آموزش مقدماتی پیاده سازی کنترل مد لغزشی سیستم های مکانیکی در متلب

در تهیه هر نوع سیستم کنترلی، به طور معمول تفاوت عمده‌ای میان ساختار مدل واقعی و مدل ریاضی که برای کنترل طراحی شده است، وجود دارد که این عدم تطابق ممکن است حاصل از عدم مدل‌سازی دینامیکی، تفاوت‌ها در پارامترهای سیستم و یا تقریب رفتار پیچیده مدل با یک مدل آسان باشد. مهندس باید با وجود چنین عدم تطابقی در مدل و ساختار اصلی از کاربرد عملی کنترل‌کننده حاصل برای تولید سطح عملکرد مورد نیاز اطمینان حاصل نماید که این امر منجر به علاقه شدید به توسعه روش‌های کنترل مقاوم برای حل این مشکلات شده است. یک رویکرد خاص برای طراحی کنترل‌کننده مقاوم، روش کنترل مد لغزشی (Sliding Mode Control) است. کنترل مد لغزشی نوع خاصی از کنترل ساختار متغیر است که این نوع کنترلر به گونه‌ای طراحی شده است تا حالت‌های سیستم را در یک همسایگی از یک تابع سوئیچینگ (Switching) نگه دارد و این رویکرد دو مزیت اصلی دارد: در مرحله اول رفتار دینامیکی سیستم ممکن است با انتخاب خاص تابع سوئیچینگ متناسب شود، ثانیا پاسخ حلقه بسته سیستم به گروه‌های خاص عدم قطعیت‌ها ایمن می‌شود، چنین خاصیت‌هایی ما را برای ایجاد این چنین کنترل‌کننده مقاومی علاقه‌مند می‌کند. به دلیل رفتار مناسب کنترل‌کننده در حضور عدم قطعیت‌ها این کنترلر در سیستم‌هایی نظیر: بازوهای رباتیکی، جرثقیل‌های حمل بار، قطارهای مسافربری، موتورهای الکتریکی و دیگر وسایل صنعتی کاربرد دارد. در این فرادرس به منظور آشنایی اولیه با کنترل مد لغزشی، در درس یکم ابتدا به مفاهیمی از کنترل مد لغزشی و کاربردهای آن‌ها اشاره می‌شود. در درس دوم برای سیستم دینامیکی پاندول معکوس (Inverted Pendulum)، کنترل مد لغزشی، کنترل بر پایه خطی‌ساز فیدبک و کنترل مد لغزشی بر پایه Backstepping پیاده‌سازی می‌شود. در درس سوم و چهارم کنترل مد لغزشی و خطی‌ساز فیدبک برای کنترل دینامیک مستقیم و سپس دینامیک معکوس بازوی ربات‌های دو و سه درجه آزادی مورد استفاده قرار می‌گیرد. تلاش این آموزش پیاده‌سازی کنترل مد لغزشی بر روی سیستم‌های دینامیکی در محیط متلب - سیمولینک (Simulink - MATLAB) است، از این رو دانش اولیه‌ای از کنترل غیر خطی و رباتیک نیازمند است.

فرادرس

هادی بیضایی