طراحي و ساخت عملي كنترل كننده PID مرتبه كسري براي يك ربات تك لينك انعطاف پذير

Design and practical implementation of a fractional order pid controller for a single flexible-link robot

صرفه جويي در انرژي، نسبت پايين جرم ربات به جرم قابل حمل، قابليت بيشتر كار در محيط هاي مختلف، حمل آسانتر قطعات و هزينه ي توليد پايين تر در رباتهاي انعطاف پذير اين ربات ها را نسبت به ربات هاي صلب براي بسياري از محققان و صنايع جذاب تر كرده است. اما به دليل غير خطي بودن سيستم ربات انعطاف پذير و ارتعاشات بالاي آن در نقاط كاري و همچنين حساسيت بيشتر نسبت به اغتشاشات خارجي، كنترل اين نوع رباتها دشوارتر و پيچيده تر است. در اين مقاله يك كنترل كننده براساس حسابان مرتبه كسري براي رباتهاي انعطاف پذير بصورت عملي پياده سازي مي شود. ابتدا مدل ديناميكي يك ربات تك لينكي انعطاف پذير معرفي مي شود. سپس بر روي يك ربات تك لينك انعطاف پذير كه در آزمايشگاه ساخته شده است، كنترل كننده هاي مختلف از جمله كنترل كننده فازي، كنترل كننده PID و كنترل گشتاور PID مرتبه كسري به صورت عملي در آزمايشگاه پياده سازي شده و سپس عملكرد هر يك از كنترل كننده ها در كاهش ارتعاشات بازو در نقطه ي مطلوب نهايي و كاهش خطاي رديابي بررسي ميگردد. علاوه بر اين، براي مقايسه كنترل كننده هاي طراحي شده از نظر مقاوم بودن، يك اغتشاش ثابت و يكسان به همه كنترل كننده ها اعمال شده و عملكرد آنها مقايسه مي گردد. در پايان نتايج حاصل شده از شبيه سازي و پياده سازي آزمايشگاهي ربات، نشان مي دهد كه كنترل گشتاور PID مرتبه كسري بهترين نتايج را در ميان كنترل كننده هاي پياده سازي شده دارد.

Energy saving, low robot mass to carried mass ratio, more ability to work in various environments, easier delivery of parts and lower production costs in flexible robots make these robots more attractive than rigid robots to many researchers and industries. But due to nonlinearities in flexible robot system and high vibration in operation points and also more sensitivity against external disturbances, control of these robots is more difficult and complex. In this paper a controller for a flexible link manipulator based on fractional calculus is practically implemented. At first the dynamic model of a single flexible-link robot is introduced. Then various controllers such as fuzzy control, PID control, and fractional order PID torque control are practically implemented on a single flexible-link robot made in laboratory, and then the performance of each controllers in decreasing of arm vibration in final desired point and tracking error reduction are investigated. Further, to compare the robustness of the designed controllers, a same constant disturbance is applied to all controllers and their performance are compared. Finally, the simulation results and experimental results show that the fractional order PID torque controller has the best results among the implemented controllers.