أمثلية السرب الذكي لوحدة تحكم في الحركة لمناول الروبوت المستندة على مصفوفة البوابات المنطقية القابلة للبرمجة

الباحث

سهاد قاسم غلام حسين حداد

المشرف

حنان عبد الرضا عكار

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الكهربائية / هندسة الالكترونيك والاتصالات

الشهادة

دكتوراه

السنة

2022

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

Swarm optimization;Robot manipulator;Motion controller;FPGA

تتمثل أصعب مهمة للباحث في الروبوتات هي التحكم في مناور الروبوت بكفاءة عالية ودقيقة. يقدم هذا العمل تقنيات دقيقة وسريعة لتحسين معلمات مناور الروبوت DOF-3 ، وهذا النوع من الروبوتات مخصص للعمل الأكاديمي والتعليمي ويستخدم أيضًا في المجال الطبي. حيث أن روابط هذا الروبوت كلها مفاصل دوارة أو مفصلية مع وصلات تسلسلية . تم في هذا العمل أقتراح أستخدام خوارزميات السرب الذكية (PSO) لتحسين وضبط مكاسب وحدات Sail المقترحة ، مع اقتراح Cue si من وحدات التحكم. أولاً ، تم استخدام المشتق التكاملي النسبي التقليدي (PID) ، و التحكم في وضع الانزلاق المتكامل ( (ISMC هو المسيطر الإضافي الثاني الذي تم أقتراحه ، وتم استخدامه لتحقيق مبدأ التحكم الكبير في الانزلاق و تحكم الوضع النهاني. كما تم استخدام خوارزمية التحسين الذكي لسرب الجسيمات (PSO) و خوارزمية تحسين العنكبوت الاجتماعي(9550) للحصول على أفضل القيم لمعلمات وحدات التحكم ، ولتحقيق التناسق والاستقرار والمتانة في عمل مسيطر ذراع الروبوت . تم استخدام برنامج MATLAB في محاكاة نموذج الروبوت، وذلك لتسريع حوسبة الحركة الامامية AS pall g ، العكسية ، والنموذج الديناميكي لمناور الروبوت الذي يحتوي على ثلاثة أذرع. بينت النتائج التي تم الحصول عليها إن وحدة التحكم بوضع الانزلاق المتكامل المعدل مع خوارزمية تحسين العنكبوت الاجتماعي (ISMC / SSO) أعطت أفضل النتائج من حيث استجابة المرحلة المستقرة ، والحد الأدنى من معدل الخطأ التربيعي مع أفضل وظيفة موضوعية ، وعزم دوران ثابت ، وحالة ثابتة مقبولة لتتبع المسارات المختلفة والتي تم تصميمها لغرض معرفة مدى كفاءة الروبوت مثل المسار الدائري والمسار المربع ، أضافة الى أزالة التذبذبات والضوضاء غير المرغوبة في المسيطر الخاص بتحكم في الوضع المنزلق التقليدي. تم الحصول على أفضل ملائمة لخوارزميات التحسين مع متوسط الخطا التربيعي RMSE والوظيفة الموضوعية Object Function) ) لكل من خوارزمية تحسين سرب الجسيمات (PSO) = 3 3.7930 ، اما بالنسبة الى خوارزمية تحسين العنكبوت الاجتماعي (SSO) فكانت = 1.7270 .e 4 أخيرًا ، تم تنفيذ وحدة التحكم المقترحة المشتق التكاملي النسبي مع خوارزمية السرب الذكية باستخدام البوابات المنطقية القابلة dae pall موقعيا باستخدام منصة Spartan 6 FPGA 511102 باستخدام برنامج )14.7 ،(Xilinx System Generator XSG / ISE Design Suite وبالتعاون مع MATLAB 44 ، وباستخدام طريقة Hardware- In the- Loop (HIL) . ومن النتائج المستحصلة من التصميم المقترح؛ يمكن ملاحظة أن إجمالي عدد الاستخدام للشرائح المشغولة هو 19/ ، وعدد أزواج 1171-15 المستخدمة بالكامل هو 7243 ٠ ونتيجة لهذه النتائج ، فإن 6 FPGA Spartan ، يعتبر خيارفعال ومناسب لتنفيذ وحدة التحكم TSMC حيث تعكس النتائج التجريبية لوحدات التحكم المقترحة نفس النتائج التي تم الحصول عليها في نتائج المحاكاة للاستجابة والمسار المطلوب لوحدة التحكم.

The most difficult task for a robotics researcher is to control the robot manipulator with adequate overall efficiency. This work presents accurate and fast techniques for optimizing the parameters of a 3-DOF articulated robot, this kind of robot is intended for academic and educational work and it is also used in the medical field. The links of the 3- DOF are all rotary or revolute joints with serial connections. The optimization technique focuses on the Intelligent Swarm Algorithms (ISA) that are used for optimizing and tuning the gain of the proposed controllers, with two types of controllers being suggested. The first, is the conventional Proportional Integral Derivative (PID) is used. Furthermore, the Integral Sliding Mode Control (ISMC), is the second proposed concept, it was implemented with the dynamic system to achieve the high control theory of sliding mode controller. The Intelligent Particle Swarm Optimization (PSO) and Social Spider Optimization (SSO) have been used for obtaining the best values for the parameters of the controllers, to achieve consistency, stability, and best trajectory tracking. MATLAB/Simulink with M-file function are used for computing the Forward kinematic, Inverse Kinematic, and Dynamic Model of the 3-DOF robot manipulator. The results show that the integral sliding mode with the SSO algorithm (ISMC/SSO) gives the best results according to our knowledge, in terms of stable control signal, minimum Root Means Square Error with best objective function, reasonable steady-state and good trajectory tracking for several paths that were utilized, such as; circular and square trajectories, as well as removing the disadvantage of the chattering phenomenon in SMC. The iteration of (SSO) and (PSO) algorithms with Root Mean Square Error (RMSE) and objective function are obtained, with best fitness for (SSO) = 1.7270 e−4 and (PSO) = 3.7930 e−3. Finally, the hardware has been implemented for PID, and ISMC by using Xilinx Spartan 6 FPGA XC6SLX9FTG256 platform using Xilinx System Generator XSG/ ISE Design suite 14.7 program, in cooperation with MATLAB environment and Xilinx Program in a Hardware- In - Loop (HIL) method with sampling time equals (Ts =10 m Sec.). So, for the ISMC the total utilization number of occupied Slices is 19%, the number of fully used LUT-FF pairs is 43%, Due to these results, the FPGA Spartan 6, is suitable and effective to implement the ISMC controller, where the experimental results of the proposed controllers reflect the same results obtained by the simulation results for the response and the desired trajectory of the controller.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب