Welches Modell eignet sich am besten für die Rückkopplungssteuerung von Robotermanipulatoren: MIMO oder paralleles SISO?

Ich entwerfe derzeit einen Roboterarm mit 6-DOF und mein Ziel ist es, Sollwerte für 3D-Position, Geschwindigkeit und Orientierung ( ).$x,y,z,\dot{x},\dot{y},\dot{z},\theta,\alpha,\gamma$

Ich hatte nur Feedback-Kontrolle für SISO- Systeme im College. Sollte ich unter Berücksichtigung der Lernkurve der multivariablen Kontrolle dieses Problem angehen und versuchen, das System als MIMO oder als mehrere SISOs zu modellieren?

Wenn möglich, erwähnen Sie bitte mögliche Nachteile und Vorteile in jeder Strategie.

Willkommen bei Robotics.SE! Dies ist nicht gerade mein Fachgebiet, aber ich möchte Ihnen einige Hinweise geben.

Ein sehr verbreiteter Ansatz zur Steuerung von Manipulatoren besteht darin, zunächst gute Gelenkgeschwindigkeitsregler zu entwerfen, und zwar in dem von Ihnen erwähnten "Multiple SISO" -Ansatz. Sie würden dann die inverse Kinematik verwenden, um zu jedem Zeitpunkt zu bestimmen, welche Gelenkgeschwindigkeiten ideal sein sollten, um Ihre gewünschte Endeffektor-Pose zu erreichen. Angenommen, die Dynamik Ihres Gelenkgeschwindigkeitsregelkreises ist schnell genug, sollten Sie in der Lage sein, diese Geschwindigkeiten zu erreichen. Das kinematische Modell von Manipulatoren wird normalerweise anhand von Denavit-Hartenberg-Parametern erhalten.

In Anbetracht dessen, dass dies häufig für Roboter durchgeführt wird und wahrscheinlich für Ihre Zwecke ausreicht, schlage ich vor, dass Sie diesen Ansatz wählen.

In einer nichtlinearen Steuerklasse, an der ich teilgenommen habe, haben wir ein MIMO-Modell für Robotermanipulatoren gesehen. Ich bin mir nicht 100% sicher, aber ich denke, Sie möchten dies möglicherweise verwenden, wenn Sie nicht nur die Kinematik, sondern auch die Dynamik modellieren möchten.

Der Hauptunterschied besteht darin, dass in diesem Szenario die Gelenkpositionen und -geschwindigkeiten die Trägheitsmatrix, die Coriolis und die Zentrifugalkräfte sowie die Dämpfung nichtlinear und normalerweise nicht trennbar beeinflussen. Sie müssten sich also nicht nur an die MIMO-Steuerung gewöhnen, sondern auch die nichtlineare Steuerung.

Wie gesagt, es ist nicht mein Fachgebiet. Wenn also jemand denkt, ich hätte Kauderwelsch gesagt, würde ich gerne korrigiert.

Die Menge der parallelen SISO-Controller ist eine Teilmenge der MIMO-Controller, sodass MIMO mindestens genauso leistungsfähig und möglicherweise leistungsfähiger ist. Was die Vor- und Nachteile betrifft, sehe ich keinen Grund, paralleles SISO zu verwenden, außer dass Sie sich möglicherweise damit wohler fühlen, sodass es möglicherweise einfacher ist, dies zu tun.

Das System kann jedoch durch einen Aktuator trennbar sein. In diesem Fall kann es sich um mehrere SISO-Probleme handeln. Obwohl Steuerungssysteme mein Bereich sind, arbeite ich nicht an Robotern, daher kann ich nicht sagen, ob dies bei Ihrem Problem der Fall ist.

Eine andere Sache, die oft gemacht wird, wie georgebrindeiro hervorhob, ist, das Problem in innere und äußere Regelkreise zu unterteilen, wobei die inneren Schleifen es Ihnen ermöglichen, einen Großteil der zu ignorieren

Ich habe MIMO noch nie in diesem Zusammenhang gesehen, aber ich kann sehen, wie SISO angewendet werden könnte.

Die meisten Robotersysteme, die ich gesehen habe, waren Aggregate von einachsigen Motorsteuerungen (Ihr Mehrfach-SISO ), von denen jede nur einen einzigen Encoder zum Erfassen und einen einzelnen Motor zum Betätigen hatte. Jede Achse war also SISO , aber der Roboter als Ganzes war MIMO .

Einige Systeme, an denen ich gearbeitet habe, hatten ein erhebliches Spiel zwischen Motor / Drehgeber und Last / Linear-Geber. Daher wurden zwei Rückkopplungsschleifen mit einem Motorsteuerausgang, aber zwei Gebern implementiert. Der Drehgeber am Motor wurde hauptsächlich verwendet, um die Geschwindigkeit genau zu verfolgen, während der Lineargeber an der Last verwendet wurde, um das Spiel im (Schnecken-) Zahnrad zu kompensieren und genaue Positionsinformationen und Nachführung bereitzustellen.

Ich glaube, dass für die meisten Steuerungssysteme diese traditionellen Steuerungsmethoden die meisten sind, die Sie jemals benötigen werden, es gibt jedoch Ausnahmen.

Ich habe nur ein System gesehen, das möglicherweise von einem echten MIMO- Steuerungssystem profitiert hat , und das hatte ähnliche Eigenschaften wie Sie, musste aber auch die vom Werkzeugpunkt des Roboters ausgeübte Kraft steuern. Wir haben dies mit einem traditionellen multiplen SISO implementiert Ansatz , aber es erforderte eine außerordentlich sorgfältige Abstimmung, und ich bin nicht davon überzeugt, dass der Versuch, eine Form der berechneten Drehmomenttechnik zu verwenden, sowieso einfacher gewesen wäre.

Ich würde vorschlagen, dass Sie mit einem Ansatz mit mehreren SISO beginnen. Wenn dies nicht die Leistung oder Eigenschaften bietet, die Sie benötigen, sollten Sie nach fortgeschritteneren Methoden suchen. Zumindest haben Sie zu diesem Zeitpunkt viel mehr über die Kinematik und Dynamik Ihres Systems gelernt.