Σχεδιασμός ελέγχου H-infinity για διαστημικά ρομποτικά συστήματα με παραμετρική αβεβαιότητα

Αναστασίου, Δημήτριος; Anastasiou, Dimitrios

dc.contributor.author	Αναστασίου, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Anastasiou, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2020-12-16T06:35:46Z
dc.date.available	2020-12-16T06:35:46Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52547
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20245
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ρομποτική	el
dc.subject	Έλεγχος	el
dc.subject	Παραμετρική αβεβαιότητα	el
dc.subject	Διαστημική ρομποτική	el
dc.subject	Ρομπότ	el
dc.subject	Έλεγχος H-infinity	el
dc.subject	Αυτόματος έλεγχος	el
dc.subject	Εύρωστος έλεγχος	el
dc.subject	Στιβαρός έλεγχος	el
dc.subject	Robotics	en
dc.subject	Control	en
dc.subject	Parametric uncertainty	en
dc.subject	Space robotics	en
dc.subject	Robot	en
dc.subject	H-infinity	en
dc.subject	Robust control	en
dc.subject	MIMO	en
dc.title	Σχεδιασμός ελέγχου H-infinity για διαστημικά ρομποτικά συστήματα με παραμετρική αβεβαιότητα	el
dc.title	H-infinity control design for space robotic systems with parametric uncertainty	en
dc.contributor.department	Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών & Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου (Control Systems Lab, CSL-EP).	el
heal.type	bachelorThesis
heal.generalDescription	Για τυχόν απορίες ή διορθώσεις επικοινωνήστε στο email dimanasta96@gmail.com	el
heal.classification	Ρομποτική	el
heal.classification	Αυτόματος Έλεγχος	el
heal.classification	Robotics	en
heal.classification	Control Systems	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-14
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται το σχεδιασμό ενός εύρωστου νόμου ελέγχου, με εφαρμογή σε Διαστημικά Ρομποτικά Συστήματα (ΔΡΣ) με παραμετρική αβεβαιότητα. Ως παραμετρική αβεβαιότητα ορίζεται η μη ακριβής γνώση των παραμέτρων του υπό μελέτη συστήματος. Εάν αυτή δε ληφθεί υπόψη κατά το σχεδιασμό ή δεν επιλεχθεί κατάλληλος νόμος ελέγχου που να μπορεί να την αντιμετωπίσει, τότε προκαλούνται προβλήματα στην απόδοση ή ακόμα και στην ευστάθεια του συστήματος. Η παραμετρική αβεβαιότητα συναντάται και σε εφαρμογές διαστημικών ρομπότ. Οι απότομες αλλαγές στη θερμοκρασία στο διάστημα επηρεάζουν τα μήκη των συνδέσμων, η ποσότητα καυσίμου που καταναλώνεται δεν είναι γνωστή με ακρίβεια δημιουργώντας έτσι αβεβαιότητα στη μάζα του ρομπότ, ή, ακόμα, η σύλληψη ενός δορυφόρου αβέβαιης μάζας από το διαστημικό ρομπότ συνεπάγεται παραμετρική αβεβαιότητα στο συνολικό σύστημα. Στις εφαρμογές αυτές, όμως, το κόστος των αποστολών είναι τεράστιο και δεν υπάρχει περιθώριο λάθους. Επομένως, απαιτείται μεγάλη ακρίβεια και κυρίως αξιοπιστία για οποιαδήποτε κίνηση εκτελείται. Το γεγονός αυτό μεταφράζεται σε πολύ μικρό περιθώριο σφάλματος παρακολούθησης τροχιάς. Για την αντιμετώπιση αυτού του προβλήματος στο πλαίσιο της διπλωματικής εργασίας σχεδιάστηκε και εφαρμόστηκε νόμος ελέγχου H-infinity για επίπεδα Ελεύθερα Ιπτάμενα και Ελεύθερα Αιωρούμενα Διαστημικά Ρομποτικά Συστήματα με παραμετρική αβεβαιότητα. Η αξιολόγηση αυτού έγινε μέσω της σύγκρισης του με το Νόμο Ελέγχου PD Βασισμένο στο Μοντέλο. Αρχικά, εξετάστηκε η κίνηση ενός Ελεύθερα Ιπτάμενου ΔΡΣ σε διάφορα σενάρια παραμετρικής αβεβαιότητας, όπως αβεβαιότητα στην μάζα της βάσης λόγω σταδιακής κατανάλωσης καυσίμου. Για αυτή την εφαρμογή, συγκρίθηκαν οι δύο νόμοι ελέγχου ως προς τα σφάλματα παρακολούθησης της τροχιάς της βάσης και υπολογίστηκαν οι απαραίτητες ροπές και δυνάμεις στους επενεργητές του συστήματος. Στη συνέχεια, μελετήθηκαν αντιπροσωπευτικές εφαρμογές Ελεύθερα Αιωρούμενων ΔΡΣ, όπως η σύλληψη δορυφόρου αβέβαιης μάζας, και συγκρίθηκαν οι δύο νόμοι ελέγχου ως προς τα σφάλματα παρακολούθησης τροχιάς του Τελικού Σημείου Δράσης (ΤΣΔ) του ΔΡΣ και ως προς την απόκριση τους σε διαταραχές και λευκό θόρυβο. Επιπλέον, παρουσιάστηκε ο τρόπος με τον οποίο ο νόμος ελέγχου H-infinity ακυρώνει τις διαταραχές που προκαλούνται λόγω παραμετρικής αβεβαιότητας. Για την ανάλυση της ευαισθησίας του νόμου ελέγχου H-infinity σε παραμετρική αβεβαιότητα καθώς και για την εύρεση των τιμών των παραμέτρων που προκαλούν τα μέγιστα σφάλματα παρακολούθησης τροχιάς του ΤΣΔ, εφαρμόστηκε η μέθοδος προσομοιώσεων Monte Carlo, όπου αξιολογήθηκαν 200 τυχαία σενάρια παραμετρικής αβεβαιότητας. Τέλος, για την επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων και την εγκυρότητα του νόμου ελέγχου που αναπτύχθηκε, έγιναν οι απαραίτητες προσομοιώσεις στο λογισμικό Adams.	el
heal.abstract	The present diploma thesis deals with the design of a robust control law, and its application on Space Robotic Systems with parametric uncertainty. One can define parametric uncertainty as the lack of knowledge of the exact value of the system’s parameters. If this uncertainty is not taken into account in the design of the control law or a suitable control law is not selected, then both performance and stability of the system may be affected. Parametric uncertainty exists in space robotics applications as well. The rapid temperature changes in space can affect the length of the links. The fuel consumption may not be exactly known and as a result the total mass of the robot is neither. The capture of a satellite with uncertain mass by the space robot may also result in parametric uncertainty of the system’s total mass. However, because the cost of space missions is enormous, there is no margin for error. Therefore, high accuracy and reliability are essential. These terms are translated in demand for small tracking errors. To tackle this problem, an H-infinity control law was developed and applied to 2D Free-Flying and Free-Floating Space Robots with parametric uncertainty. The evaluation of the aforementioned control law was based on the comparison with a Model Based PD control law. Firstly, the motion of a Free-Flying Space Robot was examined in various scenarios of parametric uncertainty, such as uncertainty in the mass of the robot’s base due to fuel consumption. For this application, the two control laws were compared regarding the base’s tracking errors and the necessary actuator torques and forces were calculated. Further on, a comparison was made between the two control laws regarding the trajectory tracking errors of the end effector as well as its controller’s response to disturbances and measurement noise. This comparison was based on representative applications of Free-Floating Space Robots, such as the capture of a satellite with uncertain mass. In addition, the way in which the control law cancels the disturbances caused by parametric uncertainty was presented. Additionally, the Monte Carlo simulation method was applied; 200 scenarios were evaluated in order to test the sensitivity of the control law to parametric uncertainty as well as to find the values of the parameters that yield the end effector’s maximum tracking errors. Finally, to confirm the results, simulations were performed in the Adams software.	en
heal.advisorName	Παπαδόπουλος, Ευάγγελος	el
heal.committeeMemberName	Κυριακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνιάδης, Ιωάννης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Μηχανολογικών Κατασκευών και Αυτομάτου Ελέγχου. Εργαστήριο Αυτομάτου Ελέγχου και Ρυθμίσεως Μηχανών και Εγκαταστάσεων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	120 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false