كنترل گشتاور يك عملگر تركيبي با حضور نامعيني‌هاي پارامتري و قيود فيزيكي

Torque Control of a Hybrid Actuator in the Presence of Parametric Uncertainties and Physical Constraints

در موتورهاي الكترومغناطيسي، براي افزايش گشتاور قابل اعمال توسط موتور به خروجي، نياز است از يك روتور با ممان‌اينرسي بيشتر استفاده شود. درحاليكه در اغلب كاربردهاي رباتيكي، بخصوص واسط‌هاي هپتيكي، موتورهاي الكترومغناطيسي در وضعيت ديناميكي بوده كه نيروي اينرسي در آن تاثير عمده‌اي دارد. در اين مقاله يك روش كنترلي مقاوم براي نوعي عملگر تركيبي ويسكوز پيشنهاد شده است كه ويژگي بارز آن را مي‌توان قدرت تامين گشتاور متغير مطلوب با حفظ ممان اينرسي كم عنوان كرد. اين عملگر تركيبي شامل دو موتور جريان مستقيم مي‌باشد كه شفت‌هاي آنها با يك كوپلر ويسكوز غير‌تماسي بطور دوراني به يكديگر متصل شده-اند. اين روش اتصال براساس جريان‌گردابي مي‌باشد تا ويژگي‌هاي مورد نظر را تامين نمايد. موتور دور وظيفه حذف و يا كاهش نيرو-هاي اينرسي و همچنين نيروهاي ديناميكي وارد شده به عملگر را دارد. وظيفه موتور نزديك تامين گشتاور مطلوب در خروجي مي-باشد. از آنجايي كه ذات اين سيستم خطي مي‌باشد، روش كنترلي مقاوم پيشنهاد شده بر مبناي Hꝏ بوده و در طراحي آن قيود فيزيكي مانند اشباع ولتاژ موتور‌ها، اشباع سرعت دمپر دوراني، بيشترين سرعت و شتاب وارد شده به عملگر از طرف كاربر و همچنين نويز سنسور نيرو در نظر گرفته شده‌اند. همچنين روش مقاوم µ-synthesis براي سيستم با حضور نامعيني‌هاي پارامتري و ساير قيود فيزيكي بررسي شده‌است. پياده سازي كنترلر طراحي شده بر روي مدل يك واسط هپتيك يك درجه آزادي، دستيابي به ويژگي‌هاي مورد نظر را تائيد مي‌نمايد.

In electromagnetic motors, increase in output torque leads to increase in rotor inertia. Various robotics applications, especially haptic interfaces, necessitate convenient dynamic performances of electromagnetic motors which are in turn strongly influenced by the rotor’s inertia. In the present paper, a robust control method for a viscous hybrid actuator is developed which supplies a desired varying torque while maintaining a constant low inertia. This hybrid actuator includes two dc motors with the shafts coupled through a rotational damper using a viscous non-contact coupler. This coupling method is based on Eddy current to provide the required performances. The large far motor eliminates or reduces the inertial forces and external dynamics effects on the actuator. The small near motor provides the desired output torque. Since the system is essentially linear, the applied robust control method is based on 􀀃H􀮶 and parametric uncertainties and physical constraints including motors’ voltages saturation, rotary damper’s speed saturation, fastest user’s speed and acceleration applied to the actuator and force sensor noise are considered in its design. Also, the robust method of􀀃􀉊-synthesis for the system in presence of parameteric uncertainties and other physical constraints is studied. At the end, the proposed control system’s performance (H􀮶 optimal control) is compared to the previous controller [1] with whole physical constraints and the results indicate the performance improvement. The implementation of the controller on a 1 dof haptic interface model validates the achievement of the desired performances.