Analysis and Control of Underactuated Mechanical Systems

این مونوگراف ابزارهایی برای تجزیه و تحلیل و کنترل سیستم‌هایی با ورودی‌های کنترلی کمتر از درجات آزادی قابل کنترل، یعنی سیستم‌های ضعیف، در اختیار خوانندگان قرار می‌دهد. متن به پیامدهای فقدان یک نظریه کلی می‌پردازد که به درمان روشمند چنین سیستم‌هایی اجازه می‌دهد و رویکرد موقتی برای کنترل طراحی که اغلب نتیجه می‌دهد، تحمیل سطحی از سازمان هر زمان که دومی وجود نداشته باشد.

نویسندگان به عنوان نقطه شروع خود ساخت یک توصیف گرافیکی یا نمودار جریان کنترلی را که منعکس کننده انتقال نیروهای تعمیم یافته از طریق درجات آزادی است، در نظر می گیرند. سیستم‌های ضعیف بر اساس سه ساختار اصلی طبقه‌بندی می‌شوند که توسط آن‌ها این اتفاق می‌افتد - زنجیره، درخت، و راس جدا شده - و روش‌های طراحی کنترل پیشنهادی. این روش برای چندین نمونه شناخته شده از سیستم های ضعیف اعمال می شود: acrobot; pendubot; سیستم تورا; توپ و تیر؛ چرخ اینرسی؛ و بازوی رباتیک با مفصل الاستیک.

متن با شبیه‌سازی‌های MATLAB^®/Simulink® نشان داده شده است که اثربخشی روش‌های مفصل را نشان می‌دهد.

خوانندگان علاقه‌مند هستند. در هواپیما، ربات های کنترل وسیله نقلیه یا اشکال مختلف ربات های راهپیمایی قادر خواهند بود از سیستم های مکانیکی بدون کارکرد بیاموزند که چگونه درجه پیچیدگی مورد نیاز در طراحی کنترل چندین کلاس از سیستم های ضعیف را تخمین بزنند و به ادامه مطلب ادامه دهند. قوانین کنترل سیستماتیک تری را با توجه به روش های تجزیه و تحلیل خود ایجاد می کند.

This monograph provides readers with tools for the analysis, and control of systems with fewer control inputs than degrees of freedom to be controlled, i.e., underactuated systems. The text deals with the consequences of a lack of a general theory that would allow methodical treatment of such systems and the ad hoc approach to control design that often results, imposing a level of organization whenever the latter is lacking.

The authors take as their starting point the construction of a graphical characterization or control flow diagram reflecting the transmission of generalized forces through the degrees of freedom. Underactuated systems are classified according to the three main structures by which this is found to happen—chain, tree, and isolated vertex—and control design procedures proposed. The procedure is applied to several well-known examples of underactuated systems: acrobot; pendubot; Tora system; ball and beam; inertia wheel; and robotic arm with elastic joint.

The text is illustrated with MATLAB^®/Simulink® simulations that demonstrate the effectiveness of the methods detailed.

Readers interested in aircraft, vehicle control or various forms of walking robot will be able to learn from Underactuated Mechanical Systems how to estimate the degree of complexity required in the control design of several classes of underactuated systems and proceed on to further generate more systematic control laws according to its methods of analysis.