کنترل ولتاژ کاهش یافته بازوی ربات با مفاصل منعطف الکتریکی مبتنی بر روش پیش بین مدل

در این مقاله رویکردی جدید برای کنترل بازوی ربات با مفاصل انعطاف پذیر بر پایه کنترل کننده پیش بین و راهبرد کنترل ولتاژ در حضور اغتشاشات خارجی ارائه شده است. در این رویکرد از یک بازوی مفصل منعطف دو درجه آزادی جهت مدلسازی، طراحی، تحلیل و شبیه سازی استفاده می شود. طراحی کنترل کننده یک بار با فیدبک از تمامی حالات سیستم (کنترل کننده اصلی) و بار دیگر تنها با فیدبک موقعیت موتور (کنترل کننده کاهش یافته) انجام می شود که در این صورت برخی از تجهیزات سخت افزاری حذف خواهد شد. کنترل کننده طراحی شده دارای مزیت های روش کنترل پیش بین و راهبرد کنترل ولتاژ بطور همزمان خواهد بود. لذا قانون کنترل علاوه بر سادگی دارای ساختار مفصل مستقل است. همچنین این رویکرد محدودیت های راهبرد کنترل گشتاور از قبیل: حجم محاسبات بالا، در نظر نگرفتن دینامیک الکتریکی محرکه ها و مشکلات پیاده سازی را برطرف می سازد. ویژگی های برجسته رویکرد پیشنهادی عبارتنداز: بهینه سازی برخط سیگنال کنترل ولتاژ، طراحی کنترل کننده پیش بین مبتنی بر راهبرد ولتاژ و کاهش مرتبه کنترل کننده . دیگر مزیت های این رویکرد عبارتند از: سادگی در طراحی و اثبات پایداری، انعطاف پذیری در تنظیم زمان نمونه برداری و افق کنترل پیش بین، لحاظ شدن محدودیت های ورودی و خروجی سیستم در قانون کنترل ولتاژ، دفع اغتشاش خوب و بهبود عملکرد سیستم حلقه بسته. به منظور بررسی عملکرد رویکرد پیشنهادی، تحلیل پایداری سیستم کنترل برای هر دو کنترل کننده اصلی و کاهش یافته براساس روش لیاپانوف انجام شده و شبیه سازی کامپیوتری در مسئله تنظیم و ردیابی سیگنال مرجع همراه با افزایش و کاهش فرکانس آن به منظور بررسی سرعت پاسخگویی و اضافه نمودن اغتشاش خارجی با بکارگیری کنترل کننده اصلی و کاهش یافته انجام خواهد شد. همچنین مزیت ها و محدودیت های رویکرد پیشنهاد شده به لحاظ سخت افزاری و عملکرد کنترل کننده از طریق مقایسه نتایج حاصل از شبیه سازی ها با مقالات دیگر تحلیل می شود و بدین صورت پایداری سیستم حلقه بسته و عملکرد مناسب آن تضمین می گردد.

Reduced Voltage Control of Electrically Driven Flexible-Joint Robot Manipulator Based on Model Predictive Method

In this paper is proposed a new approach to controlling a flexiblejoint robot manipulator based on a predictive controller and voltage control strategy in the presence of external disturbances. In this approach is used a 2DSFJ[1] Robot for modeling, design, analysis, and simulation. The controller design is done once with feedback from all system states (main controller) and again only with feedback of the motor position (reduced controller), which in this case, some hardware equipment will be eliminated. The designed controller will have the advantages of predictive control method and voltage control strategy at the same time. So, in addition to simplicity, the control law has an independent joint structure. Also this approach resolves the limitations of the torque control strategy, such as the high computational volume, ignoring of the actuators electrical dynamics, and implementation problems. The prominent features of the proposed approach as follow: online optimization of the voltage control signal, design of predictive controller based on voltage strategy and controller order reduction. Other advantages of this approach include: simplicity in design and proof of stability, flexibility in tuning the sampling time and predictive control horizon, consideration of system input and output limitations in the voltage control law, good disturbance rejection, and improved performance of closedloop system. In order to analyze the performance of the proposed approach, stability analysis of control system for both main and reduced controllers was performed by Lyapunovbased method, and computer simulation in problem of regulation and tracking of the reference signal along with increasing and decreasing its frequency for evaluating the response speed, and adding external disturbance by using the main and reduced controller will be done. Also, the advantages and limitations of the presented approach in terms of hardware and controller performance are analyzed by comparing the results of the simulations with other papers, and thus the stability of the closedloop system and its proper performance is guaranteed. [1] 2DOF Serial FlexibleJoint Robot