Mô hình nào là tốt nhất để kiểm soát phản hồi của người thao tác robot: MIMO hoặc SISO song song?

Tôi hiện đang thiết kế một cánh tay robot với 6-DOF, và mục tiêu của tôi là để có thể cung cấp cho điểm đặt cho 3d vị trí, vận tốc và định hướng ( ).$x,y,z,\dot{x},\dot{y},\dot{z},\theta,\alpha,\gamma$

Tôi chỉ có kiểm soát phản hồi cho các hệ thống SISO từ trước đến nay ở trường Cao đẳng, vì vậy, xem xét việc học kiểm soát đa biến, tôi nên tiếp cận vấn đề này khi cố gắng mô hình hóa hệ thống như một MIMO hoặc nhiều SISO?

Nếu có thể xin vui lòng đề cập đến những bất lợi và lợi thế có thể có trong mỗi chiến lược.

Chào mừng bạn đến với Robotics.SE! Đây không phải là chính xác lĩnh vực chuyên môn của tôi, nhưng hãy để tôi cung cấp cho bạn một vài gợi ý.

Một cách tiếp cận rất phổ biến để điều khiển các tay thao tác là trước tiên thiết kế các bộ điều khiển vận tốc khớp tốt, theo cách tiếp cận "nhiều SISO" mà bạn đề cập. Sau đó, bạn sẽ sử dụng động học nghịch đảo để xác định tại từng thời điểm vận tốc khớp là lý tưởng để đạt được tư thế đầu cuối mong muốn của bạn. Giả sử động lực học vòng điều khiển vận tốc chung của bạn đủ nhanh, bạn sẽ có thể đạt được những vận tốc đó. Mô hình động học của các tay thao tác thường thu được theo các tham số Denavit của Hartenberg.

Xem xét rằng nó thường được thực hiện cho robot và có lẽ là đủ cho mục đích của bạn, tôi khuyên bạn nên thực hiện phương pháp đó.

Trong một lớp điều khiển phi tuyến tính, tôi đã thấy một mô hình MIMO dành cho người điều khiển robot. Tôi không chắc chắn 100% về điều này, nhưng tôi nghĩ bạn có thể muốn sử dụng nó nếu bạn quan tâm đến việc mô hình hóa không chỉ động học mà còn cả động lực học.

Sự khác biệt chính là trong kịch bản này, các vị trí và vận tốc chung đều ảnh hưởng đến ma trận quán tính, Coriolis và lực ly tâm và giảm xóc theo kiểu phi tuyến tính và thường không thể tách rời. Vì vậy, bạn không chỉ phải làm quen với điều khiển MIMO mà còn phải xem xét cả điều khiển phi tuyến tính nữa.

Như tôi đã nói, đó không phải là lĩnh vực chuyên môn của tôi vì vậy nếu ai đó nghĩ rằng tôi nói bất kỳ lời nói vô nghĩa nào, tôi sẽ vui lòng sửa chữa.

Tập hợp các bộ điều khiển Parallel SISO là một tập hợp con của bộ điều khiển MIMO, vì vậy MIMO ít nhất là mạnh hơn và có thể mạnh hơn. Về ưu và nhược điểm tôi thấy không có lý do gì để sử dụng SISO song song ngoại trừ việc bạn có thể thoải mái hơn cho nó để có thể dễ dàng thực hiện hơn.

Điều đó nói rằng hệ thống có thể được phân tách bằng bộ truyền động trong trường hợp nó có thể bật ra do một số vấn đề của SISO. Mặc dù các hệ thống điều khiển là khu vực của tôi nhưng tôi không làm việc với robot vì vậy tôi không thể nói nếu đó là vấn đề của bạn.

Một điều khác thường được thực hiện, như georgebrindeiro chỉ ra, là chia vấn đề thành các vòng điều khiển bên trong và bên ngoài, nơi các vòng lặp bên trong cho phép bạn bỏ qua phần lớn

Tôi chưa bao giờ thấy MIMO được sử dụng trong bối cảnh này trước đây, nhưng tôi có thể thấy SISO có thể áp dụng như thế nào .

Hầu hết các hệ thống robot mà tôi thấy đã được tổng hợp các bộ điều khiển động cơ trục đơn ( nhiều SISO của bạn ), mỗi bộ chỉ có một bộ mã hóa duy nhất để cảm biến và một động cơ duy nhất để truyền động. Vì vậy, mỗi trục là SISO , nhưng toàn bộ robot là MIMO .

Một số hệ thống tôi đã làm việc có phản ứng ngược đáng kể giữa bộ mã hóa động cơ / quay và bộ mã hóa tải / tuyến tính, do đó đã thực hiện một vòng phản hồi kép, với một đầu ra điều khiển động cơ, nhưng hai bộ mã hóa. Bộ mã hóa quay trên động cơ chủ yếu được sử dụng để theo dõi vận tốc một cách chính xác, trong khi bộ mã hóa tuyến tính trên tải được sử dụng để bù cho phản ứng ngược trong bánh răng (sâu) và cung cấp thông tin vị trí và theo dõi chính xác.

Tôi tin rằng đối với hầu hết các hệ thống điều khiển, các phương pháp điều khiển truyền thống này là thứ bạn cần nhất, tuy nhiên vẫn có trường hợp ngoại lệ.

Tôi mới chỉ thấy một hệ thống có thể được hưởng lợi từ hệ thống điều khiển MIMO thực sự và đó là một hệ thống có đặc điểm tương tự như của bạn, nhưng cũng cần kiểm soát lực được áp dụng bởi điểm công cụ của robot. Chúng tôi đã thực hiện điều này với một truyền thống cách tiếp cận nhiều SISO , nhưng nó đòi hỏi phải điều chỉnh đặc biệt cẩn thận và tôi không tin rằng việc cố gắng sử dụng một số dạng kỹ thuật mô-men xoắn được tính toán dù sao cũng sẽ dễ dàng hơn.

Tôi sẽ đề nghị bạn bắt đầu với một cách tiếp cận nhiều SISO và nếu điều đó không mang lại cho bạn hiệu suất hoặc đặc điểm bạn yêu cầu, hãy nghiên cứu các phương pháp tiên tiến hơn. Ít nhất bạn sẽ học được nhiều hơn về động học và động lực học của hệ thống của bạn vào thời điểm đó.