Μάθημα: Ρομποτικός Έλεγχος

Σχετικά έγγραφα
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχ/κών και Μηχ/κών Υπολογιστών, Ε.Μ.Π., Ακαδημαϊκό Έτος , 8ο Εξάμηνο. Ρομποτική II. Ευφυή και Επιδέξια Ρομποτικά Συστήματα

Ρομποτικός Έλεγχος Δύναμης / Μηχανικής Αντίστασης

Ροµποτικός Έλεγχος ύναµης / Μηχανικής Αντίστασης

Ρομποτική Ι: Διαφορική Κινηματική Ανάλυση

Έλεγχος Αλληλεπίδρασης με το. Έλεγχος «Συμμόρφωσης» ή «Υποχωρητικότητας» (Compliance Control)

ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΟ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟ ΜΗΧΑΝΩΝ

9. ΕΛΕΓΧΟΣ ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗΣ ΜΕ ΤΟ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝ. Εξετάζουµε διάφορα µοντέλα ελέγχου αλληλεπίδρασης του βραχίονα µε το περιβάλλον.

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧ/ΚΩΝ & ΜΗΧ/ΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ

Ρομποτικά Συστήματα Ελέγχου: Διαφορική Κινηματική Ανάλυση

Σχεδιασμός Τροχιάς Ρομποτικών Χειριστών

Δυναµική των Ροµποτικών Βραχιόνων. Κ. Κυριακόπουλος

3.6 Ευθεία και Αντίστροφη υναµική

Ρομποτική II. Περιεχόμενα Μαθήματος

υναµ α ι µ κή τ ων Ρ οµ ο π µ ο π τ ο ικών Βραχιόνων

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών

1) Τι είναι ένα Σύστημα Αυτομάτου Ελέγχου 2) Παραδείγματα εφαρμογών Συστημάτων Ελέγχου 3) Τι είναι ανατροφοδότηση (Feedback) και ποιες είναι οι

ΔΠΜΣ «ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ» «ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗΣ» Άσκηση 2. Έλεγχος Pendubot

Έλεγχος Κίνησης

Έλεγχος (PID-Control)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://)

Μάθημα: Θεωρία Δικτύων

Σερβοκινητήρες πρόωσης σε συστήματα CNC

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου Χειμερινού εξαμήνου

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

Δυναμική Μηχανών I. Εισαγωγική Ανάλυση και Γραμμικοποίηση. Μη-Γραμμικών Δυναμικών Εξισώσεων

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

Ρομποτική II. Περιεχόμενα Μαθήματος

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

Διπλωματική Εργασία του φοιτητή του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών

p& i m p mi i m Με τη ίδια λογική όπως αυτή που αναπτύχθηκε προηγουµένως καταλήγουµε στην έκφραση της κινητικής ενέργειας του ρότορα i,

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 22. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Δυναμική Μηχανών I. Σύνοψη Εξεταστέας Ύλης

ΕΛΕΓΧΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΫ ΡΑΥΛΙΚΩΝ ΣΕΡΒΟΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΒΑΣΙΣΜΕΝΟΣ ΣΤΗ ΥΝΑΜΙΚΗ

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

5o Εργαστήριο Σ.Α.Ε Ενότητα : Ελεγκτές PID

Αριθμητικές μέθοδοι σε ταλαντώσεις μηχανολογικών συστημάτων

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιανουαρίου Φεβρουαρίου 2015

ΠΡΟΣΑΡΜΟΣΤΙΚΟΣ ΕΛΕΓΧΟΣ ΡΟΜΠΟΤΙΚΟΥ ΒΡΑΧΙΟΝΑ ΜΕ ΕΞΑΣΦΑΛΙΣΗ ΠΡΟΚΑΘΟΡΙΣΜΕΝΗΣ ΕΠΙΔΟΣΗΣ ΣΤΟ ΣΦΑΛΜΑ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΤΡΟΧΙΑΣ ΣΤΙΣ ΑΡΘΡΩΣΕΙΣ.

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 11. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Έλεγχος Κίνησης

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ

Ένα εκκρεμές σε επιταχυνόμενο αμαξίδιο

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου εαρινού εξαμήνου (Ιούνιος 2015)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΙΙ

Η Βασική Δομή Συστημάτων Ελέγχου Κίνησης

Έλεγχος Κίνησης

Λύσεις θεμάτων Εξεταστικής Περιόδου Σεπτεμβρίου 2014

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 3. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Controllers - Eλεγκτές

3. ΥΝΑΜΙΚΗ ΡΟΜΠΟΤΙΚΩΝ ΒΡΑΧΙΟΝΩΝ

ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΥΤΟΜΑΤΟΥ ΕΛΕΓΧΟΥ

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 4. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Εισαγωγή στην Τεχνολογία Αυτοματισμού

Υποθέστε ότι ο ρυθμός ροής από ένα ακροφύσιο είναι γραμμική συνάρτηση της διαφοράς στάθμης στα δύο άκρα του ακροφυσίου.

Δυναμική Μηχανών Ι. Διδάσκων: Αντωνιάδης Ιωάννης. Απόκριση Συστημάτων 1 ου Βαθμού Ελευθερίας, που περιγράφονται από Σ.Δ.Ε.

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου Ενότητα 1 η : Εισαγωγή

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου II

Εισαγωγικές έννοιες θεωρίας Συστημάτων Αυτομάτου Ελέγχου

Ψηφιακός Έλεγχος. 6 η διάλεξη Σχεδίαση στο χώρο κατάστασης. Ψηφιακός Έλεγχος 1

(είσοδος) (έξοδος) καθώς το τείνει στο.

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 5. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Λύσεις θεμάτων Α εξεταστικής περιόδου χειμερινού εξαμήνου (Ιούνιος 2014)

Έλεγχος στροφών κινητήρα DC με ελεγκτή PI, και αντιστάθμιση διαταραχής.

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου ΙΙ Ασκήσεις Πράξης

Σεµινάριο Αυτοµάτου Ελέγχου

ΚΥΡΙΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΡΟΜΠΟΤΙΚΗ - ΑΣΚΗΣΕΙΣ. Π. Ασβεστάς Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Μηχανικών Βιοϊατρικής Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιουνίου v 3 (t) - i 2 (t)

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου 1 Ενότητα # 7: Άλγεβρα βαθμίδων (μπλόκ) Ολική συνάρτηση μεταφοράς

Συστήματα Αυτόματου Ελέγχου

Παράδειγµα Θεωρείστε το σύστηµα: αυτοκίνητο επάνω σε επίπεδη επιφάνεια κάτω από την επίδραση δύναµης x( t ) : v(t)

L = T V = 1 2 (ṙ2 + r 2 φ2 + ż 2 ) U (3)

ΔΥΝΑΜΙΚΗ & ΕΛΕΓΧΟΣ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ

Εισαγωγή στην Επιστήμη του Ηλεκτρολόγου Μηχανικού (και στην Τεχνολογία Υπολογιστών;)

ΕΛΕΓΚΤΕΣ PID. Ελεγκτής τριών όρων Η συνάρτηση μεταφοράς του PID ελεγκτή είναι η ακόλουθη:

Δυναμική Μηχανών I. Διάλεξη 7. Χειμερινό Εξάμηνο 2013 Τμήμα Μηχανολόγων Μηχ., ΕΜΠ

Βιομηχανικοί Ελεγκτές

Προηγμένος έλεγχος ηλεκτρικών μηχανών

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Ηλεκτρικό & Ηλεκτρονικό Υποσύστηµα ενός Ροµπότ. Επενεργητές Αισθητήρες Σύστηµα Ελέγχου

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Πανεπιστήμιο Πατρών Τμήμα Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών. Διάλεξη 13

Οµάδα Ασκήσεων #3-Λύσεις

ΣΦΑΛΜΑΤΑ ΜΟΝΙΜΗΣ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ

Λύσεις θεμάτων εξεταστικής περιόδου Ιανουαρίου Φεβρουαρίου 2015

Άσκηση: Ένα σύστηµα µε είσοδο u(t), έξοδο y(t) και διάνυσµα κατάστασης x(t) = (x 1 (t) x 2 (t)) T περιγράφεται από το ακόλουθο διάγραµµα:

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Δυναμική και Έλεγχος E-L Ηλεκτρομηχανικών Συστημάτων

Θεωρείστε το σύστηµα του ανεστραµµένου εκκρεµούς-οχήµατος του Σχ. 1 το οποίο περιγράφεται από το δυναµικό µοντέλο

Δυναμική Ηλεκτρικών Μηχανών

ii

Άσκηση 3. Έλεγχος ανατροφοδότησης κατάστασης dc κινητήρα. Έλεγχος ανατροφοδότησης κατάστασης

Ψηφιακός Έλεγχος. 10 η διάλεξη Ασκήσεις. Ψηφιακός Έλεγχος 1

y 1 Output Input y 2 Σχήµα 1.1 Βασική δοµή ενός συστήµατος ελέγχου κλειστού βρόγχου

Άσκηση 3. Ποιοτική Μελέτη των νόμων ελέγχου δύο και τριών όρων (συσκευή: Προσομοιωτής ελέγχου PCS327: Σχ.1) Απαραίτητες γνώσεις

ΜΟΝΤΕΡΝΑ ΘΕΩΡΙΑ ΕΛΕΓΧΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΘΕΩΡΙΑΣ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΙΙ Τμήμα Μαθηματικών - Τομέας Υπολογιστών & Αριθμητικής Ανάλυσης Εξετάσεις Σεπτεμβρίου 2016

Συστήματα Αυτομάτου Ελέγχου & Ρυθμίσεως Μηχανών (h>p://)

Εισαγωγή στον Αυτόματο Έλεγχο Συστήματα, Εφαρμογές, Αισθητήρια

Transcript:

Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών «ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΑΥΤΟΜΑΤΙΣΜΟΥ» Ε.Μ.Π., Ακαδημαϊκό Έτος 011-1 Μάθημα: Ρομποτικός Έλεγχος Αυτόματος Έλεγχος Ρομπότ (Μη-Γραμμικός Ρομποτικός Έλεγχος Κων/νος Τζαφέστας Τομέας Σημάτων, Ελέγχου & Ρομποτικής Σχολή Ηλεκτρ. Μηχ/κών & Μηχ/κών Υπολ., Ε.Μ.Π. Τηλ.: (10 77-3687 (Κτήριο Ηλεκτρ., Γραφείο 1.11 E-mail: ktzaf@cs.ntua.gr Web: http://www.softlab.ntua.gr/~ktzaf/ 1 «Τοπικός» Έλεγχος (PD Ρομποτικών Αρθρώσεων (Local Joint PD control

«Τοπικός» Έλεγχος Ρομποτικών Αρθρώσεων Ορισμός ( ( Local PD Joint Controller: τ = KP qd q KD qd q (τοπικός έλεγχος PD e e όπου: K P =diag[k pi ] (i=1,,n και K D =diag[k Di ] (i=1,,n και e: σφάλμα παρακολούθησης τροχιάς (στις αρθρώσεις Δηλαδή: τ 1( t KP1 0 0 qd1( t q1( t KD1 0 0 qd1( t q1( t τ ( t 0 KP 0 qd( t q( t 0 KD 0 qd( t q( t = τ ( t 0 0 K q ( t q ( t 0 0 K q ( t q ( t n Pn dn n Dn dn n et ( et ( 3 Ευστάθεια Τοπικού Ρομποτικού Ελέγχου Αρθρώσεων (1 Έστω Τοπικός Έλεγχος Θέσης PD ρομποτικών αρθρώσεων ( q = 0 : ( τ = K q q K q P d D (1 d Μελέτη Ευσταθείας κατά Lyapunov Ορισμός Συνάρτησης Lyapunov: V( q, q = ( e KP e q D( q q 1 ( ( 1 V = e KP q q D q q q D q «δυναμική» ενέργεια (3 κινητική ενέργεια Αλλά (δυναμικό ρομποτικό μοντέλο: τ = Dq ( q Cqq (, q g( q (4 Θεωρώντας αμελητέα την επίδραση των όρων βαρύτητας (δηλ.: g(q=0 : Dq ( q = τ Cqq (, q (5 4

Δυναμικό Ρομποτικό Μοντέλο (Υπενθύμιση ( n n ( i h q i 1,..., n ijk jq = k j = 1k= 1 i= 1,..., n h( qq, = h qq, = qq, h ijk D D ( qq = 1 q q, ij jk k i ( J F τ = D( q q h(, qq g( q e όπου: με: Μπορούμε επίσης να γράψουμε: h( qq (,, = C qq q= ( Cij ( qq, q j n C (, q q = όπου: ( h ( q q ij k= 1 Αποδεικνύεται ότι η μήτρα: ( D C Δηλαδή ισχύει: ( ijk k n j= 1 i= 1,..., n είναι αντισυμμετρική n w D C w= 0, w R (6 5 Ευστάθεια Τοπικού Ρομποτικού Ελέγχου Αρθρώσεων ( d Στην περίπτωση αυτή (g(q=0 παίρνουμε για τη συνάρτηση V = [ ] dt V( q 1 (3 (5 V = e KP q q ( τ C q q D q και αντικαθιστώντας τον τοπικό ελεγκτή (1: 1 V = e KP q q ( KP e KD q C q q D q 1 ( V = q KD q q D C q Άρα: V = q K q < 0 D = 0, από σχέση (6 Ρομποτικό Σύστημα με τοπικό ελεγκτή αρθρώσεων ευσταθές, υπό την υπόθεση αμελητέας επίδρασης βαρυτικών όρων (g(q=0 6

Μη Γραμμικός Ρομποτικός Έλεγχος βάσει Μοντέλου 7 Ρομποτικός έλεγχος υπολογιζόμενης ροπής (computed torque (1 Computed-orque Controller τ = Dq ( u Cqq (, q g( q (έλεγχος υπολογιζόμενης ροπής (στο χώρο των αρθρώσεων u= qd KD q d q KP qd q e e όπου e: σφάλμα παρακολούθησης τροχιάς (στις αρθρώσεις ( ( (1-1 (1- Δηλαδή, τώρα έχουμε για το σήμα ελέγχου u ότι ισχύει: u1( t qd1( t KD1 0 0 q d1( t q 1( t KP1 0 0 qd 1( t q1( t u( t q d( t 0 KD 0 q d( t q ( t 0 KP 0 = qd ( t q( t u ( t q ( t 0 0 K q ( t q ( t 0 0 K q ( t q ( t n dn Dn dn n Pn et ( dn n et ( Βασική Υπόθεση: Γνωστές οι συναρτήσεις στο δυναμικό μοντέλο (D, C, g 8

Ρομποτικός έλεγχος υπολογιζόμενης ροπής (computed torque ( Έλεγχος υπολογιζόμενης ροπής (computed-torque controller Απόδειξη Ευσταθείας Σύστημα : τ = Dq ( q Cqq (, q g( q u= q Δυναμική εξίσωση «κλειστού βρόχου» Θέτοντας το σήμα ελέγχου u όπως στη σχέση (1- του ελεγκτή, παίρνουμε για τη δυναμική εξίσωση κλειστού βρόχου του συστήματος ρομπότ-ελεγκτής: ή Ελεγκτής : τ = Dq ( u Cqq (, q g( q ( q q K ( q q K ( q q = 0 d D d P d e=q d -q: σφάλμα παρακολούθησης τροχιάς στo χώρο των αρθρώσεων e KD e KP e= 0 Γραμμικοποιημένη δυναμική σφάλματος κλειστού βρόχου, με ασυμπτωτική συμπεριφορά γραμμικού συστήματος ης τάξης εύρος ζώνης συστήματος, δηλ. ταχύτητα μεταβατικής απόκρισης συντελεσής απόσβεσης συστήματος, «υπέρβαση» («υπερακόντιση» μεταβατικής απόκρισης 9 Ρομποτικός έλεγχος υπολογιζόμενης ροπής (computed torque (3 Ο έλεγχος υπολογιζόμενης ροπής αποτελεί εφαρμογή της τεχνικής μη γραμμικού ελέγχου «γραμμικοποίησης μέσω ανατροφοδότησης» (feedback linearization Σύστημα ης τάξης (μη γραμμική δυναμική εξόδου: y= f( y, y g( y, y v (Σ Ελεγκτής C (γραμμικοποίηση μέσω ανάδρασης εξόδου: v = g 1 ( y, y [ u f( y, y ] Ελεγκτής C 1 (γραμμικός ελεγκτής, σήμα ελέγχου u: u = yd KD e KP e (Σ (όπου: e = y d y e KD e KP e= 0 δυναμική σφάλματος (C 1 κλειστού βρόχου (C C C Γραμμικοποιημένο 1 Σύστημα (C 1 (C y d e Γραμμικοποίηση Γραμμικός Ελεγκτής u v μέσω ανάδρασης Σύστημα y 10

Μη Γραμμικός Έλεγχος στον (Καρτεσιανό Χώρο Εργασίας 11 Δυναμική ρομποτικού χειριστή (1 Δυναμικό μοντέλο ρομποτικού χειριστή (υπενθύμιση: όπου και D( q q h( q, q = τ (Δ1 (στο χώρο των γενικευμένων μεταβλητών q i των αρθρώσεων D: μήτρα αδρανείας ρομπότ h: όροι Coriolis και φυγοκέντρου δυνάμεως τ: ροπές (γενικευμένες μεταβλητές δράσης στις αρθρώσεις J: Ιακωβιανή μήτρα του ρομπότ Μοντέλο Lagrange : Μοντέλο Newton-Euler : τ = i d dt K K P q q q fi = mv i i i i ci N = I I ω ω ( ciω i ci i i i K: κινητική ενέργεια P: δυναμική ενέργεια 1

Δυναμική ρομποτικού χειριστή ( Δυναμικό μοντέλο ρομποτικού χειριστή στο χώρο εργασίας (task-space: * * D p h = F a όπου D * : μήτρα αδρανείας ρομπότ στο χώρο εργασίας h * : όροι Coriolis και φυγοκέντρου δυνάμεως στο χώρο εργασίας F a : (τ=j F a γενικευμένη δύναμη στο χώρο εργασίας οφειλόμενη στη δράση (έλεγχος των επενεργητών του ρομπότ Έχουμε: p = J q p= J q J q 1 1 και (Δ1: D q h= J Fa q D h= ( D J Fa 1 1 Jq JD h= JD J F Επομένως τελικά: και (Δ-α ( ( a * 1 1 D = Q με Q= ( J D J * * 1 * h = ( D J D h D J q (Δ-β 13 Δυναμικός έλεγχος στο χώρο εργασίας του ρομποτικού χειριστή (1 Επιθυμητή δυναμική συμπεριφορά (κλειστού βρόχου ρομποτικού χειριστή στο χώρο εργασίας (γραμμική δυναμική σφάλματος ( pd p D( p d p P( pd p Δυναμική εξίσωση ρομποτικού χειριστή στο χώρο εργασίας (Δ-α: * * D p h = F a Δυναμικός ελεγκτής (βάσει μοντέλου στον Καρτεσιανό χώρο εργασίας βασισμένος στη μεθοδολογία ελέγχου υπολογιζόμενης ροπής (computed-torque control τ = J F F u h a * a = D K K = 0 * (Ε ( K ( u= p K p p p p d D d P d ( u= p : εξίσωση κλειστού βρόχου με το σήμα ελέγχου u να δίνεται από τη σχέση (ώστε στο κλειστό βρόχο να έχουμε την (Ε1 σφάλμα ταχύτητας σφάλμα θέσης (Ε3 (Ε1 14

Δυναμικός έλεγχος στο χώρο εργασίας του ρομποτικού χειριστή ( Ρομποτικό Μοντέλο: D *, h * p d p d p d - x - e p x e p K P K D * h( q, q u τ J D ( q F a feedback: {q, q } linearization * Ρομποτικός Χειριστής (Δ q q ανάδραση ταχύτητας J( q q (task-space ανάδραση θέσης p p Γ(q ανάδραση ταχύτητας ανάδραση θέσης (joint space Διάγραμμα βαθμίδων (block-diagram μη γραμμικού ρομποτικού ελεγκτή τροχιάς στο χώρο εργασίας (στη βάση της μεθόδου υπολογιζόμενης ροπής q q 15