跳到主要內容

臺灣博碩士論文加值系統

(18.97.14.82) 您好!臺灣時間:2025/02/15 03:14
字體大小: 字級放大   字級縮小   預設字形  
回查詢結果 :::

詳目顯示

: 
twitterline
研究生:黃柏凱
研究生(外文):Po-Kai Huang
論文名稱:球型機器人控制
論文名稱(外文):Control of a Ballbot
指導教授:蕭俊祥蕭俊祥引用關係
口試委員:吳明川盧士一
口試日期:2008-07-21
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺北科技大學
系所名稱:機電整合研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:68
中文關鍵詞:球型機器人分層滑動模式控制欠致動性系統
外文關鍵詞:BallbotHierarchical sliding-mode controlUnder-actuated system
相關次數:
  • 被引用被引用:1
  • 點閱點閱:628
  • 評分評分:
  • 下載下載:17
  • 收藏至我的研究室書目清單書目收藏:1
本文以滑動模式的理論,使用分層滑動模式控制(hierarchical sliding-mode control)的方法控制二階欠致動性系統(under-actuated system)的球型機器人(ballbot)。第一步先將系統分成兩個子系統,對於每個子系統個別定義出滑動面(sliding surface),第二步將一個子系統的滑動面視為第一層滑動面。然後將第一層滑動面與另一個子系統建構出第二層的滑動面。利用Lyapunov穩定法則以及Barbalat’s輔助定理確保每一層的滑動面和子系統的滑動面都能夠達到漸進穩定。我們利用電腦模擬方式來驗證此分層滑動模式控制對球型機器人平衡控制與軌跡追蹤的有效性。此外球型機器人的機構及電路設計已完成,初步平衡控制亦得到驗證。
Based on sliding mode theory, this paper presents a hierarchical sliding-mode control for under-actuated system of a ballbot. Firstly, the nominal system is divided into two subsystems and sliding mode surface of every subsystem is defined. Secondly, one of the subsystems is selected as the first layer sliding surface. The first layer sliding surface is then used to construct the second layer sliding mode surface with the sliding mode surface of another subsystem. The asymptotic stability of every layer sliding surface and sliding surface of each subsystem is proven theoretically by Barbalat’s lemma and Lyapunov theorem. Computer simulation results show the effectiveness and validity of the developed hierarchical sliding-mode controller for balancing and tracking control of the ballbot. In addition, mechanism and control circuits design have been finished and preliminary result of balancing control of the ballbot has been obtained.
中文摘要 i
英文摘要 ii
誌 謝 iii
目 錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 機器人之發展現況 1
1.3 研究動機與目的 3
1.4 文獻回顧 4
1.5 論文架構 5
第二章 球型機器人數學模型與控制理論 7
2.1 球型機器人數學模型 7
2.2 滑動模式控制理論 10
2.2.1 滑動模式控制 10
2.2.2 分層式滑動模式控制 14
第三章 球型機器人控制模擬 20
3.1 球型機器人動態模型假設 20
3.2 模擬實驗結果 21
3.2.1 球型機器人平衡控制 21
3.2.2 球型機器人直線軌跡控制 23
3.2.2.1 球型機器人X軸的直線軌跡控制 23
3.2.2.2 球型機器人Y軸的直線軌跡控制 25
3.2.2.3 球型機器人圓球的直線軌跡響應分析 27
3.2.3 球型機器人圓形軌跡控制 28
3.2.3.1 球型機器人X軸的圓形軌跡控制 28
3.2.3.2 球型機器人Y軸的圓形軌跡控制 30
3.2.3.3 球型機器人圓球的圓形軌跡響應分析 32
3.3 實驗分析與討論 33
第四章 系統軟硬體架構設備 35
4.1 系統架構 35
4.2 球型機器人機構設計 36
4.3 系統硬體介紹 39
4.3.1 數位訊號控制器dsPIC30F4011 39
4.3.2 dsPIC30F4011周邊功能模組 42
4.3.2.1 Timer1模組 42
4.3.2.2 UART模組 43
4.3.2.3 PWM模組 44
4.3.2.4 SPI模組 46
4.4 直流馬達與馬達驅動器 47
4.4.1 直流馬達 47
4.4.2 馬達驅動器 47
4.5 ADIS16201雙軸傾斜計/加速度計 50
4.6 系統軟體架構 51
4.6.1 dsPIC端程式 52
4.6.1.1 主程式 52
4.6.1.2 角度擷取與運動控制中斷程式 53
4.6.2 PC端程式 54
第五章 實驗結果 56
5.1 PID控制理論 56
5.2 球型機器人單軸PID平衡控制實驗 57
5.3 模糊控制理論 57
5.3.1 模糊化 58
5.3.2 模糊規則庫 59
5.3.3 模糊推論引擎 60
5.3.4 解模糊化 61
5.4 球型機器人單軸模糊平衡控制實驗 61
5.5 實驗結果分析 62
第六章 結論與未來展望 64
6.1 結論 64
6.2 未來展望 65
參考文獻 66
作者簡介 68
[1] http://www.honda-taiwan.com.tw/tech/asimo/index.html
[2] 黃正豪,兩輪自走車之設計與實現-以NIOS為核心之行動控制,碩士論文,國立中央大學電機工程研究所,桃園,2006。
[3] T. B. Lauwers, G. A. Kantor, R. L. Hollis, "A dynamical stable single-wheeled mobile robot with inverse mouse-ball drive", Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2006, pp. 2884-2889.
[4] J.E. Slotine, W. Li, Applied Nonlinear Control, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1991.
[5] J. Y. Hung, W. Gao, and J. C. Hung, "Variable structure control:A survey", IEEE Trans. Ind. Electron, Vol. 40, No. 1, Feb 1993, pp. 2-22.
[6] V. I. Utkin, "Variable Structure System with Sliding Mode", IEEE Trans. Automatic Control, Vol.AC-22, No.2, April 1977 pp.212-222.
[7] 陳永平,可變結構控制設計,台北:全華科技圖書股份有限公司,1999。
[8] J. Y. Mon., and C. M. Lin, "Hierarchical fuzzy sliding-mode control", Proc. IEEE World Congress on Computational Intelligence, 2002, pp.656–661.
[9] W. Wang, J. Yi, D. Zhao, and D. Liu, "Design of a stable sliding-mode controller for a class of second-order underactuated systems", IEE Proceeding of Control Theory and Applications, Vol. 151, Nov 2004. pp. 683-690.
[10] A. C. Huang, and Y. S. Kuo, "Sliding Control of Nonlinear Systems Containing Time-Varying Uncertainties with Unknown Bounds", Int. J. of Control, Vol. 74, No. 3, 2001, pp.252-264.
[11] A. C. Huang, and M. C. Chien, "Adaptive Impedance Control of Robot Manipulators based on Function Approximation Technique", Robotica, Vol. 22, 2004, pp. 395-403.
[12] A. C. Huang, and Y. C. Chen, "Adaptive Sliding Control for Single-Link Flexible-Joint Robot with Mismatched Uncertainties", IEEE Trans. on Control Systems Technology, Vol. 12, Issue 5, 2004, pp. 770-775.
[13] A. C. Huang, and Y. C. Chen, "Adaptive Multiple-Surface Sliding Control for Non-Autonomous Systems with Mismatched Uncertainties", Automatica, Vol. 11, No. 40, 2004, pp. 1939-1945.
[14] P. C. Chen and A. C. Huang, "Adaptive multiple-surface sliding control of hydraulic active suspension systems based on the function approximation technique", J. of Vibration and Control, Vol. 11, No. 5, 2005, pp. 685-706.
[15] A. C. Huang, S. C .Wu, and W. F. Ting, "A FAT-Based Adaptive Controller for Robot", Proceeding American Control Conference, June 25-27, 2001, pp. 641-645.
[16] 吳志賢,嵌入式適應模糊比例積分微分控制器設計與實現,碩士論文,中華技術學院電子工程研究所,台北,2006。
[17] 楊忠憲,雙質量彈簧系統之模糊控制器設計研究,碩士論文,國立中央大學機械工程研究所,桃園,2006。
[18] 廖名揚,應用即時影像及模糊PID控制自走車於無線攔截任務,碩士論文,國立成功大學航空太空工程研究所,台南,2007。
[19] 杜祥駒,模糊PID控制器之設計與穩定度分析,碩士論文,國立高雄應用科技大學電機工程系碩士班,高雄,2006。
[20] 曾百由,數位訊號控制器原理與應用,台北:宏友圖書出版,2005
[21] "dsPIC30F4011/4012 Data Sheet", Microchip Technologies, 2005.
[22] "ADIS16201 Programmable Dual-Axis Inclinometer/Accelerometer Data Sheet", Analog Devices, 2006.
連結至畢業學校之論文網頁點我開啟連結
註: 此連結為研究生畢業學校所提供,不一定有電子全文可供下載,若連結有誤,請點選上方之〝勘誤回報〞功能,我們會盡快修正,謝謝!
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
第一頁 上一頁 下一頁 最後一頁 top