of tunable parameters is used to approximate and reject the effects of external disturbances. Two adaption laws are introduced to estimate unknown parameters and determine an upper bound of unmodelled dynamics . A Lyapunov-based proof is presented to guarantee uniform stability of the proposed RAFC system. The simulation results show the excellent control performance of the proposed approach to tracking the desired trajectory and its capability to reject the effect of unknown force/torque disturbances and unmodelled dynamics. The robustness of the system has been ensured by removing the effect of unmodelled dynamics and estimation error of the ideal fuzzy parameters with finding an upper bound of them. The proposed AFC and RAFC controls have used fuzzy scheme, based on nonlinearity properties to model the external disturbances. The dynamic fuzzy parameters have made fuzzy estimator powerful to reject the effect of unknown environmental forces or torques. To avoid chattering problems the control laws have been modified without losing any stability conditions. It has been also proved that the tracking errors are converge to zero as time goes to infinity, estimations are always staying bounded, and uniform stability is independence of initial values. One of the greet advantage of the proposed algorithms is that the control designer has no problem to construct the fuzzy rule base because the rules are self-constructive. Finally as shown in simulations, the novel AFC and RAFC are robust to parameter variations, unmodelled dynamics, and external disturbances. Keywords: Adaptive fuzzy control, Robust control, Trajectory tracking, Robot manipulator, disturbance rejection.
امروزه ربات ها به دلیل مزایای فراوانی که دارند در گستره وسیعی از انواع فرآیندهای تولید صنعتی، نظامی، اکتشاف در مناطقی با شرایط کاری سخت مانند اعماق اقیانوس‌ها و غیره کاربرد دارند. به دلیل نیاز فراوان به دقت و کارایی بیشتر کنترل کننده‌ها در تعقیب مسیر مطلوب توسط بازوی ربات، طراحی یک الگوریتم کنترلی کارآمد همواره از دغدغه‌های طراحان کنترل بوده‌است. ارائه الگوریتمی که در حضور انواع نامعینی‌های ساختاری و غیر ساختاری از جمله انواع اغتشاشات نامعلوم محیطی بتواند پایداری خود را حفظ نموده و همواره با دقت مطلوب مسیر ایده‌آل را تعقیب نماید از مشکلات چالش برانگیز در این مسیر است. در دهه‌های اخیر منطق کنترل فازی به دلیل خواص مهمی چون تخمین عمومی، نگاشت از فضای غیرخطی به خطی و عدم نیاز به مدل دقیق از سیستم مورد توجه فراوان محققین در زمینه‌های تحقیقاتی و کاربردهای صنعتی بوده‌است. هدف از این پایان نامه ارائه روشی مبتنی بر کنترل وفقی فازی برای کنترل مسیر ربات جهت دفع اختلالات نیروی خارجی ناشناخته بر آن می‌باشد به نحوی که هم خواص مهمی نظیر پایداری برای آنها قابل اثبات باشد و هم بتوان آنها را برای دسته وسیعی از ریات های زنجیره ای صلب که در شرایط کاری مختلف و با مدل‌های محیطی نامعین کار می‌کنند، به کار برد. فیدبک موقعیت و سرعت مفاصل، و پیش تغذیه نیرو در کنترل سیستم و دفع اختلالات نیرو مورد استفاده قرار گرفته‌اند. سیگنالهای موقعیت و سرعت با استفاده از سنسورهای مربوطه، و سیگنال نیرو به دلیل پر هزینه بودن و مشکلات فنی به کارگیری سنسور نیرو، با استفاده از تخمین زن وفقی فازی نیرو استخراج شده‌اند. جهت تخمین نامعینی‌های ساختاری ربات و همینطور مراکز توابع عضویت خروجی تخمین زن فازی نیرو قوانین تطبیقی به دست می آیند و در نهایت به منظور مقاوم نمودن کنترل پیشنهادی در مقابل نامعینی‌های غیرساختاری مانند اصطکاک مدل نشده یا نویزهای قابل اندازه گیری، یک الگوریتم کنترل وفقی فازی مقاوم پیشنهاد شده و پایداری یکنواخت آن در قالب یک قضیه اثبات شده‌است و کراندار بودن نهایتًا یکنواخت (UUB) خطای تعقیب با قوانین کنترلی پیشنهادی تضمین گردیده‌اند. در انتها پس از ارائه هر یک از طرحهای پیشنهادی، صحت نتایج حاصله و عملکرد و کارآمد بودن هر یک از روشهای ارائه شده با استفاده از نتایج شبیه سازی‌های انجام شده بر روی یک بازوی ربات نمونه نشان داده شده‌اند. کلمات کلیدی: کنترل وفقی فازی، کنترل مقاوم، تعقیب مسیر، بازوهای رباتی، پایداری لیاپانوف، حذف اختلال نیرویی.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی