مقایسه کارایی کنترلر پیش بین بر اساس مدل (MPC) و کنترلر تناسبی -مشتق - انتگرال گیر(PID) تطبیقی

برای ردیابی دقیق مسیر توسط ربات، روش های کنترلی متعددی ارائه شده اند. از جمله پرکاربردترین آنها در صنعت روش PID است که بر اساس فیدبک از موقعیت کنونی ربات و محاسبه خطا و اعمال فرمان کنترلی متناسب با خود، مشتق و انتگرال خطا عمل می کند. این روش برای شرایط غیرخطی و فرآیندهایی با تغییرات سریع پاسخگو نیست. ضمن آنکه مشکلات تیونینگ را به همراه دارد. از جمله حرکات با فرکانس بالا و دامنه کم، حرکات طبیعی ارگان های بدن همچون ضربان قلب و تنفس در جراحی رباتیک، و یا پروسس هایی با فرکانس بالا نظیر برج های تقطیر و برج خشک کن در صنعت است. تناوبی بودن این حرکات پیش بینی آن را متحمل تر می کند. روش مطرح دیگر روش کنترل پیش بین بر اساس مدل است که با در دست داشتن مدلی تخمینی از سیستم رفتار آتی پلنت را پیش بینی می کند. خطای مابین مقدار پیش بینی و مقدار مطلوب در تابع هزینه بکار رفته و با کمینه سازی این تابع، فرمان کنترلی برای چند گام بعدی محاسبه می شود. به این ترتیب کنترلر در ساختاری پویا همزمان با تغییرات و محدودیت های سیستم طراحی می شود. هر یک از این دو روش در شرایط خاص مزایا و معایبی را به همراه دارند. روش های تطبیقی عموما برای بهبود کنترل PID و ساده سازی های دینامیکی برای بهبود روش پیش بن ارائه شده اند. در این مطالعه هر دو روش بر روی بازوی یک درجه آزادی برای ردیابی مسیر پله و سینوسی در دو فرکانس کند و سریع بررسی شده است. نتایج از بهینه و نزدیک به ایده آل بودن روش پیش بین نسبت به روش PID حکایت دارد. ضمن آنکه روش MPC، همزمان حد اشباع عملگر را حفظ می کند و رفتار smooth تری را نشان می دهد. ویژگی داتی موجب شده تا در قیاس با روش PID در حرکات سریع، رفتار بسیار بهتری نشان دهد.

کلیدواژه ها:

کنترلر پیش بین بر اساس مدل ، کنترلر تناسبی-مشتق گیر-انتگرال گیر ، حرکات فرکانس بالا ، بازوی رباتیک ، قید عملگر