عنوان پایان‌نامه
طراحی کنترل کننده غیر خطی برای سیستم دو چرخ متحرک با پاندول معکوس
- رشته تحصیلی
- مهندسی برق-کنترل
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: E 2616;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 67050
- تاریخ دفاع
- ۱۵ شهریور ۱۳۹۳
- دانشجو
- میلاد قنبری
- استاد راهنما
- محمدجواد یزدان پناه
- چکیده
- ربات دوچرخ با پاندول معکوس به دلیل دارا بودن دینامیک ناپایدار و غیرخطی به یکی از موضوعات جالب تحقیقاتی در آزمایشگاه‌های مختلف تبدیل شده است. همچنین ساخت نمونه تجاری این ربات، با نام سگوی، انگیزه تحقیق بر روی این نوع ربات‌ها در جهت بهبود عملکرد آن‌ها را افزون نموده است. در این پروژه به ساخت و کنترل ربات دو چرخ با پاندول معکوس پرداخته شده است. یکی از مسائلی که در عمل اجتناب‌ناپذیر است، وجود عدم‌قطعیت‌هایی در مدل‍سازی رفتار دینامیکی سیستم می‌باشد، که در کاربرد مورد بررسی می‌توان به عدم‌قطعیت پارامتری، عدم‌قطعیت در مدل دینامیکی محرک و عدم دقت موجود در سنسورها اشاره کرد. وجود این عدم قطعیت‌ها، روند طراحی کنترل‌کننده را به سمت رویکردهای مقاوم سوق می‌دهد. در این پایان‌نامه با استفاده از کنترل‌کننده مدلغزشی که یکی از کنترل‌کننده‌های معروف در کنترل سیستم‌های با عدم قطعیت می‌باشد، به کنترل ربات پرداخته شده است. یکی از مشارکت‌ها در این پایان‌نامه، ارائه یک روند مناسب برای انتخاب سطح لغزش غیرخطی با بدست آوردن یک تبدیل غیرخطی بر روی معادلات سیستم، می‌باشد. زاویه پاندول یکی از مهم‌ترین متغیرهای ربات است که اندازه‌گیری هرچه دقیق‌تر آن به کنترل بهتر ربات کمک می‌کند. سنسور مورد استفاده برای این اندازه‌گیری، سنسور زاویه می‌باشد که دارای معایبی در اندازه‌گیری این کمیت بوده که در حضور این مشکلات کنترل مناسب امکان‌پذیر نیست. دو عیب عمده سنسور زاویه تاخیر و پهنای باند پایین این سنسور می‌باشد. برای جبران این مشکلات در اندازه‌گیری زاویه توسط این سنسور به ارائه یک روش، با ترکیب اطلاعات سنسور زاویه با سنسور ژیروسکوپ پرداخته شده است. با این روش ترکیب اطلاعات پیشنهادی، می‌توان زاویه پاندول را با دقت بسیار مناسبی اندازه‌گیری کرد که با انجام آزمایشات عملی متعدد، این ادعا نشان داده شده است. ارائه این روش ترکیب اطلاعات یکی دیگر از مشارکت‌ها در این پایان‌نامه می‌باشد. جهت تست کارآمد بودن کنترل کننده غیرخطی طراحی شده و الگوریتم ترکیب اطلاعات پیشنهادی، نمونه آزمایشگاهی ربات دو چرخ با پاندول معکوس ساخته شده و این الگوریتم‌ها بر روی آن پیاده‌سازی شده است. آزمایشات عملی مختلف بر روی این ربات از جمله تست پایداری و مقاوم بودن در مقابل اغتشاش مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده از آزمایشات عملی کارآمد بودن الگوریتم پیشنهادی در مقابل عدم‌قطعیت‌های موجود را نشان می‌دهد.
- Abstract
- Two wheeled mobile inverted pendulum due to its unstable and nonlinear dynamic has become one of the most interesting topics of research in different laboratories. Also, design of industrial prototype of this robot, called segway, is increasing motivation for research on this type of robots in order to improve their performance. In this project design and control of the two wheeled mobile inverted pendulum has been investigated. One thing that is inevitable in practice is existence of uncertainty in the dynamical model of system, which in our application can be pointed out as parameter uncertainty, actuator uncertainty and sensor inaccuracy. Despite this uncertainty, the controller design process leads to a robust approaches. In this thesis, sliding mode controller has been paid to control our robot which is one of the famous controller for controlling systems with uncertainty. One of the contributions in this thesis, provide a process for the selection of sliding surface with suggestion of a nonlinear transformation on the system equations. The pendulum angle is one of the important variable of the robot which precisely measurement of this variable helps us in better control of the robot. The sensor used for this measurement is tilt sensor which has disadvantages in the angle measurement. The two major disadvantage of this sensor in the angle measurement is delay and low bandwidth. To compensate these problems in the angle measurement, a new method in data fusion of tilt sensor and gyroscope is proposed. By this proposed method, the pendulum angle can be measured by high precision which this claim has been shown with many experiment tests. this proposed sensor fusion algorithm is one of the other contribution of this thesis. To investigated the effectiveness of the designed nonlinear controller and proposed sensor fusion algorithm the prototype of the two wheeled inverted pendulum robot has been made. Experimental tests to investigation of stability and robustness of the proposed method on this robot has been done. These experimental tests show the effectiveness of the proposed method in the present of uncertainty and sensor inaccuracy. Keywords: Two wheeled mobile inverted pendulum, Sensor fusion, Sensor, Tilt sensor, Gyroscope, Kalman filter and Sliding mode control.
