Samoorganiziranje neizrazitog analitičkog regulatora pri vođenju mobilnog robota

doctoral thesis

• Title (english): Self-organizing of fuzzy analytic controller in mobile robot path tracking control
• Author: Marijo Kirola
• Mentor: Branko Novaković (mentor)
• Committee member: Božo Vranješ (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Branko Novaković (član povjerenstva)
• Committee member: Mladen Crneković (član povjerenstva)
• Committee member: Zdravko Terze (član povjerenstva)
• Committee member: Zoran Vukić (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2006-05-31, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering
• Universal decimal classification (UDC): 007 - Cybernetics. Self-acting systems ; 621 - Mechanical engineering. Nuclear technology. Machinery

Abstract

U ovoj doktorskoj disertaciji predlaže se novi analitički oblik funkcije pripadnosti ulaznih neizrazitih skupova i novi oblik analitičke funkcije za preslikavanje ulaznih neizrazitih skupova na pozicije centara izlaznih neizrazitih skupova. Promjenom osnovne strukture, povećava se neizrazito područje djelovanja neizrazitog analitičkog regulatora, čime su mogućnosti u procesu inferencije poboljšane. U faznoj ravnini stanja provedena je analiza utjecaja slobodnih parametara na formiranje prostora neizrazitog djelovanja, i utemeljen je prijedlog po kojemu »Dovoljan broj slobodnih parametara neizrazitog logičkog regulatora može aproksimirati bilo koju nepoznatu analitičku funkciju«. Predložen je postupak početnog podešavanja neizrazitog regulatora bez baze pravila regulacije koji je pokazao dobru emulaciju klasičnog PD i PI regulatora. S obzirom na gradijent pogreške slijeđenja nominalne trajektorije u prostoru unutarnjih koordinata predložen je u OFF-line modu rada postupak samoorganiziranja slobodnih parametara suvremenog neizrazitog regulatora. S obzirom na brzinu konvergencije i stabilnost nelinearnog algoritma samoorganiziranja postavljena su ograničenja na koeficijente obučavanja, kao i ograničenja koja prema Lyapunovu trebaju biti zadovoljena da bi se osigurala stabilnost algoritma upravljanja. Poboljšanim neizrazitim analitičkim regulatorom realizirane su nelinearne diskretne strukture sa integralnim djelovanjem u sklopu kojih je predložen i algoritam podešavanja integralnog pojačanja. Da bi se osiguralo ON-line vođenje autonomnog mobilnog robota u realnom vremenu, predložena je zamjena strukture samoorganizirajućeg neizrazitog regulatora sa diskretnim podacima zapisanim u memorijskoj kartici neizrazitog upravljačkog djelovanja. Na osnovu pogreške pozicije u uvjetima stacionarne i nestacionarne mjerne smetnje tipa »bijelog šuma« predložen je neizraziti mehanizam podešavanja slobodnih parametara poboljšanog neizrazitog analitičkog regulatora i pojačanja klasičnog PI-regulatora i kako bi se učinio kompromis između smanjenja utjecaja mjerne smetnje i povećanja brzine estimacije upravljanih varijabli. Ispravnost svih predloženih postupaka, provjerena je simulacijom vođenja autonomnog mobilnog robota zadanom nominalnom trajektorijom složenijeg oblika.

Abstract (english)

In this work new analitycal form of membership function of input fuzzy sets and a new form of analytical function for mapping of input fuzzy sets on positions of centres of output fuzzy sets is suggested. By changing of basic structure, fuzzy domain of fuzzy analitical controller is increasing, thus resulting in a fact that possibilities in process of interference were improving. In the phase plane of condition, impact analysis of free parameters on forming of space of fuzzy action is realised, and proposition by which „Sufficient number of free parameters of fuzzy logic controllers can aproximate any unknown analytical function“ is founded. The method of the starting adjustment of fuzzy logic controllers without a fuzzy rule base which showed good emulation of classic PD and PI controller is suggested. With regard to gradient of tracking error of nominal trajectory in space of inner coordinates in OFF-line mode, method of selforganising which include adaptations of free parameters of contemporary fuzzy logic controllers is suggested. In respect of convergence speed and stability of nonlinear algorithm of adaptation, restriction on coefficient of training are made, and also restrictions, which, according Lyapunov, should be satisfied to ensure stability of control algorithm. By improved fuzzy analytical controller nonlinear structure are realised, with integral action in scope of which algorithm of integral strenghtening is suggested. To assure ON-line leading of autonomous mobile robot in real time, change of analytical structure of fuzzy controller with discrete data written in memory card of fuzzy control action is suggested. On basis of position error in conditions of stationar and nonstationar measurment disturbance of „white noise“ type, fuzzy mechanism for adjusting of free parameters of improved fuzzy analytical controller and strengthening of classic PI-controller to make compromise between lowering of influences of measurment disturbance and increasing of speed estimation of controlled variables, is suggested. Correctness of all suggested methods is verified by simulation of autonomous mobile robot through specified nominal trajectory of complex shape.

• Keywords: autonomni mobilni robot; neizraziti logički regulator bez baze pravila regulacije; postupak samoorganiziranja; nelinearni algoritam adaptacije; neizraziti skupovi; funkcija pripadnosti; referentna (nominalna) trajektorija
• Keywords (english): fuzzy logic controller without a fuzzy rule base; method of selforganising; nonlinear algorithm of adaptation; fuzzy set; membership function; nominal trajectory
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:130313
• Study programme: Title: Mechanical Engineering and Naval Architecture; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Access restricted to students and staff of home institution
• Created on: 2021-02-08 12:04:33