دانلود پایان نامه :کنترل بازوی انعطاف پذیر Quanser بر اساس شبکه عصبی- فازی

دانلود متن کامل پایان نامه مقطع کارشناسی ارشد رشته مکانیک

گرایش :مکاترونیک

عنوان : کنترل بازوی انعطاف پذیر Quanser   بر اساس شبکه عصبی- فازی

دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی

دانشکده مهندسی مکانیک

پایان نامه کارشناسی ارشد

 گرایش مکاترونیک

عنوان:

کنترل بازوی انعطاف پذیر Quanser

 بر اساس شبکه عصبی- فازی

استاد راهنما:

دکتر تشنه لب

استاد مشاور:

دکتر علیاری شوره دلی

بهمن 1388

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی شود(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود است)تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :(ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)فصل اول: مروری بر بازوی انعطاف پذیر و کنترل آن بر مبنای روش های هوشمند ............. 11-1- مقدمه ....................................................................................................................................................................................... 21-2- ویژگی های مدل سیستم ..................................................................................................................................................... 31-3- چرا کنترل هوشمند .............................................................................................................................................................. 31-4- کاربردها ................................................................................................................................................................................... 51-5- مروری بر کارهای انجام شده در زمینه کنترل هوشمند بازوی انعطاف پذیر ........................................................... 61-5-1- کنترل کننده عصبی بر اساس بازسازی خروجی ..................................................................................... 71-5-2- کنترل کننده عصبی بر اساس مدل دینامیک معکوس ...................................................................... 101-5-3- کنترل فازی توزیع یافته .......................................................................................................................... 121-5-4- سایر روش ها ................................................................................................................................................ 16فصل دوم: سیستم بازوی انعطاف پذیر Quanser ............................................................ 172-1- پایه سیستم ......................................................................................................................................................................... 182-2- موتور DC  ......................................................................................................................................................................... 192-3- انکودر ................................................................................................................................................................................... 192-4- بازوی انعطاف پذیر ............................................................................................................................................................ 202-5- تنش سنج ........................................................................................................................................................................... 212-6- منبع تغذیه ......................................................................................................................................................................... 212-7- برد PCI MultiQ مدل 626 .................................................................................................................................... 212-8- نرم‌افزار WinCon ........................................................................................................................................................ 242-9- نرم‌افزار سیمولینک ......................................................................................................................................................... 24فصل سوم: مدلسازی ........................................................................................................ 263-1-  مدلسازی ........................................................................................................................................................................ 273-1-1- مدل بازوی انعطاف پذیر ....................................................................................................................... 283-1-2- مدل محرک ............................................................................................................................................ 303-1-3- معادلات دینامیک سیستم .................................................................................................................. 32فصل چهارم: کنترل عصبی- فازی ................................................................................ 344-1- مقدمه .............................................................................................................................................................................. 354-2- فازی ................................................................................................................................................................................ 364-2-1- مجموعه های فازی ............................................................................................................................... 364-2-2- منطق فازی ............................................................................................................................................ 374-2-3-  سیستم فازی ........................................................................................................................................ 384-3- کنترل کننده فازی بازوی انعطاف پذیر .................................................................................................................. 394-4- شبکه‌های عصبی- فازی ............................................................................................................................................. 424-4-1- شبکه عصبی- فازی ممدانی ............................................................................................................... 444-4-2- شبکه عصبی- فازی سوگنو ..................................................................................................................... 484-5- کنترل کننده عصبی- فازی بازوی انعطاف پذیر ........................................................................................................ 49فصل پنجم: الگوریتم آموزش عاطفی ................................................................................ 515-1- مقدمه .................................................................................................................................................................................. 525-2- آموزش عاطفی برای به روز رسانی متغیر های کنترل کننده عصبی- فازی ........................................................ 545-3- تابع حساسیت بازوی انعطاف پذیر ................................................................................................................................ 565-3-1- تابع حساسیت بازوی انعطاف پذیر بر اساس مدل فضای حالت ...................................................... 575-3-2- تابع حساسیت بازوی انعطاف پذیر بر اساس شناساگر شبکه عصبی .............................................. 585-3-2-1- شناسایی بر پایه شبکه عصبی ......................................................................................... 585-3-2-1-1- شبکه عصبی تابع پایه شعاعی وزن دار ................................................... 605-3-2-1-2- آموزش شبکه تابع پایه شعاعی وزن دار با روش پس انتشار خطا .... 62فصل ششم: شبیه سازی و پیاده سازی کنترل بازوی انعطاف پذیر .................................. 656-1- کنترل کننده فازی با استنتاج مینیمم .......................................................................................................................... 666-1-1 شبیه سازی کنترل فازی با استنتاج مینیمم .......................................................................................... 676-1-2- پیاده سازی کنترل فازی با استنتاج مینیمم ........................................................................................ 686-2- کنترل کننده فازی با استنتاج ضرب ............................................................................................................................. 696-2-1- شبیه سازی کنترل فازی با استنتاج ضرب ........................................................................................... 716-2-2- پیاده سازی کنترل فازی با استنتاج ضرب ........................................................................................... 726-3- کنترل کننده عصبی- فازی ............................................................................................................................................. 746-3-1- شبیه سازی کنترل عصبی- فازی .......................................................................................................... 756-3-2- پیاده سازی کنترل عصبی- فازی .......................................................................................................... 79فصل هفتم: نتیجه گیری و پیشنهادات ............................................................................. 847-1- نتیجه گیری ..................................................................................................................................................... 857-2- پیشنهادات ........................................................................................................................................................ 86پیوست ....................................................................................................................................................... 88   شکل (1-1): ساختار روش JBC اصلاح شده ]4[ ...................................................................................................... 8شکل (1-2): ساختار ORTOL اصلاح شده ............................................................................................................... 9شکل (1-3): ساختار کنترل کننده عصبی بر اساس مدل دینامیک معکوس ]3[ .................................................. 11شکل (1-4): ساختار کنترل فازی توزیع یافته ]10[ .................................................................................................. 14شکل (1-5): ساختار کنترل کننده فازی توزیع یافته بر اساس اهمیت ]10[ ......................................................... 15جدول (1-1): جدول درجه اهمیت خروجی های سیستم نسبت به ورودی ]10[ .................................................. 15شکل (2-1): شکل پایه سیستم بازوی انعطاف پذیر ................................................................................................... 18جدول (2-1): اجزای پایه سیستم بازوی انعطاف پذیر ................................................................................................ 19شکل (2-2): شماتیک انکودر موجود در پایه سیستم بازوی انعطاف پذیر .............................................................. 20شکل (2-3): سیستم بازوی انعطاف پذیر ..................................................................................................................... 20شکل (2-4): تنش سنج و مدار آن ................................................................................................................................ 21شکل (2-5): منبع تغذیه برای تقویت سیگنالهای کامپیوتر ...................................................................................... 22شکل (2-6): برد PCI MultiQ مدل 626 .............................................................................................................. 23شکل (3-1) :  طرح کلی بازوی انعطاف پذیر .............................................................................................................. 29شکل (3-2): مدل ساده بازوی انعطاف پذیر بر اساس فنر دورانی ........................................................................... 29شکل (3-3): مدل موتور جریان مستقیم و جعبه دنده ............................................................................................. 31شکل (4-1): ساختار سیستم فازی با فازی ساز و غیر فازی ساز ............................................................................ 38شکل (4-2): دیاگرام کنترل کننده فازی .................................................................................................................... 39جدول (4-1): ورودی های کنترل کننده بازوی انعطاف پذیر درساختار اول  و دوم ............................................ 40جدول (4-2): قوانین کنترل کننده فازی با ساختار اول .......................................................................................... 41جدول (4-3): قوانین کنترل کننده فازی با ساختار اول ........................................................................................... 41جدول (4-4): قوانین کنترل کننده فازی با ساختار دوم .......................................................................................... 41جدول (4-5): قوانین کنترل کننده فازی با ساختار دوم .......................................................................................... 41شکل (4-3) : دیاگرام کنترل فازی بازوی انعطاف پذیر ............................................................................................ 41شکل (4-4): شبکه عصبی- فازی ممدانی با دو ورودی و یک خروجی .................................................................. 44شکل (4-5): شکل کلی کنترل کننده عصبی- فازی ................................................................................................ 49شکل (5-1): ساختارکنترل عصبی- فازی تطبیقی با آموزش عاطفی ..................................................................... 53شکل (5-2): روش شناسایی تابع مستقیم سیستم ................................................................................................... 59شکل (5-3): روش شناسایی تابع معکوس سیستم ................................................................................................... 59شکل (5-4): ساختار شبکه عصبی تابع پایه شعاعی وزن دار .................................................................................... 61شکل (6-1): توابع تعلق ساختار اول با استنتاج مینیمم ........................................................................................... 66شکل (6-2): توابع تعلق ساختار دوم با استنتاج مینیمم ........................................................................................... 66شکل (6-3): نتایج شبیه سازی کنترل کننده فازی با استنتاج مینیمم با ساختار اول .......................................... 67شکل (6-4): نتایج شبیه سازی کنترل کننده فازی با استنتاج مینیمم با ساختار دوم ......................................... 68شکل (6-5): نتایج پیاده سازی کنترل کننده فازی با استنتاج مینیمم با ساختار اول .......................................... 68شکل (6-6): نتایج پیاده سازی کنترل کننده فازی با استنتاج مینیمم با ساختار دوم .......................................... 69شکل (6-7): توابع تعلق ساختار اول با استنتاج ضرب ................................................................................................ 70شکل (6-8): توابع تعلق ساختار دوم با استنتاج ضرب ............................................................................................... 70شکل (6-9): نتایج شبیه سازی کنترل کننده فازی با استنتاج ضرب با ساختار اول .............................................. 71شکل (6-10): نتایج شبیه سازی کنترل کننده فازی با استنتاج ضرب با ساختار دوم ........................................... 72شکل (6-11): نتایج پیاده سازی کنترل کننده فازی با استنتاج ضرب با ساختار اول ........................................... 72شکل (6-12): نتایج پیاده سازی کنترل کننده فازی با استنتاج ضرب با ساختار دوم .......................................... 73جدول (6-1): نتایج شبیه سازی و پیاده سازی کنترل کننده فازی ......................................................................... 74شکل (6-13): آرایش توابع گوسین کنترل کننده عصبی- فازی در ساختار های اول و دوم(آرایش یکنواخت) . 75شکل (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) ................................................ 76شکل (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) ........... 76شکل (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) ........ 76شکل (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) ................................................. 77شکل (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) ........... 78شکل (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) ....... 78شکل (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) ................................................... 81شکل (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) ........... 81شکل (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) ....... 81شکل (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) ................................................. 82شکل (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) .......... 82شکل (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) ....... 82جدول (6-2): نتایج شبیه سازی و پیاده سازی کنترل کننده عصبی- فازی .......................................................... 83 1-1- مقدمهدر 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 انعطاف پذیر 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 (انعطاف ناپذیر) است. اما برای کنترل مطلوب بازوی انعطاف پذیر، کنترل مطمئن تری از حالات انعطاف ناپذیر لازم است تا ارتعاشات اجتناب ناپذیر و بدون محدودیت در آن مد نظر قرار گیرند. 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[. 1-2- ویژگی های مدل سیستماز دیدگاه مدلسازی، طبیعت توزیع یافته دینامیک این بازوها واستعداد طبیعی انعطاف پذیری ساختمان، امکان اینکه بتوان مدل دقیقی با بعد معین بدست آورد، را غیر ممکن می سازد. در نتیجه مدلی غیرخطی، متغیر با زمان و با مرتبه بالا ( از نظر تئوری بی نهایت ) خواهیم داشت ]3[.علاوه بر این، به علت ناهم خوانی موقعیت سنسورها و محرکها (ورودی ها و خروجی ها)، چنانچه مستقیما موقعیت انتهای بازو را به عنوان خروجی بگیریم، منجر به کنترل غیر متمرکز[1] و رفتار دینامیک غیر مینیمم فاز خواهد شد. به عبارت دیگر، تابع تبدیل حلقه باز سیستم از محل اعمال گشتاور در مفصل تا موقعیت انتهای بازو، صفر های ناپایدار خواهد داشت.این ویژگی تا وقتی که بهره پایداری حلقه بسته مد نظر باشد، محدودیت های شدیدی را بر طراحی کنترل کننده تحمیل می کند ]3[.از اینها گذشته، به علت کمتر بودن تعداد محرکها نسبت به درجات آزادی سیستم، سیستم کنترل زیر فعال[2]  خواهد بود که خود محدودیت های زیادی را بر آنچه که از طریق  کنترل  کردن می توان به آن دست یافت، ایجاد می کند. زیرا با تنها یک ورودی باید بتوانیم جابجایی زاویه ای بازو را به نحوی کنترل کنیم که میزان نوسانات انتهای بازو میرا شود ]3[. 1-3- چرا کنترل هوشمندسیستم های مکانیکی که به صورت نرم افزاری شبیه سازی شده اند، معمولاً ویژگی های اجزای صلب را نشان می دهند، در حالی که، در واقعیت محرکها، بازوها و مفصل ها، به دلیل اینکه صلب مطلق نیستند، نسبت به آنچه که به صورت تئوری بدست می آید، تاحدودی کاهش در عملکرد کنترل را نشان می دهند. استفاده از یک سیستم کنترل خاص ، یکی از راه های حل این مشکل است ]5[.از طرفی، توصیف دقیق دینامیک یک سیستم غیر صلب، به خاطر ویژگی خاص مدل سیستم، مثل غیر خطی بودن، مرتبه بالا و متغیر با زمان بودن معادلات مدل سیستم ، کار بسیار پیچیده ای است ]5[.مدل های تخمین زده شده توسط روش های معمول ریاضی مثل معادلات دیفرانسیلی نیوتن–اویلر یا لاگرانژ-اویلر، نیاز به ظرفیت محاسباتی بالا و اطلاعات از پیش تعیین شده در مورد پارامترهای سیستم دارد که استفاده کاربردی از آنها را در سیستم های کنترل محدود می کند. بنابراین وجود نا معینی های دینامیک سیستم، مهمترین فاکتوری است که استفاده از روش های کنترل کلاسیک را برای تحلیل سیستم های کنترل غیر صلب نامناسب می کند ]5[.در طول سال های زیادی، مهندسان کنترل کلاسیک با مدل های ریاضی کار می کردند و اطلاعات بیشتری از سیستم بدست نمی آوردند. اما امروزه مهندسان کنترل علاوه بر اینکه از تمام مراجع اطلاعات کلاسیک استفاده می کنند، از کنترل کننده های غیر کلاسیک، از جمله کنترل کننده هوشمند نیز که به عنوان یک کنترل کننده آزاد از مدل[3] شناخته می شود، استفاده می کنند. از داده های عددی (ورودی/خروجی) و/ یا اطلاعات فرد خبره به عنوان یک مدل تخمینی استفاده می کنند و کنترل کننده ای براساس قانون اگر-آنگاه[4] فازی و یا بر اساس شبکه عصبی با گره هایی در چند لایه طراحی می کنند ]6[.تحلیل مقالاتی که به کنترل سیستم های انعطاف پذیر با روش های هوشمند از طریق شبکه عصبی پرداخته اند ، نشان از نتیجه مطلوب کنترل کننده های عصبی با آموزش بهنگام[5]، برای غلبه بر مشکل نامعینی و وابسته به زمان بودن دینامیک سیستم ، دارد. نگاشت غیرخطی، طبیعت تطبیقی[6] و توانایی برخورد با عدم قطعیت ها، در شبکه های عصبی آنها را ابزار توانمندی برای کنترل بازوی انعطاف پذیر ساخته است ]4[.استفاده کاربردی از تئوری مجموعه های فازی در کنترل سازه های انعطاف پذیر نیز روز به روز علاقمندان بیشتری پیدا می کند. کنترل کنندههای فازی، بستری ساده و مقاوم[7] برای ایجاد قوانین کنترلی غیرخطی می باشند که توانایی اصلاح نامعینی و بی دقتی را هم دارند. چنانچه توصیف زبانی[8] از کنترل موجود باشد یا بتوان ایجاد کرد، کنترل کننده های فازی می توانند بدون مدل ریاضی سیستم طراحی شوند و پیاده سازی براساس توصیف زبانی هم به صورت تئوری و هم به صورت عملی ممکن است. بنابراین منطق فازی می تواند ابزار مناسبی برای کنترل سیستم هایی مانند بازوی انعطاف پذیر باشد که مدل ریاضی دقیقی ندارند ]8[.در کنار این ها کنترل فازی تطبیقی یا کنترل عصبی- فازی نیز مطرح می شود که بنای کار در این پایان نامه می باشد. کنترل عصبی- فازی علاوه بر داشتن مزایای کنترل فازی به عنوان یک کنترل قانونمند و مقاوم، از مزیت تطبیقی بودن شبکه های عصبی هم بهره می برد و می تواند به صورت بهنگام خود را با نا معینی ها و تغییرات نقطه کار سیستم بازوی انعطاف پذیر Quanser تطبیق دهد. علاوه بر این میزان حساسیت به شرایط اولیه نیز کاهش می یابد که این امر در پیاده سازی کنترل کننده روی سیستم Quanser بیشتر خود را نشان می دهد.[1] Non-collocated[2] Under Actuated[3] Model-free[4] If-Then Rules[5] Online[6] Adaptive[7] Robust[8] Linguistic Descriptionتعداد صفحه :112قیمت : 14000تومان

بلافاصله پس از پرداخت ، لینک دانلود پایان نامه به شما نشان داده می شود

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        09309714541 (فقط پیامک)        info@arshadha.ir

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

--  -- --

مطالب مشابه را هم ببینید

فایل مورد نظر خودتان را پیدا نکردید ؟ نگران نباشید . این صفحه را نبندید ! سایت ما حاوی حجم عظیمی از پایان نامه های دانشگاهی است. مطالب مشابه را هم ببینید. برای یافتن فایل مورد نظر کافیست از قسمت جستجو استفاده کنید. یا از منوی بالای سایت رشته مورد نظر خود را انتخاب کنید و همه فایل های رشته خودتان را ببینید