Obecnie projektuję ramię robota z 6-DOF, a moim celem jest możliwość podania wartości zadanych dla pozycji 3D, prędkości i orientacji ( ).
Do tej pory miałem tylko kontrolę sprzężenia zwrotnego dla systemów SISO w College'u, więc biorąc pod uwagę krzywą uczenia się sterowania wielowymiarowego, czy powinienem podejść do tego problemu, próbując modelować system jako MIMO lub wiele SISO?
Jeśli to możliwe, proszę wymienić możliwe wady i zalety każdej strategii.
Odpowiedzi:
Witamy w Robotics.SE! Nie jest to dokładnie moja dziedzina wiedzy, ale pozwól, że dam ci kilka wskazówek.
Bardzo powszechnym podejściem do kontrolowania manipulatorów jest najpierw zaprojektowanie dobrych kontrolerów prędkości połączenia, w wspomnianym podejściu „wielokrotnego SISO”. Następnie użyłbyś kinematyki odwrotnej, aby określić w każdym momencie, jakie prędkości połączenia powinny być idealnie, aby osiągnąć pożądaną pozycję efektora końcowego. Zakładając, że dynamika twojej pętli kontroli prędkości jest wystarczająco szybka, powinieneś być w stanie osiągnąć te prędkości. Model kinematyczny manipulatorów jest zwykle uzyskiwany w kategoriach parametrów Denavita – Hartenberga.
Biorąc pod uwagę, że jest to często robione dla robotów i prawdopodobnie wystarcza do twoich celów, sugeruję, abyś zastosował to podejście.
W klasie kontroli nieliniowej, którą wziąłem, widzieliśmy model MIMO dla manipulatorów robotów. Nie jestem tego w 100% pewien, ale myślę, że możesz tego użyć, jeśli interesuje Cię modelowanie nie tylko kinematyki, ale także dynamiki.
Główna różnica polega na tym, że w tym scenariuszu wszystkie położenia i prędkości połączeń wpływają na macierz bezwładności, Coriolisa i siły odśrodkowe oraz tłumienie w sposób nieliniowy i zwykle nie do rozdzielenia. Musiałbyś więc nie tylko przyzwyczaić się do sterowania MIMO, ale musiałbyś także przyjrzeć się sterowaniu nieliniowemu.
Jak powiedziałem, to nie jest moja specjalizacja, więc jeśli ktoś myśli, że powiedziałem bełkot, chętnie bym go poprawił.
Zestaw równoległych kontrolerów SISO jest podzbiorem kontrolerów MIMO, więc MIMO jest co najmniej tak samo potężny i być może potężniejszy. Jeśli chodzi o zalety i wady, nie widzę powodu, aby używać równoległego SISO, z wyjątkiem tego, że możesz być dla niego wygodniejszy, więc łatwiej jest to zrobić.
To powiedziawszy, system może być rozdzielany przez siłownik, w którym to przypadku może wyskoczyć jako kilka problemów SISO. Chociaż systemy sterowania są moim obszarem, nie pracuję na robotach, więc nie mogę powiedzieć, czy to jest przypadek twojego problemu.
Inną rzeczą, którą często się robi, jak zauważył georgebrindeiro, jest rozbicie problemu na wewnętrzne i zewnętrzne pętle sterowania, w których wewnętrzne pętle pozwalają zignorować większość
Nigdy wcześniej nie widziałem MIMO używanego w tym kontekście, ale widzę, jak SISO może mieć zastosowanie.
Większość systemów robotycznych, które widziałem, były agregatami sterowników silników jednoosiowych ( wiele SISO ), z których każdy miał tylko jeden enkoder do wykrywania i jeden silnik do uruchamiania. Tak więc każda oś była SISO , ale robot jako całość był MIMO .
Niektóre systemy, nad którymi pracowałem, miały znaczny luz między silnikiem / enkoderem obrotowym a enkoderem obciążenia / liniowym, dlatego zaimplementowałem podwójne pętle sprzężenia zwrotnego, z jednym wyjściem sterującym silnikiem, ale dwoma enkoderami. Enkoder obrotowy na silniku służył przede wszystkim do dokładnego śledzenia prędkości, natomiast enkoder liniowy na obciążeniu służył do kompensacji luzu na przekładni (ślimakowej) oraz do zapewnienia dokładnych informacji o położeniu i śledzenia.
Uważam, że w przypadku większości systemów sterowania te tradycyjne metody sterowania są najbardziej potrzebne, jednak zdarzają się wyjątki.
Widziałem tylko jeden system, który mógł skorzystać z prawdziwie systemu sterowania MIMO i był to system o podobnych cechach do twojego, ale który także potrzebował kontrolować siłę przyłożoną przez punkt narzędzia robota. My zrobiliśmy zaimplementować to z tradycyjnym stwardnienie SISO podejścia, ale to wymaga wyjątkowo starannej strojenie, i nie jestem przekonany, że stara się wykorzystać jakąś formę techniki komputerowej momentem byłby łatwiej tak.
Sugerowałbym, aby rozpocząć od podejścia opartego na wielu SISO, a jeśli to nie zapewni wymaganej wydajności lub cech, należy zbadać bardziej zaawansowane metody. Przynajmniej do tego momentu dowiesz się znacznie więcej o kinematyce i dynamice twojego systemu.