بررسي پارامترهاي كنترلي ربات ماهي دولينكي در حركت نقطه به نقطه

Investigation of effective parameters in point to point control for two-link fish robot

در اين مقاله بررسي مدل ديناميكي، كنترل موقعيت و توليد مسير براي يك ربات ماهي دو لينكي ارائه شده است. براي اين منظور از مدل ديناميكي يك ربات ماهي دو لينكي مبتني بر نظريه‌ي هيدروديناميكي لايت‌هيل استفاده مي‌شود. با انجام شبيه‌سازي‌هاي متعدد، ورودي‌هاي موثر و نحوه‌ي تاثير آن‌ها بر سرعت خطي ربات، شعاع انحنا‌ي مسير و راندمان هيدروديناميكي بررسي مي‌گردد. جهت توليد مسير به روش نقطه به نقطه، كنترل كننده‌اي براي موقعيت ربات طراحي مي‌شود. با تعريف نقطه‌ي هدف و خطاهاي زاويه و فاصله، استراتژي طراحي كنترلر بر اساس محدود نمودن خطاي زاويه در يك همسايگي محدود صفر اتخاذ مي‌گردد. نشان داده مي‌شود كه محدود نگاه داشتن خطاي زاويه در يك همسايگي ده درجه‌اي صفر، موجب مي‌شود خطاي فاصله نيز خود به خود به سمت صفر ميل كند. برخلاف روش‌هاي پيشين، كه در آن‌ها ميل دادن همزمان خطاهاي زاويه و فاصله به سمت صفر، موجب صرف تلاش كنترلي فراواني مي‌شد، استراتژي كنترلي پيشنهاد شده در اين مقاله علاوه بر بهبود عملكرد ربات ماهي با صرف تلاش كنترلي كمتر، موجب ساده‌تر شدن ساختار كنترلر و بي‌نيازي آن از پسخورد سرعت نيز مي‌شود. در نهايت با استفاده از نتايج بررسي‌هاي انجام شده بر روي مدل، نشان داده مي‌‌شود كه استفاده از دامنه‌ي حداقل براي ربات دو لينكي متوسط راندمان هيدروديناميكي مسير را به قدر كافي به مقدار بهينه‌ي آن نزديك مي‌نمايد.

In this paper dynamic model analysis, position control and locomotion generation of a 2-link robotic fish has been presented. For this purpose, the dynamic model of a 2-link robotic fish based on Lighthill hydrodynamic theory is employed. The effect of system inputs on robot linear velocity, radius curvature of path and hydrodynamic efficiency is investigated with a large amount of simulations. A position controller is designed to generate path by the point to point method. By defining target point and angle and distance errors, control design strategy is proposed to limit the angle error to the neighborhood of zero. It is shown that bounding angle error in a ten degree neighborhood of zero, makes the distance error tend to zero. Despite former methods in which, driving both angle and distance errors to zero simultaneously result in huge control effort, the proposed control strategy in addition to improve performance by spending less control effort, make the controller structure simpler and no need to velocity feedback. Finally by using the results of model analysis, it is shown that using minimum amplitude for the 2-link robot drives the average hydrodynamic efficiency of path close enough to its optimum value.