No description available.

No description available.

This thesis evaluates two automatic control systems, PID and LQ, for the purpose of controlling the steel marble in a Brio labyrinth game. The objective has been for these automatic control strategies to bring the marble through the labyrinth and examine how well they handle this problem. A mathematical model of the problem was derived and a detailed model of the labyrinth game was established in Mathworks software Simscape to streamline the development of the structural design and control system. Based on the Simscape model, the labyrinth game was modified with hardware necessary to perform the task. Before the development of the control system commenced, tests were carried out to study the marbles movement in the two models compared with the labyrinth game. This proved that the friction in the labyrinth game is non-linear compared to the models which both showed similar behavior. The control system was then implemented to be tested and evaluated in the Simscape model as well as the labyrinth game. In the Simscape model, they both perform equally well and the PID- and LQ-controller can easily bring the marble through the labyrinth. In the labyrinth game, the LQ controller succeeds in bringing the marble through the labyrinth in 45\% of cases, while the corresponding for the PID controller is 25\%. The LQ controller was the one that generally had the best performance and was able to handle the marbles movement despite the non-linearities. The PID controller's performance was poorer, which is largely due to said non-linearities but also noise in the system, which the LQ controller is not affected as much by. The study shows that non-linearities such as friction are difficult to model. The model-based design is a good method but can be time consuming and the end result can make it difficult to motivate in many cases.

Η παρούσα διπλωματική εργασία ασχολείται με την πλοήγηση ενός διαφορικού ρομποτικού οχήματος, την εφαρμογή σε αυτό μη γραμμικού ελέγχου που περιλαμβάνει PI ελεγκτές, καθώς και τη μελέτη της ευστάθειάς του. Αρχικά παρουσιάζεται εν συντομία η ιστορική αναδρομή των ρομποτικών συστημάτων από το πρώιμο στάδιό τους έως σήμερα και ακολούθως γίνεται μια προσπάθεια ταξινόμησής τους ανάλογα με τις εφαρμογές τους ή τα τεχνικά χαρακτηριστικά τους. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στις βασικότερες συνιστώσες των ρομποτικων συστημάτων όπως είναι τα κινητήρια συστήματα, τα κυκλώματα μετατροπής σήματος, οι ψηφιακοί αισθητήρες και τα συστήματα επικοινωνίας ανθρώπου-ρομποτικού συστήματος. Επιπλέον αναφέρεται εν συντομία η έννοια της μοντελοποίησης συστημάτων, τα μη ολονομικά συστήματα, το κινοδυναμικό μοντέλο του συγκεκριμένου ρομποτικού συστήματος καθώς και η προσομοίωση αυτού στο Matlab / Simulink. Στη συνέχεια αποδεικνύεται ότι το ρομποτικό όχημα, ως ηλεκτρομηχανικό σύστημα, ικανοποιεί την σημαντική ιδιότητα των Euler-Lagrange συστημάτων, την παθητικότητα, που υπό προϋποθέσεις συνεπάγεται την ευστάθειά του. Στο πέμπτο και τελευταίο κεφάλαιο αυτής της εργασίας, γίνεται αρχικά μια εισαγωγή στα συστήματα αυτομάτου ελέγχου και στη συνέχεια παρουσιάζεται η υλοποίηση του ελέγχου , η προσομοίωση και οι αποκρίσεις των μεταβλητών του συγκεκριμένου συστήματος. Η εργασία ολοκληρώνεται με την εξαγωγή κάποιων χρήσιμων συμπερασμάτων. / The present thesis deals with the navigation of a differential robotic vehicle, the application of nonlinear control to this vehicle which includes PI controllers and the study of its stability. At first a short review of the history of robotic systems from their early stage until today is presented. An attempt is also made to classify them according to their application and their technical specifications. In the second part of the thesis, the main components of the robotic systems are mentioned, more specifically motor systems, signal conversion systems, digital sensors, and robot-human system communication. There is also a short reference to the concept of system modelling, non holonomic systems, the kinodynamic model of the specific robotic system as well as its simulation using Matlab / Simulink. It is proven that the robotic vehicle, as an electromechanical system, possesses an important feature of Euler-Lagrange systems, that of passivity which ensures its stability under specific conditions. In the final chapter of the present thesis, an introduction to control systems is attempted and afterwards the simulation and the variables responses of the particular system are presented. Finally, useful conclusions are drawn from the aforementioned analysis.

Typescript (photocopy) / x, 372 leaves : ill. (part col.) ; 30 cm. / Title page, contents and abstract only. The complete thesis in print form is available from the University Library. / Thesis (Ph.D.)--University of Adelaide, Dept. of Electrical Engineering, 1981

Το ερευνητικό αντικείμενο της Διατριβής είναι τα θέματα σθεναρότητας του προκύπτουν στα Δικτυωμένα Συστήματα Ελέγχου (Νetworked Cοntrοlled Systems - εφεξής "ΝCS"), όπου η βασική πηγή αβεβαιότητας είναι οι καθυστερήσεις λόγω δικτύου. Στο πλαίσιο αυτό παρουσιάζονται απότελέσματα του αφορούν στην ανάλυση σθεναρής ευστάθειας και στην σύνθεση σθεναρών ελεγκτών. Να επισημανθεί ότι στην Διατριβή, ο προσδιορισμός "σθεναρός" αφορά απόκλειστικά σθεναρότητα (ευστάθειας και επιδόσεων) ως προς τις αβέβαιες, χρονικά μεταβαλλόμενες, φραγμένες καθυστερήσεις. Τα μελετώμενα ΝCS απαρτίζονται από την διασύνδεση γραμμικών χρονικά αμετάβλητων συστημάτων συνεχούς χρόνου με ελεγκτές διακριτού χρόνου. Η βασική διάρθρωση των συστημάτων αυτών απαρτίζεται από έναν "οδηγούμενο από χρόνο" (time driven) αισθητήρα / δειγματολήπτη (με σταθερή περίοδο δειγματοληψίας h) που μεταδίδει μέσω του δικτύου τα δείγματα που λαμβάνει από το σύστημα στον "οδηγούμενο από γεγονότα" (event–driven) ελεγκτή. Ακολούθως ο ελεγκτής υπολογίζει την δράση ελέγχου και την μεταδίδει μέσω του δικτύου στον "οδηγούμενο από γεγονότα" (eveτιt–driven) ενεργοποιητή. Οι διαδικασίες της μοντελοποίησης, της ανάλυσης ευστάθειας και της σύνθεσης σθεναρών ελεγκτών (στατικών αλλά και κατά τμήματα γραμμικών) στην εργασία αυτή λαμβάνουν χώρα στο πεδίο του διακριτού χρόνου μετά από διακριτοποίηση του συνολικού συστήματος. Όσον αφορά στην ανάλυση σθεναρής ευστάθειας προτείνονται δύο προσεγγίσεις: • η πρώτη, βασιζόμενη σε ανάλυση ιδιαζουσών τιμών, είναι υπολογιστικά ελκυστική αλλά συνήθως δίδει συντηρητικά αποτελέσματα, • ενώ η δεύτερη, διατυπωμένη σαν ανισότητα πινάκων (LMI), είναι απαιτητική ως προς τον χρόνο υπολογισμού αλλά δίδει αποτελέσματα με μειωμένο συντηρητισμό. Όσον αφορά στην σύνθεση σθεναρών ελεγκτών ανατροφοδότησης κατάστασης μελετώνται οι εξής προσεγγίσεις: • Σύνθεση σθεναρής ευσταθειοποιούσας ανατροφοδότησης κατάστασης • Σύνθεση σθεναρής ευσταθειοποιούσας ανατροφοδότησης κατάστασης "εγγυημένου κόστους" που απαντάει στην συνδυασμένη απαίτηση ευστάθειας και επίδοσης • Σύνθεση σθεναρής ευσταθειοποιούσας ανατροφοδότησης κατάστασης με περιορισμό (Cοnstrained Controller) για ΝCS με "μικρή καθυστέρηση". Επέκταση των αποτελεσμάτων για ΝCS με "μεγάλη καθυστέρηση". Εφαρμογή των παραπάνω αποτελεσμάτων σε προβλήματα παρακολούθησης σταθερής εντολής (set point tracking). • Σύνθεση σθεναρής ευσταθειοποιούσας ανατροφοδότησης κατάστασης με περιορισμό (Constrained Controller), για ΝCS με μικρή και διακοπτική καθυστέρηση. / This research work is concerned with robustness issues arising in Νetworked Cοntrοlled Systems - ("ΝCS"), where the main sources of uncertainty are the time-varying network-induced delays. In this framework the presented results concern robust stability analysis and synthesis of robust controllers. The NCS studied consist of a Linear Time Invariant continuous time plant and a discrete time controller. This configuration includes a time driven (periodic) sampler (taking samples from the sensors with constant sampling period h) and an event–driven controller which transmits the control command via the network to the event–driven actuator. Two modeling approaches for Networked Controlled Systems (NCS) with uncertainly varying bounded transmission delays and static discrete--time control laws are presented. Different models are offered for each case, all linked to the objective of designing robust discrete-time controllers. It is analytically shown how the careful mixing of asynchronous (event--driven) and synchronized (clocked) signals can lead to discrete time uncertain (possibly switched) systems, where results form robust control analysis and synthesis can be applied. After showing the implications of these modelling results for control synthesis purposes, sufficient conditions for the robust stability are given for each approach and a comparison of the conservatism of results is discussed The first group of robust stability results (one for each of the two discrete-time NCS models) is based on a singular value formulation, which although conservative, is extremely simple and has low computational cost The second one is derived and expressed via Linear Matrix Inequalities (LMI) and yields less conservative results at the expense of higher computational cost. Regarding the synthesis of Robust controllers, the following four methodologies were developed: 1. Synthesis of Robust Static State feedback 2. Synthesis of Robust Static State feedback via the “Guaranteed Cost Formulation” which combines stability and performance design objectives 3. Synthesis of Constrained Robust feedback controller (with a Piecewise Affine Structure) which respects the constraints on the control effort and the state (or output). 4. The previous result (Constrained Robust feedback controller) is then generalized for set-point tracking and for various types of network-induced delays (small, large and switching delays)