Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Effective nonlinear predictive and CTC-PID control of rigid manipulators

Tatjewski Piotr

Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems

|

2024

|

Vol. 18, No. 2

1--16

EN

Effective nonlinear control of manipulators with dynamically coupled arms, like those with direct drives, is the subject of the paper. Model-based predictive control (MPC) algorithms with nonlinear state-space models and most recent disturbance attenuation technique are proposed. This technique makes controller design and online calculations simpler, avoiding necessity of dynamic modeling of disturbances or resorting to additional techniques like SMC. The core of the paper are computationally effective MPC-NPL (Nonlinear Prediction and Linearization) algorithms, where computations at every sample are divided into two parts: prediction of initial trajectories using nonlinear model, then optimization using simplified linearized model. For a comparison, a known CTC-PID algorithm, which is also model-based, is considered. It is applied in standard form and also proposed in more advanced CTC-PID2dof version. For all algorithms a comprehensive comparative simulation study is performed, for a direct drive manipulator under disturbances. Additional contribution of the paper is investigation of influence of sampling period and of computational delay time on performance of the algorithms, which is practically important when using model-based algorithms with fast sampling.

2

Nieliniowe sterowanie predykcyjne ramion manipulatorów

Tatjewski Piotr

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2023

|

R. 27, nr 2

47--58

PL

Przedmiotem artykułu są algorytmy sterowania predykcyjnego (typu MPC - Model Predictive Control) ramion manipulatorów sztywnych. Zastosowano MPC z modelem w przestrzeni stanów i wykorzystano najnowszą technikę tłumienia zakłóceń i błędów modelowania, pozwalającą uniknąć dynamicznego modelowania zakłóceń lub uciekania się do dodatkowych technik ich eliminowania, takich jak SMC. Rozważane są przede wszystkim najbardziej efektywne obliczeniowo algorytmy MPC-NPL (NPL - Nonlinear Prediction and Linearization), w dwóch wersjach: z optymalizacją QP (Quadratic Programming) z ograniczeniami i z jawną optymalizacją bez ograniczeń i spełnieniem ograniczeń nierównościowych a posteriori. Dla wszystkich rozważanych algorytmów przeprowadzono kompleksową analizę symulacyjną sterowania manipulatorem z napędem bezpośrednim, przy dwóch rodzajach zakłócenia: zewnętrznym i parametrycznym. Wyniki porównano z uzyskanymi dla znanego algorytmu CTC-PID (CTC - Computer Torque Control), uzyskując lepszą jakość regulacji algorytmami MPC. Zbadano wpływ długości okresu próbkowania i obliczeniowego opóźnienia sterowania na jakość regulacji, co jest istotne dla algorytmów z szybkim próbkowaniem opartych na modelach.

EN

The subject of the article are predictive control algorithms (of MPC type - Model Predictive Control) for rigid manipulator arms. MPC with a state-space model and with the latest disturbance and modeling error suppression technique was applied, which avoids dynamic disturbance modeling or resorting to additional disturbance cancellation techniques, such as SMC. First of all, the most computationally efficient MPC-NPL (Nonlinear Prediction and Linearization) algorithms are considered, in two versions: the first with constrained QP (Quadratic Programming) optimization and the second with explicit (analytical) optimization without constraints and satisfying a posteriori inequality constraints. For all considered algorithms, a comprehensive simulation analysis was carried out for a direct drive manipulator, with two kinds of disturbances: external and parametric. The obtained results were compared with those for the well-known CTC-PID algorithm (CTC - Computer Torque Control), showing better control quality with MPC algorithms. In addition, the influence of the length of the sampling period and of the computational delay on control quality was investigated, which is important for model-based algorithms with fast sampling.

3

Multi-agent system inspired distributed control of a serial-link robot

Soumya S., Guruprasad K. R.

Journal of Automation Mobile Robotics and Intelligent Systems

|

2020

|

Vol. 14, No. 1

29--38

EN

Inspired by the multi-agent systems, we propose a model-based distributed control architecture for robotic manipulators. Here, each of the joints of the manipulator is controlled using a joint level controller and these controllers account for the dynamic coupling between the links by interacting among themselves. Apart from the reduced computational time due to distributed computation of the control law at the joint levels, the knowledge of dynamics is fully utilized in the proposed control scheme, unlike the decentralized control schemes proposed in the literature. While the proposed distributed control architecture is useful for a general serial-link manipulator, in this paper, we focus on planar manipulators with revolute joints. We provide a simple model-based distributed control scheme as an illustration of the proposed distributed model-based control architecture. Based on this scheme, distributed model-based controller has been designed for a planar 3R manipulator and simulations results are presented to demonstrate that the manipulator successfully tracks the desired trajectory.

4

Układ sterowania manipulatorem satelitarnym wykorzystujący algorytm sterowania predykcyjnego

Rybus T., Seweryn K., Sąsiadek J. Z.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Elektronika

|

2016

|

z. 195, t. 2

595--606

PL

Awarie satelitów, chociaż rzadkie, występują pomimo uwzględnienia specyfiki środowiska kosmicznego na etapie projektowania urządzeń. Rozważane jest zastosowanie bezzałogowych pojazdów, które mogłyby przeprowadzać naprawy lub usuwać śmieci kosmiczne z orbity. Kluczowym etapem misji takiego pojazdu jest manewr przechwycenia, które można wykonać za pomocą manipulatora. W artykule przedstawiono koncepcję układu sterowania dla manipulatora satelitarnego. Układ ten złożony jest z modułu planowania trajektorii oraz modułu śledzenia trajektorii, który oparty jest na algorytmie sterowania predykcyjnego. Symulacje numeryczne przeprowadzone dla płaskiego układu z manipulatorem o dwóch stopniach swobody pokazały, że wyniki uzyskiwane z zastosowaniem sterowania predykcyjnego są porównywalne z wynikami uzyskiwanymi z zastosowaniem sterowania adaptacyjnego.

EN

Satellites are designed taking into account harsh conditions of orbital environment. However, the operational lifetime of a considerable number of satellites is shortened by malfunctions. It is considered to use unmanned satellites for on-orbit servicing and active space debris removal. The paper presents control system for free-floating space manipulator that can be used to perform orbital capture maneuvre. This system consists of two modules: trajectory planning module and trajectory realization module (based on Nonlinear Model Predictive Controller). Numerical simulations were performed for a simplified planar case with 2 DOF manipulator and predictive controller was compared with adaptive controller.

5

Modelowanie i sterowanie z siłowym sprzężeniem zwrotnym elektrohydraulicznego manipulatora w środowisku wirtualnym

Owczarek P., Rybarczyk D., Stefański F.

Modelowanie Inżynierskie

|

2013

|

T. 15, nr 46

83--87

EN

The article describes the use of the digital modeling and 3D visualization of electrohydraulic manipulator work, controlled by a haptic joystick (with force feedback). The aim of the research is modeling and control of the manipulator with untypical parallel kinematics in avirtual environment. Virtual manipulator retrace movements of real manipulator in distant form operator. The coordinates of configuration manipulator was reading and sending by the wireless communication. Virtual environment allows collision detection and obstacle friction motion. An information about the environment is based on force and visual feedback. Designed environment can be used as a simulator to learn to manipulate devices with electrohydraulic drives.

PL

Artykuł opisuje zastosowanie technik modelowania cyfrowego i wizualizacji 3D pracy manipulatora z napędami elektrohydraulicznymi, sterowanego za pomocą dżojstika z siłowym sprzężeniem zwrotnym. Obiektem badań jest manipulator o nietypowej, równoległej kinematyce, który został zamodelowany i umieszczony w środowisku wirtualnym. Wirtualny manipulator odzwierciedla ruchy będącego w pewnej odległości od operatora rzeczywistego urządzenia, odczytując jego współrzędne konfiguracyjne poprzez komunikację bezprzewodową. Wirtualne środowisko umożliwia wykrywanie kolizji oraz oporów ruchu przesuwanej przeszkody. Do operatora dostarczana jest informacja z wizyjnego i siłowego sprzężenia zwrotnego. Zaprojektowane środowisko może zostać wykorzystane jako symulator do nauki manipulowania urządzeniami z napędami elektrohydraulicznymi.

6

Adaptacyjne sterowanie manipulatorem z ograniczeniem momentu

Kabziński J.

Przegląd Elektrotechniczny

|

2012

|

R. 88, nr 4b

104-109

PL

Na przykładzie sterowania manipulatorem przedstawiono koncepcję modyfikacji algorytmu adaptive backstepping pozwalającą na jego stosowanie w przypadku ograniczenia sygnału sterującego. Wykorzystano koncepcję filtru różnicy miedzy sygnałem na wejściu i wyjściu elementu ograniczającego. Wszystkie parametry obiektu, łącznie ze wzmocnieniem sygnału sterującego mogą być nieznane.

EN

Using nonlinear manipulator as an example we propose modification of adaptive backstepping control, which allows to use it in case of actuator saturation. We apply an idea of filtering the difference between saturation input and output. All plant parameters, also the control gain may be unknown.

7

The electrooculography control system

Pakulski D., Gmerek A.

Pomiary Automatyka Robotyka

|

2012

|

R. 16, nr 12

160-163

EN

The aim of the project described in this paper was to develop the methods of recording and analysis of EOG signals meant for manipulator control. Electrooculography (EOG) is a technique for measuring of the resting potential of an eyeball, indicative of the electrical activity of the retina. This paper presents the complete electrooculographic system which cooperates with the special 2-DOF manipulator. The end-effector of manipulator is a laser pointer. In order to adjust signal to manipulator control, data must be collected and then digitally processed. There has been used the nonparametric model (classifier) based on Artificial Neural Networks (ANN). The task of the classifier was the assignment of an unknown fragment of the signal to one of eight classes of the eyeball movements. Application can be used by handicapped patients, who are able to communicate with others by their eyes only.

PL

Celem projektu było opracowanie metod przetwarzania i analizy sygnałów elektrookulograficznych (EOG) na potrzeby sterowania manipulatorów. Elektrookulografia jest techniką polegającą na pomiarze potencjału szczątkowego gałki ocznej, który wynika z elektrycznej aktywności siatkówki. W pracy przedstawiony jest kompletny system elektrookulograficzny, który steruje laserowym wskaźnikiem o dwóch stopniach swobody. W celu dostosowania sygnału EOG do sterowania manipulatora musi zostać on zarejestrowany przez czuły galwanometr zwany elektrookulografem, a następnie przetworzony w wieloetapowym procesie przetwarzania cyfrowego. Końcowym etapem przetwarzania jest klasyfikacja z wykorzystaniem sztucznych sieci neuronowych. Aplikacja może zostać wykorzystana przez osoby niepełnosprawne mające kontrolę jedynie nad ruchem swoich oczu.