كنترل پيش‌بين غيرخطي ربات شش درجه آزادي سكوي استوارت

Nonlinear model predictive control of Stewart platform 6 dof

در اين مقاله كنترل ‌پيش‌بين غيرخطي براي ربات موازي شش درجه آزادي استوارت ارايه‌شده است. كنترل پيش‌بين، مسير كنترلي بهينه ربات را در يك افق محدود و مشخص انتخاب مي‌كند. هدف اصلي اين تحقيق طراحي كنترل‌كننده‌ي پيش‌بين براي ربات شش درجه آزادي استوارت است.‌ در اين پژوهش ابتدا سينماتيك و ديناميك ربات استوارت با در نظر گرفتن ديناميك الكتروموتورهاي محرك‌ها معرفي مي‌گردد. در ادامه به معرفي كنترل‌ پيش‌بين غيرخطي پرداخته‌شده و متناسب با ديناميك ربات شش درجه آزادي، كنترل‌كننده طراحي مي‌شود. با فرض وجود نامعيني‌هاي مختلف براي ربات معادله ديناميكي ربات بازنويسي شده و كنترل‌كننده با توجه به اين نامعيني‌ها طراحي و پايداري كنترل‌كننده با استفاده از نظريه لياپانوف اثبات مي‌گردد. كنترل‌كننده‌ي پيشنهادي با توجه به محدود بودن توان و گشتاور موتورها در عمل، سكوي استوارت را به‌گونه‌اي كنترل مي‌كند كه مسير موردنظر به‌خوبي رديابي گردد. در انتهاي پژوهش براي بررسي روش ارايه‌شده، سكوي استوارت شبيه‌سازي و روش كنترلي پيشنهادي با ديگر روش‌هاي مرسوم ازجمله روش كنترل گشتاور محاسبه‌شده، كنترل مد لغزشي و كنترل‌كننده‌ي تناسبي-انتگرال‌گير-مشتق‌گير ازنظر خطاي رديابي و تلاش كنترلي مقايسه شده است.

This paper presents a nonlinear predictive approach for Stewart platform (6 degrees of freedom). The optimal control is computed directly from the minimization of receding horizon cost function with offline optimization. The main purpose of this research is to design the predictive controller for Stewart platform. In this study, the kinematics and dynamics of Stewart robot are introduced, considering the dynamics of actuators. Following the introduction of nonlinear model predictive control will be discussed and according to robot dynamics, controller will be designed. In addition, given the various uncertainties, robot dynamic equation could be rewritten. The controller is designed according to these uncertainties and then stability control is confirmed using Lyapunov theory. Due to the limited engine power and the output torque electric drive in practice, the proposed controller manages Stewart platform in such a way that it could track the desired trajectory well. To review the proposed method at the end of the study, Stewart platform is simulated and the control method proposed in this paper was compared with computed torque control (CTC) method, sliding mode control and Proportional-Integrator-Differentiation (PID) controller.