Έλεγχος ανάδρασης εξόδου θέσης ρομποτικού βραχίονα με δύο αρθρώσεις

• Κύριος συγγραφέας: Γιαννέλος, Ιωάννης
• Άλλοι συγγραφείς: Καζάκος, Δημοσθένης
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2020
• Θέματα: Ρομποτικός βραχίονας; Έλεγχος; Robotic manipulator; Control; Simulink

Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναλύεται το μοντέλο ενός ρομποτικού βραχίονα με δύο αρθρώσεις με σκοπό την μοντελοποίηση αυτού χρησιμοποιώντας το πρόγραμμα Simulink. Μετά το πρώτο εισαγωγικό κεφάλαιο, παρουσιάζεται αναλυτικά η διαδικασία που πρέπει να ακολουθηθεί για να προκύψει τελικά το δυναμικό μοντέλο, δηλαδή μία σχέση η οποία περιγράφει το ρομπότ. Χρησιμοποιώντας βασικούς νόμους της φυσικής και των μαθηματικών αλλά και την μέθοδο Euler-Lagrange καταφέραμε να καταστρώσουμε την σχέση αυτή η οποία θα μας επιτρέπει στην συνέχεια να μοντελοποιήσουμε το σύστημα μας. Στο τέλος του κεφαλαίου αυτού, παρουσιάζεται η θεωρία της αντίστροφης κινηματικής βάση της οποίας μετατρέπουμε ένα πρόβλημα που θέλει να σταθεροποιήσουμε το άκρο του ρομπότ σε δύο σταθερές συντεταγμένες, σε ένα πρόβλημα που απλά πρέπει να σταθεροποιήσουμε το ρομπότ σε δύο σταθερές γωνίες.Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζουμε όλη την απαραίτητη θεωρία ενός εκ των πιο διαδεδομένων ελεγκτών, του PID. Αφού πρώτα αναλύουμε την δομή του ελεγκτή αυτού, γίνεται μία παρουσίαση των τριών όρων του, του αναλογικού, του διαφορικού και του ολοκληρωτικού μέσα από απλά παραδείγματα. Μπορεί κάποιος να κατανοήσει μέσα από την ενότητα αυτή πως κάθε ένας από τους παραπάνω όρους επηρεάζει τον ελεγκτή αλλά και πως οι τιμές καθενός εξ αυτών έχουν επίδραση στον χρόνο ανύψωσης, την υπερύψωση, τον χρόνο αποκατάστασης και το μόνιμο σφάλμα το συστήματος.Στην συνέχεια παρουσιάζεται αναλυτικά πως μπορούμε να εκμεταλλευτούμε την σχέση που προέκυψε από τις εξισώσεις Lagrange στο δεύτερο κεφάλαιο ώστε τελικά να μοντελοποιήσουμε τον ρομποτικό βραχίονα. Επίσης φαίνεται καθαρά πως χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Simulink για τον σχεδιασμό του ρομπότ το οποίο μελετάμε αλλά φυσικά και του PID ελεγκτή, ο οποίος με τον τρόπο που σχεδιάζεται μπορεί πολύ εύκολα να λειτουργήσει σαν ένας P ή PD εκλεκτής.Εκμεταλλευόμενοι το παραπάνω γεγονός, παρουσιάζουμε στο κεφάλαιο πέντε μία σύγκριση μεταξύ των ελεγκτών P, PD και PID ώστε να αποδειχθεί μέσα από ένα ρεαλιστικό σενάριο-πρόβλημα η θεωρία του κεφαλαίου τρία. Η σύγκριση αυτή αφορά αφενός διαφορετικές τιμές κερδών και αφετέρου διαφορετικές τροχιές, άλλες πιο απλές και άλλες πιο σύνθετες, για κάθε έναν από τους παραπάνω ελεγκτές. Στο έκτο και τελευταίο κεφάλαιο σχολιάζονται τα αποτελέσματα που προέκυψαν από τις προσομοιώσεις του πέμπτου κεφαλαίου. Στην προσπάθεια για την σύγκριση αυτή χρησιμοποιούνται κοινά διαγράμματα για τους τρεις ελεγκτές έτσι ώστε να φανούν ξεκάθαρα οι διαφορές τους. Τέλος σχολιάζεται κατά πόσο κάθε ελεγκτής κατάφερε να είναι αρκετά αποδοτικός όσον αφορά τον έλεγχο ενός τέτοιου συστήματος.