Get a site

پایان نامه ارشد برق :کنترل کننده فازی برای ربوت دنبال کننده دیوار تحلیل پایداری

پایان نامه ارشد برق :کنترل کننده فازی برای ربوت دنبال کننده دیوار تحلیل پایداری

پایان نامه رشته مهندسی برق گرایش برق

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 ۱ و نوع ۲- برای کنترل سینماتیک یک ربوت -دنبال کننده دیوار یا مسیر و حتی بازیکن-می باشد. در بحث مسیریابی از منحنی‏های بزیه استفاده شده است تا بتوان هر مسیری را به راحتی شبیه سازی کرد. در راستای طراحی کنترل کننده برای شبیه سازی مدل از قابلیت تقریب و مدلسازی فازی تاکاگی- سوگنو (T-S) استفاده شده و کنترل کننده‏هایی به فرم جبران‏سازی توزیع شده موازی (PDC) برای آن طراحی شده است. قوانین در کنترل کننده ها متناظر با قوانین استفاده شده برای مدل‏سازی هستند. در نهایت هم برای نوع ۱ و هم برای نوع ۲ کنترل کننده بایستی منتج به پایداری سیستم حلقه بسته گردد. با بهره گرفتن از مفهوم نظریه لیاپانوف مجموعه ای از نامساوی‏های ماتریسی خطی (LMI) برای تحلیل پایداری در نظر گرفته شده است و با بهره گرفتن از نرم افزار MATLAB این نامساوی‏ها حل شده اند.
واژگان کلیدی: کنترل کننده فازی نوع ۱، کنترل کننده فازی نوع ۲، 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. ۲
۱-۱- مقدمه ۲
۱-۲- حرکت در ربوت ۳
۱-۳- ربوت های چرخ‏دار. ۴
۱-۴- انواع ربوت های متحرک ۵
۱-۵- کنترل ربوت. ۶
فصل دوم
خصوصیات ساختاری مدل و سینماتیک ربوت سیار چرخ‏دار ۱۴
۲-۱- مقدمه. ۱۵
۲-۲- سینماتیک های ربوت های متحرک چرخ دار ۱۷
۲-۲-۱- موقعیت ربوت ۱۷
۲-۲-۲- تعریف چرخ ها. ۱۹
۲-۲-۲-۱- چرخ های معمولی. ۲۰
۲-۲-۲-۲-چرخ های سوئدی. ۲۲
۲-۲-۳- محدودیت های حرکت ربوت ۲۳
۲-۳- سینماتیک و موقعیت ۳۴
۲-۳-۱- مدل عمومی ربوت های متحرک چرخ دار   35
2-4- تحرک پذیری: قابلیت هدایت و قدرت مانور ۳۶
۲-۵- پیکر بندی موتورها ۳۷
فصل سوم
بیان مسئله و مسیر‏یابی ۴۱
۳-۱- مقدمه. ۴۱
۳-۲- تحلیل موقعیت. ۴۲
۳-۳- مدل ربوت سیار چرخ‏دار. ۴۳
۳-۳-۱- خطایابی در مدل سینماتیک ۴۵
۳-۳-۲- خطای ردیابی مسیر. ۴۶
۳-۴- توسعه ی معادلات. ۴۹
۳-۵- مدل سازی مسیر ۵۱
۳-۵-۱- اهداف مسیر. ۵۱
۳-۵-۲-ایجاد منحنی. ۵۲
۳-۵-۳- منحنی بزیه. ۵۲
۳-۵-۴- محدودیت های شتاب گیری ۵۶
۳-۵-۵- بررسی جزییات مسیر نمونه ۵۷
فصل چهارم
کنترل کننده های فازی نوع ۱ و نوع ۲ و تحلیل پایداری ۶۴
۴-۱- مقدمه. ۶۴
۴-۲- مجموعه های کلاسیک و فازی. ۶۴
۴-۳- مفاهیم اولیه و تعاریف مقدماتی از فازی نوع ۱    66
4-3-1- چند تعریف-برش‌ها، تحدب و اعداد فازی- در منطق فازی. ۶۷
۴-۴- مقدماتی بر مجموعه های فازی نوع ۲. ۶۸
۴-۵- سیستم منطق فازی نوع۲ فاصله ای. ۷۱
۴-۵-۱- مثالی از یک سیستم فازی نوع ۲ فاصله ای  79
4-6- مقدمه ای بر کنترل کننده های فازی. ۸۱
۴-۶-۱- انواع کنترل کننده های فازی. ۸۱
۴-۶-۲- کنترل کننده فازی ممدانی ۸۲
۴-۶-۳- کنترل کننده فازی سوگنو. ۸۳
۴-۶-۴- کنترل کننده فازی تاکاگی – سوگنو ۸۵
۴-۷- طراحی کنترل کننده تاکاگی-سوگینو بر پایه مجموعه های فازی نوع ۱. ۸۵
۴-۷-۱- مدل تاکاگی-سوگنو. ۸۶
۴-۷-۱-۱- ناحیه بندی کردن غیرخطی ۸۷
۴-۷-۱-۲- تقریب محلی. ۸۸
۴-۷-۲- ناحیه بندی غیر خطی . ۹۰
۴-۷-۳- ناحیه بندی غیر خطی . ۹۱
۴-۷-۴- ناحیه بندی غیر خطی . ۹۱
۴-۷-۵- ناحیه بندی غیر خطی . ۹۲
۴-۷-۶- قواعد اگر- آنگاه ربوت ۹۲
۴-۸- جبران سازی موازی توزیع یافته سیستم فازی نوع ۱  96
4-9- پایداری کنترل کننده تاکاگی – سوگنو. ۹۷
۴-۹-۱- طراحی کنترل کننده پایدار از طریق رویه تکراری. ۹۸
۴-۹-۲- رویه طراحی برپایه LMI 99
4-9-3- طراحی کنترل کننده پایدار با نامساوی های ماتریس خطی. ۱۰۰
۴-۱۰- طراحی فیدبک حالت جبرانساز موازی توزیع یافته براساس مجموعه های فازی نوع ۲. ۱۱۱
۴-۱۰-۱- ناحیه بندی غیر خطی . ۱۱۶
۴-۱۰-۲- ناحیه بندی غیر خطی . ۱۱۶
۴-۱۰-۳- ناحیه بندی غیر خطی . ۱۱۶
۴-۱۰-۴- ناحیه بندی غیر خطی . ۱۱۶
۴-۱۰-۵- قواعد اگر- آنگاه ربوت ۱۲۰
۴-۱۱- جبران سازی موازی توزیع یافته سیستم فازی نوع ۲ تاکاگی – سوگنو ۱۲۴
۴-۱۲- پایداری کنترل کننده تاکاگی – سوگنو ۱۲۶
۴-۱۳- طراحی کنترل کننده فازی ۱۲۷
فصل پنجم
محدودیت ها و پیشنهادات ۱۳۷
فهرست منابع ۱۳۸

فهرست شکل ها
عنوان                                           صفحه
شکل‏۲‑۱ دوموقعیت   ربوت   در صفحه مختصات و حرکت چرخ برروی سطح   18
شکل‏۲‑۲ تماس بین چرخها-زمین و حرکت کردن پیرامون محور افقی      18
شکل‏۲‑۳ چرخهای ثابت و چرخهای مرکزی قابل گردش. ۲۰
شکل‏۲‑۴ چرخهای قابل انحراف غیر هم مرکز ۲۲
شکل‏۲‑۵ چرخهای سوئدی ۲۳
شکل‏۲‑۶ مرکز گردش لحظه ای برای وسیله هایی با ۲و۳و۴ چرخ ۲۶
شکل‏۲‑۷ ربوت همه سویه – نوع (۰و۳) ۲۹
شکل‏۲‑۸ ربوت های همه سویه با چرخهای قابل انحراف غیرهم مرکز- نوع (۰و۳). ۲۹
شکل‏۲‑۹ ربوت نوع (۰و۲) ۳۰
شکل‏۲‑۱۰ ربوت نوع (۱و۲) ۳۱
شکل‏۲‑۱۱ ربوت نوع (۱و۱) ۳۲
شکل‏۲‑۱۲ ربوت نوع (۲و۱) ۳۳
شکل‏۳‑۱ دوموقعیت ربوت در مختصات کارتزین ۴۴
شکل‏۳‑۲ ربوت سیارچرخ‏دار در دو دوموقعیت واقعی ومجازی      45
شکل‏۳‑۳ مولفه های سیستم ربوت . ۴۸
شکل‏۳‑۴ معماری کنترل کننده. ۵۰
شکل‏۳‑۵ منحنی بزیه مرتبه ۳ ۵۳
شکل‏۳‑۶ مسیر یابی برای عبور از موانع ۵۵
شکل‏۳‑۷ منحنی بزیه به ازای تغییر نقاط کنترلی. ۵۶
شکل‏۳‑۸ نمایش انحنای مسیر قسمتa شکل ۳- ۷. ۵۷
شکل‏۳‑۹ پروفایل سرعت زاویهای. ۵۸
شکل‏۳‑۱۰ پروفایل سرعت مماسی. ۵۸
شکل‏۳‑۱۱ طول مسیر انحنا ۶۰
شکل‏۳‑۱۲ مقادیر خطا برای یک فیدبک کنترل ۶۲
شکل‏۴‑۱ نمونه یک تابع عضویت برای سیستم فازی نوع ۱ ۶۷
شکل‏۴‑۲ نمایش ۲ بعدی تابع عضویت فازی نوع ۲ فاصله ای       70
شکل‏۴‑۳ نمایش ۳ بعدی تابع عضویت فازی نوع ۲ فاصله ای       70
شکل‏۴‑۴ یک مجموعه فازی نوع ۲ ۷۲
شکل‏۴‑۵ ردپای عدم قطعیت مجموعه فازی نوع ۲. ۷۳
شکل‏۴‑۶ یک مجموعه فازی نوع ۲ بازهای. ۷۴
شکل‏۴‑۷ محاسبه سمت راست و محاسبه سمت چپ. ۷۹
شکل‏۴‑۸ ورودی توابع عضویت برای و . ۷۹
شکل‏۴‑۹ مولفه های یک سیستم فازی . ۸۳
شکل‏۴‑۱۰ نحوه محاسبه خروجی در کنترل کننده سوگنو ۸۴
شکل‏۴‑۱۱ نحوه محاسبه خروجی قطعی از مقادیر فازی در کنترل کننده سوگنو. ۸۵
شکل‏۴‑۱۲ ایده ناحیه بندی کردن غیرخطی ۸۹
شکل‏۴‑۱۳ ایده ناحیه بندی کردن غیرخطی محلی. ۸۹
شکل ‏۴‑۱۴ نمایش توابع عضویت برای . ۹۴
شکل‏۴‑۱۵ مقادیرخطا در ربوت دنبال کننده دیوار. ۱۰۴
شکل‏۴‑۱۶ مقادیرخطا متغیرهای حالت برای ربوت دنبال کننده مسیر     105
شکل‏۴‑۱۷ مکان هندسی ریشه ها در کنترل کننده فازی نوع یک        106
شکل‏۴‑۱۸ مکان هندسی تغییرات ریشه های حقیقی در قانونها  106
شکل‏۴‑۱۹ مکان هندسی ریشه ها ی موهومی. ۱۰۷
شکل‏۴‑۲۰ مسیر حرکت ربوت (قرمز) و مسیر دلخواه (سبز)         107
شکل‏۴‑۲۱ مکان هندسی ریشه ها برای هر قانون ۱۰۸
شکل‏۴‑۲۲ ربوت دنبال کننده مسیر در یک مسیر آزمایشی برای ربوت بازیکن ۱۰۹
شکل‏۴‑۲۳ ربوت دنبال کننده دیوار در یک مسیر منحنی ۱۱۰
شکل‏۴‑۲۴ ربوت دنبال کننده دیوار برای مسیر مستقیم وگوشه دار ۱۱۱
شکل‏۴‑۲۵ تغییر زاویه و و نامعینی در زاویه و ۱۱۳
شکل‏۴‑۲۶ تغییر زاویه و و نامعینی در زاویه و ۱۱۴
شکل‏۴‑۲۷ فضای نامعینی برای تغییرات و . ۱۱۵
شکل‏۴‑۲۸ فضای نامعینی برای تغییرات و ۱۱۵
شکل‏۴‑۲۹ تابع عضویت های نوع ۱ در سیستم فازی نوع ۲        118
شکل‏۴‑۳۰ تابع عضویت فازی نوع ۲ . ۱۱۹
شکل‏۴‑۳۱ تابع عضویت فازی نوع ۲ . ۱۲۰
شکل‏۴‑۳۲ کنترل کننده  2 و دنبال کننده مسیر . ۱۳۱
شکل‏۴‑۳۳ مقادیرخطا برای ربوت دنبال کننده برای کنترل کننده نوع ۲ ۱۳۱
شکل‏۴‑۳۴ مقادیرخطا برای کنترل کننده های نوع ۲. ۱۳۲
شکل‏۴‑۳۵ حرکت ربوت در مسیر دوم با کنترل کننده نوع ۲    133
شکل‏۴‑۳۶ حرکت ربوت در مسیر سوم با کنترل کننده نوع ۲      134
شکل‏۴‑۳۷ حرکت ربوت در مسیر چهارم با کنترل کننده نوع ۲ ۱۳۵
شکل‏۴‑۳۸ مکان هندسی ریشه ها در کنترل کننده نوع ۲ ۱۳۶
شکل‏۴‑۳۹ مکان هندسی قطب حقیقی در کنترل کننده نوع ۲         136
فهرست جدول ها
عنوان                                           صفحه
جدول ۲-۱ حالت های ممکن و مانورپذیری انواع مختلف ربوت های سیارچرخ دار ۲۸
جدول ۲-۲ مدل سنماتیک دو موقعیت ربوت سیارچرخ دار ۳۵
جدول ۴-۱ یک پایگاه قانون فازی نوع ۲. ۸۰
جدول ۴-۲ بازه های آتش با خروجی خام برای فازی نوع۲ ۸۰
 
 
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

 

۱-۱- مقدمه

برخلاف تصور افسانه ای عمومی از ربوتها و ربوتیک[۱] به عنوان ماشینهای متحرک انسان نما که تقریباً قابلیت انجام هر کاری را دارند، بیشتر دستگاه‏های ربوتیک در مکانهای ثابتی در کارخانه ها بسته شده اند و در فرایند ساخت با کمک کامپیوتر، اعمال قابل انعطاف، ولی محدودی را انجام می‏دهند. چنین دستگاهی حداقل شامل یک کامپیوتر برای نظارت بر اعمال و عملکردها و اسباب انجام دهنده عمل مورد نظر، می باشد. بعضی از ربوتها، ماشینهای مکانیکی نسبتاً ساده ای هستند که کارهای اختصاصی مانند جوشکاری و یا رنگ افشانی را انجام می‏دهند. سایر سیستم های پیچیده‏تر که بطور همزمان چند کار انجام می دهند، به دستگاه های حسی، برای جمع آوری اطلاعات مورد نیاز برای کنترل کارشان نیاز دارند. حسگرهای یک ربوت ممکن است بازخورد حسی ارائه دهند، طوری‏که بتوانند اجسام را برداشته و بدون آسیب زدن، در جای مناسب قرار دهند. ربوت دیگری ممکن است دارای نوعی دید باشد. ساده ترین شکل ربوت‏های سیار، برای رساندن نامه در ساختمان های اداری یا جمع آوری و رساندن قطعات در ساخت، دنبال کردن مسیر یک کابل قرار گرفته در زیر خاک یا یک مسیر رنگ شده که هرگاه حسگرهایشان در مسیر، فردی را پیدا کنند متوقف می‏شوند. ربوت‏های بسیار پیچیده تر در محیط های نامعین تر مانند معادن استفاده می‏شود.
کلمه ربوت توسط کارل کاپک[۲]نویسنده نمایشنامه ربوت‌های جهانی در سال ۱۹۲۱ ابداع شد. ریشه این کلمه، کلمه چکسلواکی (Robotnic)به معنی کارگر می‌باشد. در نمایشنامه وی نمونه ماشین، بعد از انسان بدون دارا بودن نقاط ضعف معمولی او، بیشترین قدرت را داشت و در پایان نمایش این ماشین برای مبارزه علیه سازندگان خود استفاده شد. امروزه معمولاً کلمه ربوت به معنی هر ماشین ساخت بشر که بتواند کار یا عملی که به‌طور طبیعی توسط انسان انجام می‌شود را انجام دهد اطلاق می‌شود. بیشتر ربوتها امروزه در کارخانه‌ها برای ساخت محصولاتی مانند اتومبیل؛ الکترونیک و همچنین برای اکتشافات زیرآب یا در سیارات دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سه مولفه اصلی که تقریبا در همه ربوت ها مشترک هستند را می توان به شکل زیر بیان کرد:

  • الکترونیک
  • مکانیک
  • کنترل (قوه تفکر و تصمیم گیری ربوت).

ما در این پایان نامه بر روی قسمت سوم تمرکز خواهیم کرد، 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 ماشینهای قابل برنامه ریزی
[۲]Karel Capek
ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل و با فرمت ورد موجود است

متن کامل را می توانید دانلود نمائید

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

ولی در فایل دانلودی متن کامل پایان نامه

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

موجود است

تعداد صفحه :۱۸۳

قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

—-

پشتیبانی سایت :       *        [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

—  — —