Original title:
Optimization of a Parallel Mechanism Design with Respect to a Stewart Platform Control Design
Translated title:
Optimization of a Parallel Mechanism Design with Respect to a Stewart Platform Control Design
Authors:
Březina, Lukáš ; Palčák,, František (referee) ; Čech, Vladimír (referee) ; Singule, Vladislav (referee) ; Malenovský, Eduard (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2010
Language:
eng Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[eng][cze]
Předkládaná práce se zabývá návrhem modelu dynamiky paralelního manipulátoru optimálního pro účely návrhu řízení. Zvolený přístup je založen na modelování dynamiky systému v simulačním prostředí Matlab SimMechanics následovaném linearizací modelu. Výsledný stavový lineární model mimo jiné umožňuje snadné posouzení řiditelnosti a pozorovatelnosti modelu. Díky své relativní jednoduchosti je model také výpočetně nenáročný. Přístup je demonstrován na návrhu dvouvrstvého řízení SimMechanics modelu Stewartovy platformy, na kterém bylo následně navržené řízení úspěšně testováno. Podstatná část práce obsahuje přístup k modelování neurčitých parametrů dynamického modelu Stewartovy platformy a stejnosměrného motoru Maxon RE 35 a jeho výsledky. Předložený přístup je založen na modelování parametrické neurčitosti způsobem, kdy je neurčitost definována individuálně pro jednotlivé prvky stavových matic modelu. Samotná neurčitost je potom určena rozdílem mezi jednotlivými parametry příslušných matic nominálního modelu a modelu se stanovenou maximální neurčitostí parametrů. Výsledný neurčitostní model je vzhledem ke své stavové reprezentaci vhodný pro návrh regulátoru založeném na metodách návrhu robustního řízení, například minimalizaci normy H-nekonečno. Popsaná metoda byla použita pro kompenzaci posunu mezi pracovními body, okolo kterých je prováděna linearizace a pro kompenzaci nepřesnosti modelování vybraných parametrů modelů Stewartovy platformy a stejnosměrného motoru. Získané modely (v prostředí SimMechanics a neurčitostní model) byly experimentálně porovnány s chováním jednoho z lineárních pohonů Stewartovy platformy. Rozdíl v datech obdržených ze simulace v prostředí SimMechanics a naměřených na reálném stroji byl téměř kompletně pokryt neurčitostním modelem. Prezentovaná metoda neurčitostního modelování je velice univerzální a aplikovatelná na libovolný stavový model.
The proposed work is dealing with an optimal model of a parallel manipulator dynamics for a control design purposes. The approach is based on modeling of the system dynamics in Matlab Simmechanics followed by the model linearization. The obtained linear model may be simply inspected from the controllability and observability point of view. It is also computational modest thanks to its simplicity. This is demonstrated on designing of a two – layer control for a model of a Stewart platform. The control based on such a linear model was successfully tested on the original nonlinear model. The essential part of the the work is dealing with modeling of uncertain parameters in the dynamic model of the Stewart platform and DC motor Maxon RE 35. The proposed approach is based on modeling of a parametric uncertainty where the uncertainty is defined individually for particular elements of the model state matrices. The uncertainty itself is set by the difference between parameters of corresponding matrices of the nominal linear model and model with maximally perturbed parameters. The obtained uncertain model is for its form suitable for the robust control design methods, for example via minimizing an H-infinity norm. The method was used for a compensation of the shifting of the linearization operating points in the Stewart platform and for compensation of the modeling inaccuracy of selected parameters in the Stewart platform and the DC motor model. The obtained models (SimMechanics and uncertain state - space) were compared with the single linear actuator of the Stewart platform. The difference between the simulated SimMechanics model and measured data was almost completely covered by the uncertain model. The method is highly versatile and applicable on any state-space model.
Keywords:
parametrická neurčitost; simulační modelování; Stewartova platforma; parametric uncertainty; simulation modeling; Stewart platform
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/1175
guest ::
