مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

شبیه سازی و کنترل مود لغزشی تطبیقی ربات تعادلی دوچرخ با معادلات دینامیکی بهبود یافته

نویسندگان
1 هیات علمی دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
2 دانشجوی دکتری دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
3 کارشناسی ارشد دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی
چکیده
در این مقاله کنترل ربات تعادلی دوچرخ بر اساس مدل بهبودیافته ربات ارائه شده است. مسئله ربات تعادلی دو چرخ به دلیل وجود قیود غیرهولونومیک، کمبود عملگر، ناپایداری ذاتی مسئله ای جالب و چالش برانگیز در علم دینامیک و کنترل می باشد. در پژوهشی که پیش از این توسط نویسندگان مقاله صورت گرفته، معادلات دینامیکی بهبودیافته ربات دوچرخ محاسبه و اعتبارسنجی شده است که تفاوت آن با مدلهای پیشین وجود یک ترم غیرخطی است. نشان داده شده که اگر ربات در مسیر غیرمستقیم حرکت کند، وجود این ترم غیرخطی در طراحی کنترلر تاثیر بسزایی دارد. در این مقاله از کنترلرهای مود لغزشی- تطبیقی بر مبنای دینامیک صفر استفاده شده است. این کنترلر به گونه ای طراحی شده است که می تواند بدنه ربات را در وضعیت تعادل نگاه دارد، در حالیکه خطای شتاب و موقعیت رو به جلو را صفر می کند و سرعت دورانی مطلوب را نیز برای ربات فراهم می سازد. در ادامه، با استفاده از تئوری پایداری لیاپانوف، لم باربالت و قضیه مجموعه‌های ناوردای لاسال اثبات شده، که سیستم مدار بسته به صورت مجانبی فراگیر پایدار است. نتایج شبیه‌سازی‌ها کارآمدی کنترلر ارائه شده را نشان می دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Simulation and control system design for a two-wheeled self-balancing robot via adaptive sliding mode technique using modified dynamical model

نویسندگان English

Amir Hossein Shamekhi 1
Azadeh Shariati 2
Ali Ghaffari 1
Sina Omidfar 3
چکیده English

The problem of two wheeled self-balancing robot is an interesting and challenging problem in control and dynamic systems. This complexity is due to the inherent instability, nonholonomic constraints, and under-actuated mechanism. Dynamical model of two wheeled self-balancing robot can be presented by a set of highly coupled nonlinear differential equations. Authors, previously, developed the modified dynamical equations of the robot. The governed equations have some differences with the commonly used equations. The main difference is due to the existence of a nonlinear coupling term which is neglected before. In this paper we used an adaptive sliding-mode controller based on the zero dynamics theory. The controller objective is to drive the two wheeled self balancing robot to the desired path as well as to make the robot stable. By some simulations the behavior of the robot with the proposed controller is discussed. It is shown that if the nonlinear coupling term is ignored in designing the controller, the controller cannot compensate its effect. Using Lyapunov theorem and the invariant set theorem, it is proved that the errors are globally asymptotically stable.

کلیدواژه‌ها English

Two-wheeled self-balancing robot
modified dynamical model
adaptive-sliding mode controller
Lyapunov theorem
invariant set theorem