كنترل فازي تطبيقي ربات تك چرخ الكتريكي

Adaptive Fuzzy Control of an Electrical Single-Wheel Robot

در اين مقاله‏‌، براي نخستين بار طرح كنترل فازي تطبيقي ربات تك چرخ چهار درجه آزادي با وجود محركه‎هاي الكتريكي ارايه مي شود. نوآوري ديگر مقاله، ارايه مدل جديدي از ربات تك چرخ چهار درجه آزادي براي اجراي راهبرد كنترل ولتاژ و راهبرد كنترل گشتاور است. ديناميك حركت، به‎صورت سيستم غيرخطي و چند متغيره با اثر متقابل بين ورودي ها و خروجي ها توصيف مي‎شود. ربات تك چرخ مانند آونگ وارون در وضعيت ناپايدار قرار دارد. علاوه بر آن، تعداد محركه هاي ربات، كمتر از تعداد درجات آزادي آن است. پيچيدگي ديناميك ربات، اهميت طراحي كنترل كننده را دو چندان مي سازد. در اين تحقيق، كنترل كننده خطي سازي پسخورد مبتني بر مدل با راهبرد كنترل گشتاور طراحي مي‎شود. سپس، كنترل كننده فازي تطبيقي غيرمستقيم با راهبرد كنترل ولتاژ نيز، طراحي مي شود كه پايداري سيستم كنترل را در حضور عدم قطعيت تضمين مي‎كند. پايداري نقطه تعادل، با روش مستقيم لياپانوف بررسي مي شود. نتايج شبيه سازي، موفقيت كنترل كننده را در حفظ تعادل و پايداري ربات تك چرخ نشان مي دهد.

In this paper, a novel adaptive fuzzy control design for a four degrees of freedom single-wheel robot including its electric motors is presented. Another novelty of this paper is to derive a novel model for this robot for using voltage control strategy in the control design. The dynamics of motion is described as a nonlinear multivariable system with couplings between inputs and outputs. Similar to an inverse pendulum, the single-wheeled robot is in the instable equilibrium point. In addition, number of actuators of robot are less than the degrees of freedom of robot. The control design becomes so important due to this complexity. Based on the derived model in this research, a novel feedback linearization controller by using torque control strategy is designed. Then, a novel indirect adaptive fuzzy controller in voltage control strategy is designed. The stability is guaranteed in the presence of uncertainties. The stability of equilibrium point is analyzed by direct method of Lyapunov. Simulation results show the effectiveness of controllers to keep the balance and stability of the single-wheel robot.