کنترل بازوی انعطاف پذیر Quanser بر اساس شبکه عصبی- فازی word

فصل اول: مروری بر بازوی انعطاف پذیر و کنترل آن بر مبنای روش های هوشمند ............. 1

1-1- مقدمه ........ 2

1-2- ویژگی های مدل سیستم ................... 3

1-3- چرا کنترل هوشمند ........ 3

1-4- کاربردها ...... 5

1-5- مروری بر کارهای انجام شده در زمینه کنترل هوشمند بازوی انعطاف پذیر ....... 6

1-5-1- کنترل کننده عصبی بر اساس بازسازی خروجی ...... 7

1-5-2- کنترل کننده عصبی بر اساس مدل دینامیک معکوس ....... 10

1-5-3- کنترل فازی توزیع یافته ........ 12

1-5-4- سایر روش ها ........ 16

فصل دوم: سیستم بازوی انعطاف پذیر Quanser ........ 17

2-1- پایه سیستم ............... 18

2-2- موتور DC ........ 19

2-3- انکودر ......... 19

2-4- بازوی انعطاف پذیر ....... 20

2-5- تنش سنج ........... 21

2-6- منبع تغذیه .......... 21

2-7- برد PCIMultiQ مدل 626 ........ 21

2-8- نرم‌افزار WinCon ........ 24

2-9- نرم‌افزار سیمولینک ......................................................................................................................................................... 24

فصل سوم: مدلسازی ........................................................................................................ 26

3-1- مدلسازی ........................................................................................................................................................................ 27

3-1-1- مدل بازوی انعطاف پذیر ....................................................................................................................... 28

3-1-2- مدل محرک ............................................................................................................................................ 30

3-1-3- معادلات دینامیک سیستم .................................................................................................................. 32

فصل چهارم: کنترل عصبی- فازی ................................................................................ 34

4-1- مقدمه .............................................................................................................................................................................. 35

4-2- فازی ................................................................................................................................................................................ 36

4-2-1- مجموعه های فازی ............................................................................................................................... 36

4-2-2- منطق فازی ............................................................................................................................................ 37

4-2-3- سیستم فازی ........................................................................................................................................ 38

4-3- کنترل کننده فازی بازوی انعطاف پذیر .................................................................................................................. 39

4-4- شبکه‌های عصبی- فازی ............................................................................................................................................. 42

4-4-1- شبکه عصبی- فازی ممدانی ............................................................................................................... 44

4-4-2- شبکه عصبی- فازی سوگنو ..................................................................................................................... 48

4-5- کنترل کننده عصبی- فازی بازوی انعطاف پذیر ........................................................................................................ 49

فصل پنجم: الگوریتم آموزش عاطفی ................................................................................ 51

5-1- مقدمه .................................................................................................................................................................................. 52

5-2- آموزش عاطفی برای به روز رسانی متغیر های کنترل کننده عصبی- فازی ........................................................ 54

5-3- تابع حساسیت بازوی انعطاف پذیر ................................................................................................................................ 56

5-3-1- تابع حساسیت بازوی انعطاف پذیر بر اساس مدل فضای حالت ...................................................... 57

5-3-2- تابع حساسیت بازوی انعطاف پذیر بر اساس شناساگر شبکه عصبی .............................................. 58

5-3-2-1- شناسایی بر پایه شبکه عصبی ......................................................................................... 58

5-3-2-1-1- شبکه عصبی تابع پایه شعاعی وزن دار ................................................... 60

5-3-2-1-2- آموزش شبکه تابع پایه شعاعی وزن دار با روش پس انتشار خطا .... 62

فصل ششم: شبیه سازی و پیاده سازی کنترل بازوی انعطاف پذیر .................................. 65

6-1- کنترل کننده فازی با استنتاج مینیمم .......................................................................................................................... 66

6-1-1 شبیه سازی کنترل فازی با استنتاج مینیمم .......................................................................................... 67

6-1-2- پیاده سازی کنترل فازی با استنتاج مینیمم ........................................................................................ 68

6-2- کنترل کننده فازی با استنتاج ضرب ............................................................................................................................. 69

6-2-1- شبیه سازی کنترل فازی با استنتاج ضرب ........................................................................................... 71

6-2-2- پیاده سازی کنترل فازی با استنتاج ضرب ........................................................................................... 72

6-3- کنترل کننده عصبی- فازی ............................................................................................................................................. 74

6-3-1- شبیه سازی کنترل عصبی- فازی .......................................................................................................... 75

6-3-2- پیاده سازی کنترل عصبی- فازی .......................................................................................................... 79

فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات ............................................................................. 84

7-1- نتیجه گیری ..................................................................................................................................................... 85

7-2- پیشنهادات ........................................................................................................................................................ 86

پیوست ....................................................................................................................................................... 88

 شکل (1-1): ساختار روش JBC اصلاح شده ]4[ ...................................................................................................... 8

شکل (1-2): ساختار ORTOL اصلاح شده ............................................................................................................... 9

شکل (1-3): ساختار کنترل کننده عصبی بر اساس مدل دینامیک معکوس ]3[ .................................................. 11

شکل (1-4): ساختار کنترل فازی توزیع یافته ]10[ .................................................................................................. 14

شکل (1-5): ساختار کنترل کننده فازی توزیع یافته بر اساس اهمیت ]10[ ......................................................... 15

جدول (1-1): جدول درجه اهمیت خروجی های سیستم نسبت به ورودی ]10[ .................................................. 15

شکل (2-1): شکل پایه سیستم بازوی انعطاف پذیر ................................................................................................... 18

جدول (2-1): اجزای پایه سیستم بازوی انعطاف پذیر ................................................................................................ 19

شکل (2-2): شماتیک انکودر موجود در پایه سیستم بازوی انعطاف پذیر .............................................................. 20

شکل (2-3): سیستم بازوی انعطاف پذیر ..................................................................................................................... 20

شکل (2-4): تنش سنج و مدار آن ................................................................................................................................ 21

شکل (2-5): منبع تغذیه برای تقویت سیگنالهای کامپیوتر ...................................................................................... 22

شکل (2-6): برد PCIMultiQ مدل 626 .............................................................................................................. 23

شکل (3-1) : طرح کلی بازوی انعطاف پذیر .............................................................................................................. 29

شکل (3-2): مدل ساده بازوی انعطاف پذیر بر اساس فنر دورانی ........................................................................... 29

شکل (3-3): مدل موتور جریان مستقیم و جعبه دنده ............................................................................................. 31

شکل (4-1): ساختار سیستم فازی با فازی ساز و غیر فازی ساز ............................................................................ 38

شکل (4-2): دیاگرام کنترل کننده فازی .................................................................................................................... 39

جدول (4-1): ورودی های کنترل کننده بازوی انعطاف پذیر درساختار اول و دوم ............................................ 40

جدول (4-2): قوانین کنترل کننده فازی با ساختار اول .......................................................................................... 41

جدول (4-3): قوانین کنترل کننده فازی با ساختار اول ........................................................................................... 41

جدول (4-4): قوانین کنترل کننده فازی با ساختار دوم .......................................................................................... 41

جدول (4-5): قوانین کنترل کننده فازی با ساختار دوم .......................................................................................... 41

شکل (4-3) : دیاگرام کنترل فازی بازوی انعطاف پذیر ............................................................................................ 41

شکل (4-4): شبکه عصبی- فازی ممدانی با دو ورودی و یک خروجی .................................................................. 44

شکل (4-5): شکل کلی کنترل کننده عصبی- فازی ................................................................................................ 49

شکل (5-1): ساختارکنترل عصبی- فازی تطبیقی با آموزش عاطفی ..................................................................... 53

شکل (5-2): روش شناسایی تابع مستقیم سیستم ................................................................................................... 59

شکل (5-3): روش شناسایی تابع معکوس سیستم ................................................................................................... 59

شکل (5-4): ساختار شبکه عصبی تابع پایه شعاعی وزن دار.................................................................................... 61

شکل (6-1): توابع تعلق ساختار اول با استنتاج مینیمم ........................................................................................... 66

شکل (6-2): توابع تعلق ساختار دوم با استنتاج مینیمم ........................................................................................... 66

شکل (6-3): نتایج شبیه سازی کنترل کننده فازی با استنتاج مینیمم با ساختار اول .......................................... 67

شکل (6-4): نتایج شبیه سازی کنترل کننده فازی با استنتاج مینیمم با ساختار دوم ......................................... 68

شکل (6-5): نتایج پیاده سازی کنترل کننده فازی با استنتاج مینیمم با ساختار اول .......................................... 68

شکل (6-6): نتایج پیاده سازی کنترل کننده فازی با استنتاج مینیمم با ساختار دوم .......................................... 69

شکل (6-7): توابع تعلق ساختار اول با استنتاج ضرب ................................................................................................ 70

شکل (6-8): توابع تعلق ساختار دوم با استنتاج ضرب ............................................................................................... 70

شکل (6-9): نتایج شبیه سازی کنترل کننده فازی با استنتاج ضرب با ساختار اول .............................................. 71

شکل (6-10): نتایج شبیه سازی کنترل کننده فازی با استنتاج ضرب با ساختار دوم ........................................... 72

شکل (6-11): نتایج پیاده سازی کنترل کننده فازی با استنتاج ضرب با ساختار اول ........................................... 72

شکل (6-12): نتایج پیاده سازی کنترل کننده فازی با استنتاج ضرب با ساختار دوم .......................................... 73

جدول (6-1): نتایج شبیه سازی و پیاده سازی کنترل کننده فازی ......................................................................... 74

شکل (6-13): آرایش توابع گوسین کنترل کننده عصبی- فازی در ساختار های اول و دوم(آرایش یکنواخت). 75

شکل (6-14): نتایج شبیه سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار اول(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و ژاکوبین بر اساس مدل فضای حالت سیستم) ................................................ 76

شکل (6-15): نتایج شبیه سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار اول(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و پارامتر های گوسین و ژاکوبین بر اساس مدل فضای حالت سیستم) ........... 76

شکل (6-16): نتایج شبیه سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار اول(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و پارامتر های گوسین و و ژاکوبین بر اساس مدل شبکه عصبی سیستم) ........ 76

شکل (6-17): نتایج شبیه سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار دوم(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و ژاکوبین بر اساس مدل فضای حالت سیستم) ................................................. 77

شکل (6-18): نتایج شبیه سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار دوم(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و پارامتر های گوسین و ژاکوبین بر اساس مدل فضای حالت سیستم) ........... 78

شکل (6-19): نتایج شبیه سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار دوم(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و پارامتر های گوسین و و ژاکوبین بر اساس مدل شبکه عصبی سیستم) ....... 78

شکل (6-20): نتایج پیاده سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار اول(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و ژاکوبین بر اساس مدل فضای حالت سیستم) ................................................... 81

شکل (6-21): نتایج پیاده سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار اول(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و پارامتر های گوسین و ژاکوبین بر اساس مدل فضای حالت سیستم) ........... 81

شکل (6-22): نتایج پیاده سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار اول(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و پارامتر های گوسین و و ژاکوبین بر اساس مدل شبکه عصبی سیستم) ....... 81

شکل (6-23): نتایج پیاده سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار دوم(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و ژاکوبین بر اساس مدل فضای حالت سیستم) ................................................. 82

شکل (6-24): نتایج پیاده سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار دوم(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و پارامتر های گوسین و ژاکوبین بر اساس مدل فضای حالت سیستم) .......... 82

شکل (6-25): نتایج پیاده سازی کنترل کننده عصبی- فازی با آرایش یکنواخت توابع گوسین با ساختار دوم(با آموزش عاطفی مراکز دسته تالی و پارامتر های گوسین و و ژاکوبین بر اساس مدل شبکه عصبی سیستم)....... 82

جدول (6-2): نتایج شبیه سازی و پیاده سازی کنترل کننده عصبی- فازی .......................................................... 83

1-1- مقدمه

در سال های اخیر، حوزه روباتیک سیر تکاملی را آغاز کرده است که مبتنی بر نیازهای کاربران می باشد. تقاضای صنعت برای زمانهای پاسخ سریعتر و مصرف انرژی کمتر، طراحان روبات را بر آن داشته تا اصلاحات بنیادی را در طراحی بازوهای روبات صورت دهند. با کاربرد مواد سبک وزن تر و بازسازی پیکربندی فیزیکی روبات، بازوها به مرور بلندتر و نازکتر شدند و اهداف آنها مبنی بر سرعت بالا، شتاب گیری سریع و مصرف انرژی کمتر تحقق یافت. این بازوهای انعطافپذیر حوزه تحقیقاتی کاملا جدیدی را در زمینه طراحی و کنترل بازوی ربات با درجه دقت قابل قبول گشوده اند ]1[.

برای بازوی روباتیک صلب، کنترل مسیر نوک دست، معادل کنترل محرک حالت صلب (انعطافناپذیر) است. اما برای کنترل مطلوب بازوی انعطاف پذیر، کنترل مطمئن تری از حالات انعطافناپذیرلازم است تا ارتعاشات اجتنابناپذیر و بدون محدودیت در آن مد نظر قرارگیرند. در نتیجه، ردگیری دقیق روبات با بازوی انعطاف پذیر مسئله ای بحث برانگیز شناخته می شود. این را هم باید در نظر گرفت که همواره صلبیت بازوها، یک فرض ایده آل است و با افزایش نسبت بار به وزن بازو، سرعت حرکت و پهنای باند کنترل ممکن است از این صلبیت کاسته شود ]15[.

این درست است که این بازوها به علت سبک بودن و کاهش اینرسی دارای عملکرد سریع تری نسبت به بازوهای صلب هستند و به گشتاور کمتری برای حرکت نیاز دارند و این خود باعث کاهش مصرف انرزی الکتریکی می شود و اقتصادی تر است ]1[. ولی از دیدگاه مدلسازی، طبیعت توزیع یافته دینامیک این بازوها واستعداد طبیعی انعطاف پذیری، امکان اینکه بتوان مدل دقیقی با بعد معین بدست آورد، را غیر ممکن می سازد و علاوه بر این به علت ایجاد نوسانات ناشی از کاهش صلبیت در حرکت، کنترل دقیق مسیر حرکت بسیار مشکل می شود ]3[.

دریافت فایل

---

جهت کپی مطلب از ctrl+A استفاده نمایید نماید