فرایند ماشینکاری فلزات، با مشکلی بزرگ به نام چتر در جهت ایجاد سطح با کیفیت مطلوب در تولید انبوه با مقدار براده-برداری زیاد و ایجاد سطوح با کیفیت بالا در سرعت های زیاد، روبرو بوده است. کاهش عمردستگاه ماشین ابزار و کاهش ایمنی کار از دیگر مشکلات ناشی از این پدیده می باشد. چتر یک نوع ارتعاش خودتحریک ناپایدار است که در اثر عوامل متعددی ممکن است رخ دهد؛ در این میان چتر احیاکننده رایج ترین علت رخ داد چتر می باشد. در این پایان نامه به بررسی روش های کنترل فعال به کمک عملگر پیزوالکتریک در کاهش و حذف این ناپایداری ارتعاشی پرداخته می شود. در این پایان نامه پس از بررسی معادلات دینامیکی ماشین ابزار و معادلات حاکم بر رخ داد چتر، سعی بر بررسی اثر پارامترهای گوناگون معادلات دینامیکی بر حرکت دیاگرام پایداری بوده است. یکی از معتبرترین روش ها و معیارهای ارزیابی چتر استفاده از دیاگرام پایداری است؛که مرز شرایط ماشینکاری پایدار و ناپایدار را نمایان می کند. فرآیند پیچیده و نقطه به نقطه رسم دیاگرام پایداری بر حسب مشخصات سازه ای ماشین ابزار امکان ارائه یک رابطه تحلیلی بین مشخصات ماشین ابزار با منحنی پایداری و استفاده از روشهای تحلیلی طراحی کنترلر (مانند مکان یابی قطب ها) را ناممکن می سازد؛ لذا در این پروژه امکان-سنجی تخمین منحنی های پایداری با معادلات چند جمله ای و ارائه روابط تحلیلی برای بیان مشخصه های پایداری مورد بررسی قرار گرفت و ساده ترین فرم این معادلات بدست آمد. جهت کنترل ارتعاشات ناپایدار چتر، به دلیل خواص ویژه مواد هوشمند پیزوالکتریک، خصوصاً سرعت و دقت بالای آن-ها، این مواد به عنوان حسگر و عملگر مورد استفاده قرار گرفتند. در کنترل فعال ارتعاشات از دو روش حل تحلیلی و بهینه سازی عددی کمک گرفته شد. در حل تحلیلی بر اساس معادلات ارتعاشات ماشین ابزار در حوزه فرکانس، کنترل فعال ارتعاشات چتر مورد بررسی قرار گرفت. در این راه، عملکرد یک کنترلر pid برنقاط مینیمم دیاگرام پایداری بوسیله مثبت کردن قسمت حقیقی تابع تبدیل سیستم در فرکانس رخداد چتر مورد بحث و بررسی قرار گرفت. سپس، یک کنترلر pd جهت حرکت دیاگرام پایداری در جهات افقی و عمودی برای انتقال شرایط ماشینکاری در این دیاگرام به منطقه پایدار ارتعاشات طراحی گردید. در کنترل فعال ارتعاشات چتر به روش عددی، از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک استفاده شد. همانطور که اشاره شد، رسم منحنی های پایداری شامل یافتن مرز منطقه پایدار و ناپایدار به صورت نقطه به نقطه، همراه با محاسبات پیچیده ای است که انجام آن زمان گیر بوده و مهمتر از آن، امکان ارائه تحلیل و استخراج رابطه معکوس را ناممکن می سازد؛ یعنی عملاً نمی توان یک رابطه تحلیلی وبه فرم بسته برای بیان شاخصه پایداری یک شرایط ماشینکاری خاص بر حسب مشخصات سازه ای ماشین ابزار ارائه داد و از آن در طراحی کنترلر استفاده کرد. جهت رفع این مشکل در طراحی کنترلر از روش بهینه سازی الگوریتم ژنتیک استفاده می شود. ایده اصلی در این طراحی ، جایجایی مرز پایداری در دو جهت افقی و عمودی با هدف دور کردن شرایط ماشینکاری مورد نظر از مرز ناپایداری و همچنین توجه به مصرف کمینه انرژی در جهت نیل به حداکثر میزان ضخامت براده برداری در یک سرعت خاص بوده است. شکل کنترلر مورد استفاده به صورتی در نظر گرفته شده که حالتی جامع و فراگیر نسبت به فرم کنترلرهای رایج را داشته و همچنین امکان پیاده سازی آن بر روی op-amp وجود داشته باشد. این سیستم کنترلی نیز در هر دو حوزه فرکانس و زمان مورد ارزیابی قرار گرفت و حذف ارتعاشات نامطلوب چتر مشاهده گردید.

بهبود عملکرد ماشینکاری و براده بَرداری از فلزات یکی از نیازهای اساسی در تولید صنعتی می باشد. در این زمینه، ارتعاش چَتِر به عنوان یک عامل بازدارنده در بالا بردن بازده عملیات براده برداری شناخته میشود. دلیل این امر، ایجاد اثرات مضری همچون کیفیت سطح نهایی ضعیف، فرسایش زودرس ابزار ماشینکاری، و خرابی ماشین ابزار و یا ابزار ماشینکاری به هنگام رخ دادن پدید چتِر می باشد. در این پژوهش، روشی جدید برای کنترل نیمه فعّال ارتعاشات چتِر، با استفاده از میراگرهای هوشمند مگنتورئولوژیک مورد مطالعه قرار میگیرد. بهبود براده برداری ایمن از شرایط چتِر، با استفاده از مدلسازی یک میراگر مگنتورئولوژیک در فرآیند تراشکاری مطالعه گردیده و استراتژی کنترلی فازی ارائه میگردد. چتِر یک ارتعاش ناپایدار خود تحریک است که عمدتاً به واسطه اثر موج احیا شونده در حین عملیات ماشینکاری رخ میدهد. مشخصات دینامیکی سازه ای ، به ویژه اندازه، فاز، و قسمتهای حقیقی و موهومی تابع پاسخ فرکانسی، پارامترهای اساسی میباشند که در نمودار پایداری تأثیرگذار هستند. نمودار پایداری، در حقیقت مشخص کننده ی مرز های بین شرایط پایدار و ناپایدار در فرآیند براده برداری میباشد. در رساله ی حاضر، کاهش چتِر با تغییر دادن این عوامل به صورت نیمه فعّال و به وسیله ی یک میراگر مگنتورئولوژیک که بین ابزارگیر و یک قسمت بدون ارتعاش دستگاه قرار داده شده انجام میشود. در ابتدا یک شبیه سازی کامپیوتری برای بررسی ارتعاش ماشین ابزار انجام گردیده و با استفاده از مدل بوک-ون اصلاح شده، مدلی مجزا برای میراگر مگنتورئولوژیک ارائه میشود. نرم افزار تهیه شده قابلیت در نظر گرفتن اثر امواج احیا شونده را دارا می باشد، به این معنی که محاسبه ی ضخامت دینامیکی براده به علت ارتعاش نسبی، با توجه به موج حاضر و موج پیشین ایجاد شده روی سطح قطعه کار در نظر گرفته شده است. از آنجا که سیستم کلی به علّت وجود میراگر مگنتورئولوژیک و کنترلر، غیر خطی میباشد، روشهای معمول تولید نمودار مرز های پایداری که در حوزه فرکانس انجام میشوند، در اینجا قابل استفاده نیستند. به این منظور، با ارائه ی راهکاری از شبیه سازی در حوزه زمان به جهت تشخیص شرایط چتِر و ایجاد نمودارهای پایداری استفاده شده است. در مرحله بعد، مدل میراگر مگنتورئولوژیک و برنامه ی شبیه سازی چتِر با هم ترکیب میشوند تا با استفاده از مدل یکپارچه ی به دست آمده، اثر میراگر مگنتورئولوژیک بر روی نمودار پایداری مورد برسی قرار گیرد. در نهایت، یک کنترلر فازی به منظور انتخاب بهترین ولتاژ برای میراگر مگنتورئولوژیک در هر لحظه طراحی میگردد. نتایج به دست آمده نشان دهنده ی این میباشند که رویکرد ارائه شده در کاهش شرایط چتِر به خوبی پایداری عملیات ماشینکاری را افزایش میدهد.

در این پایان نامه بر مدل سازی تیر با لایه های پیزوالکتریک با مکانیزم های برشی و محوری پرداخته شده است. برای لایه های جانبی از فرض اولر- برنولی و برای لایه های هسته تیر چند لایه، از تئوری مرتبه سوم برشی استفاده گردید. به کمک تئوری ون کارمن، روابط جابجایی-کرنش به دست آمدند. سپس به کمک اصل گسترش یافته همیلتون، به منظور رعایت کامل کوپل الکترومکانیکی به فرمول بندی وردشی سیستم، در جابجایی های کوچک پرداخته شد. در ادامه، به کمک روش المان محدود، معادلات حاکم بر مسئله گسسته سازی گردیدند. در این مدل سازی، درجات آزادی الکتریکی و مکانیکی برای هر المان در نظر گرفته شد. مشخص گردید که در حالت حس گری لایه های پیزوالکتریک با مکانیسم محوری، حتی برای جابجایی های کوچک، معادلات حاکم غیر خطی می باشند. بنابراین به منظور ارزیابی فرکانس های طبیعی، به خطی سازی روابط مربوطه حول نقطه تعادل استاتیکی سیستم، پرداخته شد. برای بررسی صحت معادلات و روش حل متناظر آن، ابتدا جواب های به دست آمده از مدل حاضر با نتایج موجود مقایسه گردیدند. تطابق نتایج موید درستی روش ارائه شده و کد توسعه داده شده می باشد. سپس به بررسی اثر الکترومکانیکی ناشی از در نظر گرفتن تئوری ون کارمن پرداخته شد. این اثر در اکثر مدل سازی المان محدود تیرهای کامپوزیتی با لایه های پیزوالکتریک، در نظر گرفته نشده بود. به کمک این اثر الکترومکانیکی، می توان با افزایش ولتاژ به لایه های پیزوالکتریک با مکانیسم محوری، تغییرات فرکانس های خمشی سیستم را مشاهده نمود. در نهایت، برای حالت حس گری لایه های پیزوالکتریک با مکانیسم محوری، به بررسی اثر غیر خطی الکترومکانیکی پرداخته شد. با کاهش ضخامت لایه های حس گر، استفاده از وصله های حس گر و متقارن نمودن چیدمان لایه های حس گر نسبت به هم، نشان داده شد که می توان اثر غیرخطی الکترومکانیکی را کم یا حتی حذف نمود.

سیستم انتقال قدرت دم بالگرد از چندین شفت تو خالی تشکیل شده که بوسیله کوپلینگهای انعطاف پذیر به هم متصل شده اند. قدرت ورودی این سیستم از گیربکس اصلی بالگرد منتقل میشود و در انتهای دم بالگرد، قدرت سیستم به گیربکس 42 درجه منتقل میشود. طول این سیستم برابر 5/6 متر است و در دور کاری 4200 دور بر دقیقه کار میکند. این سیستم از چهار شفت تشکیل شده که سه عدد از آنها دارای طول مساوی هستند. این چهار شفت توسط سه کوپلینگ منعطف به هم متصل شده اند. این کوپلینگها هم در جهات عرضی و هم در جهات محوری انعطاف پذیر هستند. تعیین رفتار ارتعاشی سیستم، یافتن مدل اجزاء محدود جایگزین کوپلینگ منعطف و بهینه سازی ساختار شفت های چند تکه اهداف اصلی انجام پروژه میباشند. مدلسازی سیستم، مستلزم مدلسازی شفتها و کوپلینگهای منعطف در نرم افزار میباشد. مدلسازی شفتهای چند تکه در نرم افزار ساده و امکانپذیر میباشد اما مدلسازی کوپلینگها با جزئیات کامل در نرم افزار امکانپذیر نیست. زیرا این نوع کوپلینگ منعطف، از حدود 20 قطعه تشکیل شده است که مدلسازی آن پیچیده و غیر قابل اعتماد است. برای حل این مشکل باید مدل کوپلینگ انعطافپذیر را توسط مدل دیگر در نرم افزار اجزاء محدود جایگزین نمود. این نوع جایگزینی باید طوری انجام شود که تمامی خواص کوپلینگهای منعطف را دارا باشد و در عین حال به سادگی قابل مدل کردن در نرم افزار اجزاء محدود باشد. پس از بررسی مدلهای مختلف، با استفاده از فنر و دمپر مدل جایگزین کوپلینگ منعطف ایجاد شده است. این مدل فنر و دمپر در جهات شعاعی و محوری شفتها بکار گرفته شده اند. با انتخاب مدل جایگزین کوپلینگهای منعطف، کل سیستم درایو شفتهای چند تکه با کوپلینگهای منعطف در نرم افزار مدل میشود. پس از اتمام مدلسازی سیستم در نرم افزار، باید مقدار ضرایب مدل جایگزین شده را مشخص نمود. برای مشخص نمودن مقدار این ضرایب، نیاز به شناسایی سیستم میباشد، که یکی از راههای شناسایی، آنالیز مودال تجربی سیستم میباشد. با انجام تست مودال تجربی بر روی کل سیستم درایو شفتهای چند تکه با کوپلینگهای منعطف، مشخصات دینامیکی آن معلوم می شود. این مشخصات شامل فرکانسهای طبیعی، مود شیپها و ضرایب میرایی میباشند. با تحلیل نتایج به دست آمده ماتریسهای سختی، میرایی و جرم سیستم بدست می آید و بدین ترتیب سیستم از لحاظ تجربی کاملا شناسایی شده است. با استفاده از نتایج تست مودال تجربی، مدل بکار رفته شناسایی و تصحیح میگردد. این تصحیح با تغییر ضرایب مدل جایگزین شده انجام میگیرد تا پس از انجام آنالیز مودال سیستم در نرم افزار، نتایج آنالیز مودال انجام شده در نرم افزار بر نتایج آنالیز مودال تجربی مطابقت کند. این تطبیق از طریق مقایسه بین مود شیپها و فرکانسهای طبیعی ناشی از تست مودال تجربی و آنالیز مودال انجام شده در نرم افزار، بر طبق معیارهای استاندارد میباشد. در نهایت تمامی نتایج حاصل از تحلیل مودال نرم افزاری بر نتایج تست مودال تجربی مطابقت یافت بجز یک مود شیپ طولی که به دلیل عدم تحریک سیستم در جهت طولی در تست تجربی، این مود شیپ بدست نیامد. با انطباق نتایج، مدل نرم افزاری سیستم تایید میگردد. در راستای تایید روش مدلسازی اتخاذ شده، شرایط مرزی که در حین تست بر سیستم حاکم بوده، اعمال شده است. در صورتی که این شرایط با شرایط واقعی که سیستم روی بالگرد قرار دارد، متفاوت است. با اعمال شرایط مرزی واقعی سیستم، بر روی مدل تایید شده در نرم افزار، بار دیگر آنالیز مودال سیستم در نرم افزار انجام میگیرد. از تحلیل نتایج بدست آمده، رفتار ارتعاشی سیستم کاملا مشخص می شود. نتایج حاصل از تحلیل نرم افزاری سیستم بر طبق شرایط واقعی کاری بر روی بالگرد، نشان دهنده وجود پنج فرکانس طبیعی میباشد. با استفاده از تئوری اجزاء محدود، مدل ریاضی سیستم استخراج میشود و با استفاده از این مدل میتوان آنالیز مودال سیستم را بصورت تئوری انجام داد. برای بهینه سازی ساختار درایو شفتهای چند تکه با کوپلینگهای منعطف، تعدادی از مشخصه های سیستم به عنوان پارامترهای طراحی در نظر گرفته میشوند و با توجه به فضای کاری سیستم روی بالگرد، قیود بهینه سازی مشخص میگردند. همچنین تابع هدف بهینه سازی طوری تعیین میشود که فرکانسهای طبیعی سیستم از فرکانسهای تحریک دور شوند. فرکانسهای تحریک میتوانند ناشی از عواملی همچون دور کاری سیستم، فرکانس ایجاد شده توسط بیرینگها و ... باشند. با استفاده از روش الگوریتم ژنتیک بهینه سازی انجام می گیرد و فرکانس طبیعی اول سیستم افزایش می یابد و سایر فرکانسها نیز با افزایش مقدار، از فرکانسهای تحریک ناشی از دور کاری سیستم و همچنین ناشی از بیرینگها، فاصله گرفتند.

این تحقیق ضمن مروری بر روش ها و مدل های شناسایی سیستم و تقسیم بندی های رایج و کلاسیک در این زمینه، مروری بر طراحی سیگنال های تحریک، بهینه سازی و همچنین مدل های رایج جعبه خاکستری بازوهای مکانیکی، لقّی واصطکاک دارد. در ادامه روش پیش پردازش و مشتق گیری از داده های پریودیک ارائه شده است. روش فیلتر کردن داده های پریودیک و مشتق گیری دقیق و بدون ایجاد تأخیر زمانی در آن ها، با انتقال داده ها به حوزه فرکانس و انجام عملیات های لازم و سپس برگرداندن داده ها به حوزه زمان انجام شده است. بدین ترتیب روشی مناسب برای پیش پردازش داده ها ارائه شده است. هر چند شناسایی در حوزه زمان انجام شده است ولی با توجه به داده برداری پریودیک و فرکانس داده برداری انتخاب شده، از خطاهایی مانند تداخل و نشتی جلوگیری شده است، بدین ترتیب در صورت لزوم مقدمات شناسایی در حوزه فرکانس نیز امکان پذیر می باشد. دو مدل برای بازوی مکانیکی تک لینکی صفحه ای ارائه گردیده است، یکی برای سرعت های بالا و دیگری سرعت های پایین. سپس با استفاده از داده های اندازه گیری شده از ولتاژ موتور به عنوان ورودی سیستم و موقعیت زاویه ای موتور به عنوان خروجی سیستم، پارامترهای مدل فضای حالت خطای خروجی توسط روش بهینه سازی غیرخطی کمترین مجموع مربعات خطا تخمین زده شده است. این کار توسط جعبه ابزار شناسایی سیستم نرم افزار مطلب ، با تعریف مدل به صورت جعبه خاکستری انجام شده است. برای رسیدن به مدل مناسب از مدل اصطکاکی غیرخطی جدید و همچنین مدل ترکیبی انعطاف پذیری- لقّی غیرخطی جدیدی که در این تحقیق ارائه شده است استفاده شده است. سپس برای کنترل سیستم با استفاده از روش گشتاورهای محاسبه شده از مدل های شناسایی شده استفاده شده است و نتایج آن ارائه شده است. در نهایت روش شناسایی فوق برای بازوی مکانیکی دو لینکی صفحه ای بکار رفته است و نتایج کنترل آن نیز ارائه شده است. نتایج ارائه شده از تأثیر قابل ملاحظه مدل های جدید در کاهش خطای سیستم در سرعت های پایین و بالا است.

در این پروژه به بررسی روشهای مختلف عیب یابی هوشمند با استفاده از سیگنال های ارتعاشی پرداخته شد. پس از دریافت سیگنالهای ارتعاشی، الگوریتم مناسبی جهت عیب یابی، پیشنهاد و بر اساس آن پروسه عیب یابی انجام گرفت. در آزمایش اول، یک دستگاه فرز و در آزمایش دوم، گیربکس واسطه بالگرد بررسی شدند. سیگنالهای ارتعاشی دریافت شده ابتدا در حوزه های زمان (گشتاورهای آماری،تابع خودهمبستگی و آنالیز مولفه های اصلی)، فرکانس(تبدیل فوریه سریع) و زمان-فرکانس(تبدیل فوریه زمان کوتاه، تبدیل پیوسته موجک، تبدیل بسته موجک، تبدیل ویگنر-وایله) پردازش می شوند. سپس استخراج ویژگی صورت گرفته، و پس از آن با استفاده از روش های مختلف طبقه بندی(شبکه عصبی،k -نزدیکترین همسایه، ماشین بردار پشتیبان)، روند هوشمندسازی عیب یابی انجام گرفت. نتایج نشان داد پایه های موجک دابوچیdb33 و db44 قابلیت بیشتری در نمایش زمان-فرکانسی سیگنال های ارتعاشی گیربکس تحت شرایط متفاوت دارند. هیستوگرام ضرایب خودهمبستگی سیگنال، مقادیر ویژه حاصل از ماتریس کوورایانس استخراج شده از سه بعد شتاب سنج، مقادیر کرتوسیس، انرژی و انحراف معیارِ زیرباندهای استخراج شده از تبدیل بسته موجک(wpt)، به عنوان ویژگی های معنادار و مناسب جهت طبقه بندی معرفی شدند. همچنین روش آنالیز مولفه های اصلی (pca) ، نتایج مطلوبی را در کاهش ابعاد فضای ویژگی نشان داد. در نهایت ماشین بردار پشتیبان در مقایسه با تکنیک های طبقه بندی دیگر، به عنوان روشی بهینه جهت طبقه بندی عیوب در گیربکس واسطه بالگرد معرفی گردید.

امروزه ربات ها در بخش های مختلف صنعت به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. تولید کنندگان اروپایی با استفاده از ربات ها و خودکار سازی مراحل فرآوری سنگ چه در معادن و چه در کارخانجات، سرعت و کیفیت تولید را به طور قابل توجهی افزایش داده اند. متاسفانه صنعت سنگ بری در ایران، هیچ گونه پیشرفت چشم گیری در زمینه ساخت و کاربرد دستگاه های نوین نداشته است. این امر موقعیت صنعت سنگ ایران در جهان را متزلزل کرده است. در این پروژه، طرح رباتی ارائه می شود که موجب تسریع در فرآیند تولید و کاهش ضایعات در مرحله اول فرآوری سنگ در کارخانه می شود. این ربات، پلاک های بریده شده از کوپ سنگ (توسط دستگاه قله بر) را از داخل دستگاه به میز جمع آوری یا پالت منتقل کند. طراحی ربات به گونه ای است که حتی الامکان با شرایط ویژه کارخانجات ایران که بسیار قدیمی هستند و ساخت کارخانه ها نیز بر اساس اصول نیست، سازگار باشد و مورد قبول صاحبان صنایع قرار گیرد. جدا از طراحی گریپر، طراحی ربات در دو مرحله انجام می گیرد. در مرحله اول پیکربندی ربات، نوع محرکه ها، کنترلر و شیوه طراحی مسیر تعیین می شوند. در قدم دوم، با تعیین پارامترهای طراحی، تعریف یک مساله بهینه سازی انجام شده و طرح بهینه محاسبه می شود. در بحث طراحی جزییات ربات، از روش تعمیم داده شده طراحی همزمان استفاده می شود. در روش طراحی همزمان سیستم های مکاترونیکی، بخش ساختار و کنترل ربات در یک مساله مشترک بهینه سازی مطرح و به طور همزمان کار طراحی این دو بخش انجام می شود. در این پروژه، علاوه بر دو مورد یاد شده، پارامترهای طراحی مسیر و همچنین مناسب ترین محل برای نصب ربات در مساله بهینه شده اند. در واقع طراحی ربات، در یک مساله جامع و کامل بهینه سازی انجام می شود.

در این پژوهش به آنالیز سینماتیک و دینامیک ربات موازی شبیه سازهای حرکتی با محرک های دورانی و کنترل آن با استفاده از روش کنترل فازی pdc به همراه راه اندازی نمونه آزمایشگاهی ربات پرداخته شده است. این ربات از یک سکوی ثابت و یک صفحه متحرک، شش بازوی دورانی (مجهز به سیستم محرک) متصل به سکوی ثابت و شش بازوی میانی تشکیل شده که توسط اتصالات گوی و کاسه و یونیورسال به صفحه متحرک و بازوهای دورانی متصل می شوند. روابط سینماتیکی ربات با لحاظ کردن قیود حرکتی مفاصل، بصورت جبری و دیفرانسیلی و معادلات دینامیکی آن با استفاده از روش لاگرانژ برای سیستم های مقید، استخراج شده اند. سپس نحوه حذف ضرایب لاگرانژ به کمک ماتریس مکمل متعامد و فرم کاهش یافته معادلات جهت طراحی کنترل کننده ارائه شده است. در مدل سازی سینماتیکی و دینامیکی ربات از لقی و انعطاف پذیری مفاصل همچنین اصطکاک در مفاصل صرف نظر شده است. نتایج حاصل از تحلیل سینماتیک و دینامیک، برای طراحی کنترل کننده فازی pdc مورد استفاده قرار گرفته اند. در این روش کنترلی ابتدا نقاطی در فضای کار ربات انتخاب می شوند؛ پس از آن معادلات غیرخطی سیستم حول این نقاط خطی خواهند شد. شایان ذکر است به دلیل در دست نبودن فرم بسته معادلات دینامیکی تغییراتی در روند خطی سازی ایجاد شده است. پس از استخراج فرم خطی شده معادلات دینامیک غیرخطی، معادلات غیرخطی سیستم با استفاده از روش تاکاگی- سوگنو به صورت ترکیبی از معادلات سیستم های خطی مدل می شود. در ادامه قانون کنترلی به صورت ترکیبی فازی از قوانین کنترل خطی تعیین خواهدشد. برای اثبات پایداری کنترل کننده فازی از تئوری پایداری لیاپانوف استفاده شده که ارضاء شرایط آن منجر به حل نامعادلات خطی ماتریسی برای پیدا کردن ماتریس مثبت معین معرفی شده در این تئوری و ماتریس های فیدبک حالت برای هرکدام از سیستم های خطی می گردد. با توجه به این که ربات موازی شبیه سازهای حرکتی دارای نقاط منفرد فراوان در مرز فضای کاری خود است و از طرفی تعداد درجات آزادی این ربات بالاست و علاوه بر آن دینامیک بسیار پیچیده ای دارد، بنابراین در این ربات ها تعیین تعداد و محل نقاط برای طراحی کنترل کننده فازی از اهمیت بالایی برای این ربات برخوردار است و بهینه سازی کنترل کننده ضروری است. به همین دلیل در این پژوهش برای دستیابی به یک کنترل کننده بهینه از الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. در این نوع بهینه سازی نقاطی که برای طراحی کنترل کننده فازی استفاده می شوند، به صورت بهینه انتخاب می شوند. برای دستیابی به این هدف، یک تابع برازندگی متشکل از شش نقطه در فضای کار ربات به عنوان ورودی و انتگرال خطای شبیه سازی حرکت ربات به عنوان خروجی در نظر گرفته شده است. همچنین نشان داده شده که کنترل کننده فازی بهینه سازی شده با شش نقطه، عملکرد بهتری نسبت به کنترل کننده بهینه سازی نشده با ده نقطه دارد. علاوه بر تجزیه و تحلیل نظری ربات موازی مورد مطالعه راه اندازی یک نمونه آزمایشگاهی این ربات جزء اهداف این پژوهش است که نتایج راه اندازی و کنترل این نمونه آزمایشگاهی نیز ارائه شده است.

هدف از پژوهش حاضر، گسترش الگوریتم های شناسایی موقعیت و وسعت آسیب بر اساس سیگنال های بدست آمده از سازه می باشد. از آن جا که اکثر روش های پایش سازه بر اساس تغییرات پارامترهای مودال پیش و پس از بروز آسیب می باشند و با توجه به حساسیت کم این پارامترها نسبت به بروز آسیب، در این پایان نامه، روشی جدید برای شناسایی موقعیت و وسعت آسیب بر اساس تغییرات در پارامترهای مارکوف گسترش داده شده است. این روش برای نخستین بار قادر است آسیب های ترکیبی جرم و سختی را به طور هم زمان شناسایی نماید. از آن جا که محاسبه ی پارامترهای مارکوف سیستم به صورت بازگشتی امکان پذیر می باشد، این روش جهت آسیب یابی به صورت بهنگام نیز گسترش داده شده است. به منظور ارزیابی وسعت آسیب نیز راهکاری وارون ارائه شده که قادر به شناسایی مدل های جرم/سختی/میرایی یک درجه آزادی، جایگزین درجه های آزادی مد نظر سازه می باشد. برای این منظور، الگوریتم تکامل تفاضلی به عنوان بهینه یاب هوشمند مورد استفاده قرار گرفته است. از آن جا که جهت شناسایی پارامترهای مارکوف، در اختیار داشتن الگوریتم های سیستم شناسی امری ضروری می باشد، دو الگوریتم شناخته ی شده ی سیستم شناسی در حوزه ی زمان era/dc(era) و srim به طور مفصل شرح داده می شوند. خروجی الگوریتم های شناسایی بیان شده، مدل فضای حالت سیستم می باشد که جهت پایش لازم است به مدل فیزیکی جرم/سختی/میرایی تبدیل شود. برای این منظور، روشی نوین بر پایه ی بهینه یابی جهت تحقق هم زمان مقدارهای ویژه و شکل مودهای سیستم ارائه شده است که از پیش فرض های انجام شده در تحقیقات گذشته خودداری می کند. هم چنین روشی برای شناسایی مدل اتصال های به کار رفته در سازه های اسمبل شده بیان شده است که می تواند به صورت کارا در آسیب یابی اتصال های سازه ای مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به در دسترس بودن پارامترهای مودال سازه به کمک الگوریتم های سیستم شناسی، سه روش جدید جهت کاهش مرتبه ی مدل سیستم ها ارائه شده است. هر دو روش نخست جهت شناسایی ماتریس های جرم/سختی/میرایی کاهش یافته به کمک پارامترهای مودال شناسایی شده می باشند و بر اساس تحقق معادله سرشت نمای سیستم کاهش یافته و کمینه سازی انرژی های مودال سیستم کار می کنند. روش سوم نیز ماتریس شکل مود سیستم مرتبه کامل را به کمک برازش تابع پاسخ فرکانسی در بازه های مورد نظر فرکانسی کاهش می دهد. نتیجه های این روش با روش eidv مقایسه شده است. کلیه ی الگوریتم های بررسی شده در محیط matlab شبیه سازی شده اند.

یک سیستم مکاترونیکی سیستمی چند حوزه ای و مخلوط است که معمولاً از ترکیب و اتصال المان ها و اجزای گوناگون مربوط به حوزه های مختلف انرژی همچون حوزه های مکانیکی، الکتریکی، هیدرولیکی، حرارتی و کنترلی تشکیل یافته است. طبیعت چند حوزه ای و برهم کنش های دینامیکی بین اجزا، ایجاب می کند که مدل سازی سیستم های مکاترونیکی با دیدگاهی چند حوزه ای و روشی یکپارچه و همسان برای تمام حوزه ها انجام پذیرد. از میان ابزارهای گرافیکی موجود برای ایجاد و بیان مدل هایی یکپارچه از سیستم های دینامیکی، روش گراف خطی، به علت برخورداری از قابلیت ها و امتیازات ویژه، جایگاه مهمی دارد. این پایان نامه به کمک روش گراف خطی، زبان و محیطی یکپارچه برای مدل سازی سیستم های مکاترونیکی فراهم آورده است. به منظور نشان دادن قابلیت های چارچوب پیشنهاد شده، مدلی یکپارچه از یک بازوی الکتروهیدرولیکی خود تنظیم به همراه معادلات دینامیکی فضای حالت آن ارائه می گردد. المان های کنترلی و مسیرهای اطلاعاتی نیز در این مدل شامل شده اند. در این کار همچنین ساختار هایی کلی برای ایجاد گراف خطی مبدل های پیزوالکتریک و تقویت کننده های عملیاتی پیشنهاد گردیده است. یک الگوریتم جدید برای بررسی خاصیت سببی مدل های گراف خطی ارائه و به کمک دستورالعملی نظام مند، یک ابزار نرم افزای جهت استخراج خودکار معادلات فضای حالت سیستم، به طور مستقیم از گراف خطی آن، ایجاد می شود.

در طول سه دهه ی اخیر دامنه ی کاربرد ربات های صنعتی گسترش چشمگیری یافته است و شامل کارهای ساده و تکراری همچون عملیات بارگذاری تا وظایف پیچیده ای همانند عملیات مونتاژ می باشد. از این میان در حوزه ی ماشینکاری، ربات های صنعتی به دلیل فضای کاری بزرگ بازوی مکانیکی ربات های سری، انعطاف پذیری بالا، چندکارگی ،توانایی انجام کار بر روی مسیرهای پیچیده و ارزش افزوده ی بالای فرآیند ماشینکاری، به عنوان نسل جدیدی از ماشین های ابزار شناخته شده اند. علی رغم مزایای استفاده از ربات های سری در فرآیند ماشینکاری، یکی از معایب ربات نسبت به ماشین های ابزار متداول صلبیت پایین ساختار آن می باشد که علت آن را می توان در ساختار زنجیره ای و کوپل شده ی سازه ی بازوی مکانیکی ربات جستجو نمود. با توجه به نیروی بالای عملیات ماشینکاری و ساختار ضعیفتر بازوی ربات، پایداری فرآیند ماشینکاری رباتیک حساسیت بیشتری نسبت به ماشینکاری با ماشین های ابزار متداول داشته و اثر قابل ملاحظه ای بر کیفیت ماشینکاری بر جای می گذارد. به منظور بررسی پایداری فرآیند ماشینکاری عمدتاً احتمال وقوع پدیده ای به نام ارتعاشات چتر مورد مطالعه قرار می گیرد. به این نوع از ارتعاشات اصطلاحاً ارتعاشات خود-تحریک اطلاق می شود که شدیداً تحت تاثیر دینامیک تراش و تشکیل براده می باشند. با مقایسه ی شرایط پایداری در سیستم های ماشینکاری معمول همانند ماشین های فرز و ماشینکاری رباتیک، فاکتور موثری در پایداری ماشینکاری رباتیک قابل تمیز است و آن اثر موقعیت و وضعیت پیکربندی ربات در هنگام اجرای عملیات ماشینکاری می باشد، چنان که با توجه به ساختار کاملاً غیرخطی و کوپل بازوی مکانیکی ربات، خصوصیات مکانیکی ربات وابسته به چگونگی استقرار و پیکربندی سینماتیکی آن می باشد. بنابراین با تغییر خصوصیات مکانیکی، این گونه به نظر می رسد که در هر پیکربندی ماشین ابزار متفاوتی در حال اجرای عملیات ماشینکاری می باشد. در این پروژه با در نظر گرفتن مکانیزم وقوع ارتعاشات چتر و مدلسازی ساختار ربات، مدلی برای شناسایی ارتعاشات چتر در فرآیند ماشینکاری رباتیک ارائه شده و از آن برای استخراج نمودارهای پایداری فرآیند استفاده شده است. در ادامه با استفاده از رویکرد شبیه سازی چتر در حوزه ی زمان، تابع هدفی استخراج گردیده است که قادر می باشد میزان احتمال وقوع پدیده ی چتر را در شرایط مختلف ماشینکاری و در پیکربندی های مختلف ارزیابی نماید. از سوی دیگر با استفاده از مفهوم فزونی درجات آزادی، ساختار سینماتیکی یک بازوی مکانیکی سری ارائه شده است که قادر می باشد برای موقعیت دهی مجری نهایی در وضعیت مورد نظر پاسخ های سینماتیک معکوس متعددی داشته باشد. حال مسئله ی پیش رو انتخاب پیکربندی بهینه برای اجرای عملیات ماشینکاری از میان پیکربندی های قابل استفاده می باشد. در واقع هدف انتخاب پیکربندی دارای بهترین خصوصیات مکانیکی با توجه به شرایط ماشینکاری می باشد. در مرحله ی بعد با قرار دادن تابع تبدیل هر کدام از پیکربندی در مدل بررسی ارتعاشات چتر، مقداری متناظر با هر پیکربندی برای تابع هدف استخراج می شود. در نهایت با انتخاب مقدار کمینه از میان مقادیر بدست آمده برای تابع هدف می توان پیکربندی بهینه برای اجرای عملیات ماشینکاری را انتخاب نمود. با استفاده از رویکرد ارائه شده در این پروژه برای شناسایی چتر در فرآیند ماشینکاری رباتیک می توان با در نظر گرفتن پارامترهای ماشینکاری، پارامترهای دینامیکی و پارامترهای سینماتیکی بازوی مکانیکی ربات و انجام شبیه سازی به صورت off-line وضعیت پایداری فرآیند ماشینکاری رباتیک را مورد بررسی قرار داد و بهترین شرایط را برای اجرای عملیات ماشینکاری اتخاذ نمود. بنابراین مهندسین رباتیک و برنامه ریزان فرآیند قادر خواهند بود زمان کمتری را صرف آزمون و خطا برای انتخاب پارامترهای ماشینکاری مناسب نمایند و بنابراین زمان انجام عملیات ماشینکاری را می توان کاهش داده و راندمان ماشینکاری را افزایش داد.

یکی از مسایل مهم در سیستم های رباتیکی و بازوهای مکانیکی، طراحی مسیر است. مسئله طراحی مسیر در محیط های شناخته شده می تواند به صورت خارج از خط انجام گیرد. اما چنانچه محیط حرکتی ربات بطور کامل شناخته شده نباشد و تغییرات از قبل پیش-بینی نشده ای داشته باشد، طراحی مسیر عملا می بایست بصورت همزمان انجام گیرد و در این طراحی مسیر، سرعت و دقت محاسباتی الگوریتم های مورد استفاده از اهمیت ویزه ای برخوردار است. چنانچه مسئله طراحی مسیر همراه با بهینه سازی یک تابع مشخص باشد و در اصطلاح، طراحی یک مسیر بهینه مدنظر باشد، این مشخصه های الگوریتم های محاسباتی، اهمیت مضاعفی خواهند داشت. مسئله طراحی مسیر در ربات های با افزونگی درجه آزادی به دلیل همین افزونگی منجر به حل یک مسئله بهینه سازی می شود. این مسئله هم می تواند به صورت بهینه سازی محض یا بهینه سازی دینامیکی حل شود و هم می تواند به صورت بهینه سازی پارامتری یا بهینه سازی جبری انجام گیرد. در مسئله طراحی مسیر بهینه به صورت پارامتری با فرض توابع حل به صورت ترکیبی از توابع شناخته شده، در عمل مسئله بهینه سازی منجر به پیداکردن بهترین ترکیب و ضرایب مربوط به آن می شود. در این پایان نامه، برای طراحی بهینه مسیر، از الگوریتم های هوشمند بهره گرفته شده است. طراحی مسیر بهینه بازوهای مکانیکی با افزونگی درجات آزادی در فضای مفاصل، به گونه ایانجام می-گیرد که مسیر داده شده در فضای کار را دنبال کرده و در حین حرکت اندیس سینماتیکی و دینامیکی داده شده ای بهینه گردد و این کار برای یک ربات صفحه ای سری و یک ربات صفحه ای موازی در حضور قیدهایی که شامل معادلات دینامیکی و سینماتیکی حاکم می-باشند، انجام می شود. به منطور اعتبارسنجی پاسخ الگوریتم ها در ابتدا پاسخ آن ها با روش جستجو مقایسه شده است. برای هر یک از حالات مختلف مسئله و قیدها، طراحی مسیر با استفاده از الگوریتم های هوشمند، شامل الگوریتم ژنتیک، الگوریتم بهینه سازی دسته ذرات و الگوریتم بهینه سازی کلونی زنبورها، انجام شده و نتایج آن ها با هم مقایسه می شوند. با مقایسه این نتایج مشخص شده است که در طراحی بهینه مسیر، الگوریتم بهینه سازی دسته ذرات از سرعت و دقت بسیار بهتری نسبت به دیگر الگوریتم های هوشمند مورد استفاده، برخوردار است. به همین دلیل از این الگوریتم به منظور تولید داده ، برای آموزش شبکه عصبی در طراحی بهینه مسیر به صورت بلادرنگ بهره گرفته شده است. در ادامه مسئله طراحی مسیر در محیط دینامیکی و با استفاده از شبکه عصبی انجام می گیرد. این طراحی مسیر در ابتدا برای حالتی که مسیر حرکت پنجه معلوم است و سپس برای مسیر نامعلوم حرکت پنجه و با مشخص بودن نقطه ابتدا و انتهایی مسیر انجام می شود که در این حالت می بایست مسیر حرکت در طی مسئله بهینه سازی محاسبه شود. در این بخش نیز طراحی مسیر در دو حالت محیط استاتیکی و دینامیکی انجام می شود و در محیط دینامیکی از شبکه عصبی استفاده شده و در این طراحی مسیر دو روش ارائه شده که در روش اول از سنجش موقعیت مانع و در روش دوم از سنجش موقعیت و سرعت مانع برای تخمین مسیر استفاده می شود و چون خطا اجتناب ناپذیر است،الگوریتمی برای اصلاح خطا ارائه شده است. کلمات کلیدی: طراحی مسیر، ربات های افزونه، بهینه سازی، الگوریتم های هوشمند، موقعیت و سرعت مانع، همزمان(بلادرنگ)

پایش وضعیت در توربو ماشین ها روند نظارت بر پارامترهایی از این ماشین ها نظیر دامنه ارتعاشات، فرکانس ارتعاشات و ... برای پیش بینی و تشخیص عیوب ایجاد شده در سیستم ها در زمان کار کرد است. پایش وضعیت جزء اصلی در سیستم های تعمیرات پیش بینانه است. در سال های اخیر دینامیک روتورهای دارای ترک و تشخیص ترک در آن ها از اهمیت زیادی برخوردار بوده است. شناسایی عیوبی مانند ترک های ناشی از خستگی در شفت ها و روتورها اهمیت زیادی در جلوگیری از بوجود آمدن خرابی های فجیع در سیستم های دوار دارد. شناسایی این عیوب در ماشین آلات می تواند میلیون ها تومان در هزینه ها، انرژی و زمان صرفه جویی به همراه داشته باشد. پایش وضعیت ماشین از زمان شروع حرکت تا زمان توقف اهمیت زیادی در تشخیص ترک در ماشین آلاتی نظیر موتورهای هواپیما، توربو ماشین ها و ... که در سرعت های بالا کار می-کنند دارد. هدف از این تحقیق شناسایی عیوبی مانند ترک در سیستم های دوار، به صورت جداگانه و در حضور عیوب دیگر می-باشد. برای این منظور یک سیستم شفت و دیسک که مدل ساده شده یک توربو ماشین می باشد به عنوان سیستم هدف در نظر گرفته شده است. برای ایجاد سیگنال ارتعاشی خروجی سیستم از تست های آزمایشگاهی و همچنین ساخت مدل المان محدود شفت و دیسک در نرم افزار abaqus استفاده شده است. این سیگنال با استفاده از روش آستانه سازی نرم نویز گیری شده سپس با انجام آنالیز موجک بر روی این سیگنال های ارتعاشی مشخصه هایی همانند بردار انرژی ماتریس ضرایب موجک و انرژی کل ماتریس ضرایب موجک از سیگنال استخراج شده و در انتها از این ویژگی ها جهت تعیین عیب و میزان پیشرفت آن استفاده شده است. برای تعیین وضعیت سیستم از منطق فازی استفاده شده است تا بتوان هوشمندی انسان را در ترکیب اطلاعات بدست آمده از سیگنال ارتعاشی سیستم را وارد سیستم عیب یابی نمود. همچنین به دلیل ادغام ویژگی های مربوط به هر عیوب در زمان رخداد همزمان آنها و دشوار شدن تشخیص عیوب از شبکه عصبی برای تعیین نوع عیب استفاده شده است تا میزان خطای انسانی در تشخیص عیوب کاهش یابد. شبکه عصبی استفاده شده در این پروژه از نوع پس انتشار با 6 نورون در لایه مخفی می باشد. برای آموزش شبکه از 40 سیگنال استفاده شده و برای تست شبکه از یک دسته 30 تایی سیگنال استفاده شده است. پس از آموزش، شبکه با دقت 66/96 % عیوب ایجاد شده در سیستم را تشخیص داده و میزان عیب را به طور میانگین با 70% دقت تشخیص داده است.

سیستم های سروو الکتروهیدرولیک از مهم ترین سیستم های کنترلی هستند که امروزه در بسیاری از حوزه ها مانند صنایع نظامی و هوافضا، اتوماسیون صنعتی، ماشین های کنترل عددی، ، صنعت نفت و گاز و غیره مورد استفاده قرار می گیرند. کاربرد این سیستم ها در موارد ذکر شده، دقت عملکرد همراه با قابلیت اطمینان بالایی را می طلبد و بروز کوچکترین اشکال یا نقص در عملکرد سیستم می تواند گاهی باعث به بار آمدن خسارات جبران ناپذیری شود. خرابی یا نقص می تواند در عملکرد هر یک از اجزاء سیستم رخ دهد. مهم ترین جزء هر سیستم سروو الکتروهیدرولیکی، شیر سروو است. شیر سروو وظیفه جهت دهی و تنظیم دبی خروجی روغن را بصورت پیوسته و متناسب با جریان الکتریکی ورودی به آن بر عهده دارد. یک شیر سروو از اجزائی با حساسیت و پیچیدگی بالا تشکیل شده است که کوچک ترین تغییر در ابعاد و ویژگی های این اجزاء می تواند باعث ناپایداری، و بروز نقص در عملکرد سیستم شود. در هنگام طراحی یک شیر سروو، تمامی پارامترها و ابعاد مربوط به اجزاء تشکیل دهنده آن بصورتی طراحی می شوند که سیستم نهائی دارای بهترین و دقیق ترین عملکرد باشد. در این مرحله تمامی پارامترها به صورت قطعی در نظر گرفته می شوند. با این حال، به خاطر محدودیت های ساختی، همواره مقدار نهائی این پارامترها دارای قدری تلورانس و عدم قطعیت می باشد. این عدم قطعیت ها باعث انحراف عملکرد سیستم از حالت ایده آل و گاهی اوقات عملکرد نامناسب آن می شود. در عمل ممکن است از میان چند ده هزار شیر تولید شده، تعداد انگشت شماری بدلیل این عدم قطعیت ها، نیازهای عملکردی مورد انتظار را برآورده نکرده و نتوانند از مرحله کنترل کیفی گذر کنند. بنابراین تحلیلی دقیق از تاثیر نوع و درجه دقت فرآیندهای ساخت در هنگام طراحی می-تواند به بالا بردن قابلیت اطمینان سیستم و صرفه جوئی در هزینه ها کمک زیادی بکند. قابلیت اطمینان سیستم می تواند در کنار هزینه، سرعت و دسترس پذیری، بعنوان معیاری مناسب در انتخاب بهترین روش ساخت برای هر یک از قطعات شیر سروو بکار رود. در این تحقیق، رهیافتی نوین برای ارزیابی قابلیت اطمینان یک سیستم سروو الکتروهیدرولیک، بر اساس عدم قطعیت های ناشی از ساخت موجود در قطعات شیر سروو آن ارائه شده است. در این روش، با استفاده از تکنیک های آماری از جمله تکنیک مونت کارلو، تعداد دفعاتی که سیستم دارای عدم قطعیت، قادر به انجام عملکرد مورد انتظار نمی باشد تخمین زده شده است. برای این منظور، ابتدا با توجه به نوع فرآیند و دقت بکار رفته برای ساخت قطعات شیر سروو، پارامترهای دارای عدم قطعیت سیستم شناسایی و محدوده مقادیر قابل دستیابی برای هر پارامتر تعیین شد. سپس با آماری کردن این پارامترها و انتخاب تصادفی مقادیر از جوامع آماری تعریف شده برای آن ها و جایگزین کردن آن ها در مدل دینامیکی سیستم و اجرای آن به تعداد دفعات بسیار زیاد، رفتار آماری سیستم تخمین زده شد. در مراحل بعد، با تغییر فرآیند و یا درجه دقت ساخت هر یک از قطعات و بهبود منحنی آماری مربوط به آن ها، این محاسبات مجددا تکرار شده و روش های مختلف ساخت قطعات شیر سروو بر اساس این محاسبات با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج محاسبات نشان داد که فاصله گپ هوائی و قطر نازل های جت روغن از مهم ترین عوامل تاثیرگذار بر پاسخ فرکانسی سیستم هستند و صرف هزینه بیشتر برای بهبود دقت ابعادی قطعات تاثیرگذار بر این دو پارامتر، دارای توجیه اقتصادی است. در عین حال افزایش دقت ماشینکاری و سنگ زنی اسپول و اسلیو تاثیر چندانی بر عملکرد دینامیکی سیستم از خود نشان نداد. همچنین شبیه سازی ها نشان داد که پهنای لبه های اسپول و شیارهای داخلی اسلیو از عوامل تاثیرگذار بر مقدار نشتی داخلی شیر هستند و افزایش دقت ابعادی آن ها می تواند بطور قابل ملاحظه ای نشتی شیر سروو را کاهش داده و قابلیت اطمینان آن را بالا ببرد.

امروزه وسایل هوایی بدون سرنشین به دلیل کاربردها و قابلیتهایشان به نحو چشمگیری مورد استفاده قرار گرفته اند. کوداروتور بدون سرنشین، یک نمونه بالگرد است که مکانیزم پروازی آن از چرخش چهار موتور و پروانه که در چهار طرف قاب اصلی آن قرار دارند، حاصل می شود. در این وسیله زاویه حمله پروانه ها تغییر نکرده و تغییر نیروی بالابر صرفاً با تغییر سرعت گردش روتورها انجام می گیرد. همچنین راستای چرخش هر چهار روتور ثابت و عمود بر قاب اصلی می باشد. به منظور خنثی شدن گشتاور اصطکاکی و کاهش اثرات زیروسکوپی، جهت گردش دو روتور از این وسیله نسبت به دو روتور دیگر در جهت عکس می باشد. در این تحقیق ضمن استخراج معادلات دینامیکی پرنده، به کنترل و طراحی مسیر حرکت برای آن پرداخته شده است. هدف نهایی در کنترل این وسیله کنترل سرعت خطی آن می باشد. با توجه به اینکه در طراحی این پرنده ساختار دینامیکی به گونه ای در نظرگرفته شده است که زوایای چرخشی در آن به صورت وابسته به نرخ تغییرات سرعت خطی پرنده تعیین می شوند، مکانیزم کنترلی در نظر گرفته شده برای این وسیله یک مکانیزم دو حلقه ای می باشد. در حلقه خارجی این مکانیزم از کنترل کننده تناسبی- انتگرال گیر و در حلقه داخلی آن جهت کنترل وضعیت چرخشی پرنده، از کنترل کننده های فازی pdc و لغزشی استفاده شده است. در طراحی کنترل کننده pdc، با بیان معادلات دینامیکی غیرخطی وضعیت چرخشی سیستم به صورت ترکیبی از سیستمهای خطی، در ابتدا یک مدل فازی از سیستم ارائه شده و پس از آن با طراحی کنترل کننده برای هر یک از زیر سیستمهای خطی، کنترل کننده کلی که یک کنترل کننده غیرخطی است از ترکیب فازی کنترل کننده های خطی طراحی شده حاصل می شود. در طراحی کنترل کننده لغزشی با تعریف سطوح لغزش جداگانه برای هر یک از زوایای چرخشی سیستم، قانون کنترلی طوری طراحی می شود که حالت سیستم از شرایط اولیه دلخواه، به سمت این سطوح همگرا شده و با باقی ماندن بر روی آن، به سمت مقدار مطلوب خود میل نماید. رفتار سیستم در پیاده سازی جداگانه ی هر یک از کنترل کننده های pdc و لغزشی بر روی مدل دینامیکی سیستم شبیه سازی شده و نتایج حاصل از آنها علاوه بر بررسی جداگانه، باهم مقایسه شده است. همچنین مقاوم بودن کنترل کننده های طراحی شده در برابر وجود اثرات نامعینی واغتشاش خارجی مورد ارزیابی قرار گرفته است. پس از طراحی کنترل کننده، به طراحی مسیر حرکت برای پرنده مورد نظر پرداخته شده است. در طراحی مسیر، فرض شده است که مشخصات سینماتیکی نقاط مبدأ و مقصد حرکت از قبل مشخص بوده و پرنده مسیر حرکت بین این نقاط را با توجه به محدودیتهای فیزیکی حاکم بر خود، باید در کوتاهترین زمان ممکن طی نماید. برای حل این مسئله، معادلات حرکت به صورت توابع چند جمله ای متغیر با زمان در نظرگرفته شده و ضرایب این توابع جهت حرکت در حداقل زمان و برآورده شدن شرایط مرزی نقاط شروع و پایان حرکت محاسبه شده اند.

جداسازی ارتعاشات در سیستم های ارتعاشی و به حداقل رساندن میزان نیروی انتقال یافته از موتورها به بدنه از مسائلی است که همواره مورد توجه پژوهشگران بوده است. یکی از روش های کاهش ارتعاشات انتقال یافته به بدنه به کارگیری دسته موتورهای هیدرولیکی است که به دلیل داشتن ویژگی های دینامیکی خاص در صنایع هوایی و خودروسازی مورد استفاده قرار می گیرند. در صنایع هوایی، کاهش ارتعاشات در فرکانس خاصی که بیشترین زمان کارکرد موتور در آن سرعت دورانی است، به کمک دسته موتورهای هیدرولیکی رخ می دهد. در این رساله، دسته موتور هیدرولیکی غیرفعالی ارائه شده است که قادر است به صورت همزمان نیروی انتقال یافته را در دو فرکانس ورودی کاهش دهد. از دیگر ویژگی های این طراحی جدید، قابلیت کاهش سختی دینامیکی در فرکانس های قله با بهره گیری از سیالی با ویسکوزیته بالا درون محفظه ی داخلی تعبیه شده می باشد. در ادامه، این دسته موتور با استفاده از سیال مگنتورئولوژیکال توسعه داده شده است و دسته موتوری شبه فعال با قابلیت کاهش موثر اندازه ی سختی دینامیکی در فرکانس قله حاصل گردیده است. در نهایت کاربرد بازیاب مکانیکی در توسعه ی این نوع از دسته موتورها مورد بررسی قرار گرفته است. دیگر فعالیت های صورت پذیرفته در این پژوهش متمرکز بر کاربردهای دسته موتورهای هیدرولیکی در صنایع خودرو بوده است. دسته موتور هیدرولیکی شبه فعال دو حالته (حالت ایزوله ی ارتعاشی با قابلیت تغییر در موقعیت فرکانس فاق به کمک تغییر سطح مسیر اینرسی و حالت مستهلک کننده در جابجایی های نسبی زیاد) و همچنین دسته موتور هیدرولیکی با قابلیت عملکرد در سه حالت غیرفعال، مستهلک کننده و فعال از دیگر نتایج این مطالعه بوده است. ساخت دسته موتور شبه فعال با استفاده از سیال مگنتورئولوژیکال برای کاربردهای خودرو و تست آن در این رساله صورت گرفته است. در انتها شبیه سازی مدل دو درجه آزادی سیستم ارتعاشی موتور انجام شده و کارایی دسته موتور در هنگام اعمال بارهای ضربه ای و عملکرد عادی موتور نشان داده شده است.

امروزه سیستمهای الکتروهیدرولیکی به عنوان یکی از رایجترین سیستمهای مورد استفاده در صنایع حساسی چون هوافضا، انرژی اتمی و کاربردهای دریایی، به کار گرفته می شوند. به علت حساسیست کاربرد این سیستم ها عیب یابی آن ها مورد توجه قرار گرفته است. در این تحقیق یک سیستم الکتروهیدرولیکی متشکل از سیلندر دوکاره و شیر سرو فلاپر نازل دومرحله ای در نظر گرفته شد و نشتی سیلندر و تغییر مدول بالک درآن بررسی گردید. عیب یابی در این تحقیق به کمک روش های مبتنی بر عیب یابی بر پایه مدل ریاضی سیستم انجام شده است. به علت غیر خطی بودن فضای حالت از ابزار کالمن فیلتر توسعه یافته جهت تخمین متغیرهای فضای حالت استفاده شده است. پایش وضعیت سیستم در دو سطح پی بردن به وجود عیب و تعیین نوع عیب انجام می شود. در مرحله اول تغییرات باقیمانده متشکل از مقادیر تخمینی و مقادیر حقیقی متغیرهای فضای حالت، ملاک تعیین وجود عیب است و با کمک تست والد به وجود عیب در سیستم پی برده می شود. در مرحله دوم مدول بالک به عنوان متغیر افزونه در فضای حالت به آن اضافه گردید و توسط کالمن فیلتر توسعه یافته تخمین زده شد. مشاهده شد که در حالت سالم مقادیر تخمینی به مقادیر واقعی رسید و در حالت معیوب در مدت زمان قابل قبولی تغییر در مقادیر تخمینی مشاهده شد و به مقادیر تغییر یافته نزدیک شد.

استفاده از مواد مرکب به علت مزایای فراوان از جمله وزن کم و استحکام بالا یکی از مهم ترین پیشرفت های صنایع گوناگون در چند دهه گذشته بوده است. سازه های چند پایداره و یا به صورت جزیی تر دوپایداره دسته ای از مواد مرکب می باشند که به علت قابلیت های بسیار کاربردهای فراوانی به ویژه در صنایع هوا و فضا دارند. مهم ترین ویژگی سازه های دوپایداره این است که این سازه-ها دارای دو حالت کاملاً پایدار بوده و برای حفظ سازه در هریک از این حالات پایدار نیاز به هیچ گونه منبع دائمی انرژی و یا اتصالات مکانیکی نمی باشد. صرفاً جهت تغییر شکل از یک حالت پایدار به حالت پایدار دیگر باید انرژی مصرف کرد.از این رو توجه این پژوهش به مطالعه ی قابلیت استفاده از صفحات دوپایداره به عنوان وسیله ای برای دستیابی به ایده سازه های مورفینگ متمرکز شده است. بدین منظور در ابتدا با نوشتن برنامه مخصوص در نرم افزار متلب و با استفاده از روش ریلی – ریتز و کمینه سازی انرژی پتانسیل کل تغییرات انحناهای طولی، عرضی و پیچشی صفحات مرکب دوپایداره با چینش های گوناگون لایه ها بر حسب دما را با در نظر گرفتن وابستگی مشخصات مکانیکی و حرارتی ماده مرکب به دما و همچنین لایه های رزین و عدم تساوی ضخامت لایه ها، بدست آورده و به بررسی نقطه انشعاب در چینش های مختلف پرداخته شده است. در ادامه نتایج با نتایج شبیه سازی های اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس و همچنین آزمایش های حرارتی که بر روی نمونه های ساخته شده از جنس گرافیت – اپوکسی انجام شده اعتبار سنجی شدند. هم چنین مقدار نیروی بحرانی جهت تغییر شکل از حالت پایدار اول به حالت پایدار دوم و برعکس برای صفحات مرکب با چینش های غیر متقارن [30-/60]، [20-/70] و [0/90] با استفاده از شبیه سازی در نرم افزار آباکوس بدست آمده و صحت آن با انجام آزمایش های عملی بررسی گردید. در پایان نیز به مطالعه دو ایده جهت استفاده از صفحات مرکب دوپایداره در طراحی بال های مورفینگ پرداخته شده است. بدین منظور با استفاده از شبیه سازی اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس مقادیر نیروهای لازم برای انجام پدیده پرش ناگهانی در سازه مطالعه شده است.

امروزه بحث توانبخشی افراد دچار ناتوانایی هایی بدنی توسط سیستم های مکانیکی توجه زیادی را به خود جلب کرده است. این سیستم های مکانیکی می توانند به صورت منفعل یا فعال باشندو به دو منظور کلی مورد استفاده قرارگیرند:1- درمان ناتوانایی های بدنی 2-ایجاد استقلال در زندگی افراددارای ناتوانی بدنی برای انجام فعالیت های روزمره. هدف از انجام این تحقیق بررسی عملکرد یک دسته ی خاص از این سیستم ها یعنی ارتزها برای ایستادن افراد آسیب نخاعی است که هم می تواند با اهداف درمانی و هم برای ایجاد استقلال در انجام فعالیت ها مورد استفاده قرار گیرد. ارتزها می توانند فعال یا غیر فعال باشند و بسته به سطح آسیب نخاعی باید حد مورد نیاز پشتیبانی را برای فرد ناتوان فراهم کنند. در این تحقیق ساختمان یک ارتز ران-زانو-قوزک-پا غیر فعال مورد بررسی قرار گرفته است که به تازگی در دانشکده مهندسی پزشکی دانشگاه استرتکلاید طراحی و ساخته شده است. در بخش اول به بررسی عملکرد ایستادن استاتیکی و دینامیکی با یک ارتز تازه ساخته شده برای استفاده افراد آسیب نخاعی پرداخته ایم. برای این منظور یک مدل سریال پنج لینکی را به عنوان مدل فرد و ارتز در هنگام ایستادن درصفحه طولی که دارای دو درجه آزادیست، در نظر گرفتیم وسپس به استخراج معادلات حرکت سیستم پرداختیم. موقعیت های تعادل سیستم از معادلات حرکت قابل محاسبه هستندو باید دو قید را ارضا کنند: اول پایداری دینامیکی سیستم که مقادیر ویژه سیستم مورد نظر حول نقاط تعادل تعیین کننده آن است؛ دوم پایداری استاتیکی، به این معنا که موقعیت مرکزجرم تصویر شده بدن باید در چندضلعی تکیه گاهی یعنی کف پا قرار گیرد. نتایج مدل پیشنهادی در ابتدا با نتایج تحقیقات پیشین اعتبار سنجی گردید. در ادامه مدل براساس نتایج تجربی نیز صحت سنجی شدو برای محاسبه محدوده زوایای مفاصل که می توانند منجر به ایستادن پایدار گردند مورد استفاده قرارگرفت. این یافته از دست آوردهای اساسی این پایان نامه است و می تواند برای ساخت نسل های آینده ارتز راه گشا باشد. پس از بررسی کامل مسئله ایستادن استاتیکی با ایده ای مشابه، به بررسی ایستادن دینامیکی برای فردی که با ارتز مورد نظر ایستاده است و در حال انجام فعالیتی با دست است، براساس پایداری دینامیکی مفصل ران و پایداری سیستم براساس مفهوم نقطه ممان صفر پرداختیم و در این جا نیز یک حل عمومی ارائه کردیم که محدوده ای از زوایای مفاصل را که می تواند سبب ایستادن پایدار دینامیکی شود، ارائه می کند . پس از بررسی سیستم به صورت منفعل درهر دو حالت استاتیکی ودینامیکی، در بخش بعد با فرض استفاده از عملگر در مفصل ران به کنترل فعال ایستادن با در نظر گرفتن قید نقطه ممان صفر در حضور اغتشاشات پرداختیم. در قسمت پایانی این تحقیق به بررسی راه رفتن یک ربات دوپای نه لینکی پرداختیم. در ابتدا یک مسیر پایدار برای راه رفتن ربات با فرض عدم حرکت دست ها و بالاتنه طراحی گردید و اثر جرم قابل حمل توسط دست ها برپایداری مسیر طراحی شده بررسی گردید. در انتها برای یافتن استراتژی های پایدارسازی ربات ابتدا یک مسیر برای تنه در جهت تحقق حالت ایده آل پایداری طراحی شد و پس از آن با روشی مشابه از حرکت دست ها نیز به تنهایی برای تحقق حالت ایده آل نقطه ممان صفر استفاده شد.

در این پژوهش مراحل طراحی و ساخت یک ربات پیوسته ی دوبخشی انجام گرفته است. به طور هم زمان معادلات سینماتیک مستقیم و معکوس این ربات، با در نظر گرفتن فرض ثابت بودن شعاع انحنای ستون فقرات مرکزی در راستای طول خود، استخراج می شود. سپس مسیری برای نقطه ی انتهایی ربات در فضا طراحی شده و از طریق سینماتیک معکوس ربات، به مسیرهای مطلوب برای متغیرهای فضای پیکره بندی تبدیل می شود. با استفاده از روابط به دست آمده بین میزان تغییر طول عملگرها و متغیرهای فضای پیکره-بندی، میزان کشش عملگرها برای طی کردن مسیر مطلوب توسط نقطه ی انتهایی ربات محاسبه گردیده است. با طراحی یک کنترل-کننده بر پایه ی سینماتیک ربات سعی شده است تا ربات مسیر مطلوب را طی کند. نتایج حاصل از پیاده سازی این کنترل کننده نشان داده می شود. موقعیت نقطه ی انتهایی ربات توسط یک سیستم بینایی استریو در هر لحظه ثبت می شود. در ادامه با فرض وجود عیب در یکی از عملگرهای هر بخش، مدلی جدید برای توصیف شکل منحنی ربات در فضا ارائه شده است. با استفاده از این مدل و حل سینماتیک معکوس ربات دو بخشی دارای نقص، میزان کشش های لازم برای عملگرهای سالم محاسبه می شود. سپس کنترل کننده ای سینماتیکی برای این حالت طراحی می شود. در نهایت با پیاده سازی این کنترل کننده، نتایج به دست آمده نشان داده خواهد شد.

ربات های کابلی دارای ترکیب و ساختار پایه ای ربات های موازی می باشند، با این ویژگی اضافی که کابل ها به عنوان حلقه های موازی و گرداننده ها به عنوان محرک ها عمل می کنند. یک تفاوت مهم میان ربات های کابلی معلق و ربات های کلاسیک موازی در این است که کابل ها فقط قدرت تحمل نیروی کششی را دارند و در نتیجه فقط می توانند پنجه را به سمت خود بکشند. در نتیج? این ویژگی، خیلی از نتایج شاخص ربات های موازی را نمی توان به صورت مستقیم برای آن ها به کار برد. در این پروژه ما ابتدا به مطالع? انواع مختلف ربات های کابلی پرداخته ایم و تعدادی از ربات های موجود را بررسی کرده ایم.از میان ربات های موجود، یک نمونه را که برای حمل دوربین فیلم برداری هوایی، معمولاً در مجموعه های ورزشی، کاربرد دارد انتخاب کرده و به کنترل آن پرداخته ایم. هدف کنترل و حذف نوسانات دوربین در صفح? قائم می باشد . در این تحلیل حرکت صفحه ای فرض شده و کابل ها مانند فنر بدون جرم در نظر گرفته شده اند. پس از به دست آوردن معادلات حرکت ربات، نقط? تعادل را بدست آورده و با خطی سازی حول نقط? تعادل، کنترلر را طراحی کرده ایم.در هر مرحله برای کنترل حرکت ربات در صفحه، به طراحی کنترلر پرداخته و عملکرد سیستم کنترل شده را شبیه سازی کرده ایم.

در روشهای طراحی سنتی سیستمهای مکاترونیکی، قسمتهای مختلف سیستم به صورت متوالی طراحی میشوند، در حالی که به دلیل برهمکنشهای پیچیده موجود بین زیرسیستمهای یک سیستم مکاترونیکی، بهینه بودن نتیجه حاصل از این روش زیر سوال خواهد بود. بنابراین، به تازگی ایده طراحی توأمان و یکپارچه سیستمهای مکاترونیکی با هدف دستیابی به عملکرد بهینه در این سیستمها مطرح شده است. در روشهای پیشنهادی برای طراحی توأمان، تلاش فراوانی برای هوشمندسازی روند طراحی از طریق انجام این فرآیند به صورت خودکار انجام شده است. در این پژوهش روش طراحی خودکار حاصل از ترکیب ابزار مدلسازی باندگراف و ابزار جستجوی برنامه نویسی ژنتیک به منظور طراحی بهینه توپولوژی و مقادیر عددی به صورت توأمان برای سیستمهای مکاترونیکی مورد استفاده قرار میگیرد. ابتدا با هدف بهبود فرآیند طراحی از طریق روش ترکیبی مورد نظر، اقدام به ایجاد حافظه کلی برای ابزار جستجو میگردد. به این ترتیب با شناسایی توپولوژیهای یکسانی که در طی فرآیند طراحی ایجاد میشوند و حذف این حلها از مراحل بعدی طراحی (شبیه سازی و استخراج معادلات مربوط به هر حل و بهینه سازی پارامترهای عددی)، از اتلاف وقت در روند حل مسئله به صورت موثری جلوگیری میشود. در گام بعدی، برای هوشمندسازی روش طراحی مورد استفاده، قابلیت تنظیم دینامیک برای پارامترهای اساسی در تعیین تابع برازندگی ایجاد میشود. به این ترتیب اصلاحات مورد نیاز در روند تعیین برازندگی برای هر حل، در حین انجام فرآیند طراحی و به صورت خودکار اعمال میشوند، و در نتیجه میتوان گفت که همه معیارها و شرایط مطلوب برای عملکرد سیستم به صورت یکپارچه بهینه سازی میگردند. ایده قابلیت تنظیم خودکار ویژگیهای مختلف در این روش طراحی به گونه ای است که میتوان آن را برای اغلب الگوریتمهای تکاملی به صورت مطلوبی اعمال نمود. در ادامه پژوهش، به مسئله طراحی توأمان سازه و کنترل برای یک ربات سه درجه آزادی با استفاده از الگوریتم ژنتیک با قابلیت تنظیم خودکار پارامترهای موثر در تعیین تابع برازندگی، پرداخته میشود. پارامترهای ساختاری، بهره های کنترلی و معادله مسیر حرکت ربات به صورت توأمان و با یکپارچه در نظر گرفتن کل سیستم بهینه سازی میگردند. با وجود محدوده تغییرات بسیار متفاوت برای معیارهای عملکردی مختلف مورد نظر در این مسئله، به دلیل استفاده از قابلیت تنظیم خودکار پارامترها در تابع برازندگی، همه معیارها با روند نسبتاً مشابهی در فرآیند طراحی بهبود یافته اند. در نهایت بهینه سازی توأمان توپولوژی و پارامترهای عددی، که بالاترین سطح از فرآیند طراحی توأمان برای سیستمهای مکاترونیکی محسوب میشود، در قالب حل مسئله طراحی بهینه سیستمهای دسته موتور هیدرولیکی با استفاده از روش ترکیبی معرفی شده مطرح میگردد. چندین مدل مختلف از دسته موتورهای هیدرولیکی با ساختارهای جدید و خلاقانه بصورت کاملا اتوماتیک طراحی میشوند، که ویژگیهای عملکردی در این پاسخها به صورت قابل توجهی بهبود یافته است. مهمترین ویژگی عملکردی در اکثر مدلهای نوین حاصل از طراحی خودکار، حذف فرکانس قله بدون ایجاد تأثیر نامطلوب در فرکانس فاق است. به همین دلیل با توجه به معیارهای کاربردی دو پاسخ برتر برگزیده شده اند و در پایان مدلهای فیزیکی متناسب با این پاسخها ارائه گردیده است.

رویای پرواز و ساخت وسایل پرنده از دیرباز ذهن بشر را به خود مشغول کرده است. تلاشهای وی برای تحقق این رویا سبب پیشرفتهای بسیاری در زمینه علم هوافضا شده است. در میان همه وسایل پرنده ساخت بشر، وسایل بدون سرنشین که از اوایل قرن بیستم پا به عرصه وجود نهادند، از اهمیت زیادی برخوردارند. توانایی این وسایل در انجام ماموریتهای مختلف، بدون در معرض خطر قرار دادن جان انسانها، سبب اهمیت روزافزون این وسایل شده است. یکی از وسایل نقلیه بدون سرنشین که امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است، هلیکوپتر چهار روتوره یا کوادروتور است که بدلیل دارا بودن قابلیتهای مانوری قابل توجه، کاربردهای بسیاری پیدا کرده است. در این وسیله که از یک قاب x شکل و چهار روتور تشکیل شده است، تغییر سرعت چرخش روتورها سبب حرکت و چرخش کوادروتور در راستاهای مختلف و انجام حرکات مانوری توسط آن میشود. این وسیله از لحاظ دینامیکی بشدت ناپایدار است و برای پایدار شدن و انجام ماموریتهای محوله به یک کنترل کننده مناسب نیاز دارد. برای طراحی چنین کنترل کننده ای، باید اطلاعات مربوط به مکان و سرعت خطی و زاویه ای کوادروتور در دسترس باشند. همچنین برای فراهم آوردن امکان انجام ماموریتهای مختلف در محیطهای ناشناس، باید اطلاعات مربوط به محیط اطراف کوادروتور بگونه ای در اختیار سیستم کنترلی آن قرار گیرد. یکی از روشهای بدست آوردن این اطلاعات، استفاده از دوربین برای تصویربرداری از محیط و سپس آنالیز تصاویر برای بدست آوردن اطلاعات و یا استفاده از روش فرمانپذیری بصری در کنترل کوادروتور است. آنالیز تصاویر و ارسال آنها به کنترل کننده میتواند با مشکلاتی از قبیل تاخیر زمانی و از دست رفتن قسمتی از اطلاعات همراه باشد. کنترل کننده طراحی شده باید قابلیت جبران این مشکلات را داشته باشد و بتواند عملکرد مورد انتظار سیستم را تضمین کند. هدف اصلی این پروژه طراحی کنترل کننده ای است که بتواند تاثیرات منفی ناشی از تاخیرات زمانی بوجود آمده در حین فرایند فرمانپذیری بصری را جبران کند. روش پیشبینی کننده مبتنی بر مدل روشی است که با توجه به برخورداری از ویژگیهای منحصربفرد میتواند اهداف این پروژه را برآورده سازد. در این پروژه، ابتدا معادلات دینامیکی کوادروتور با استفاده از روش نیوتن بدست می آیند. معادلات بدست آمده نشان میدهند که حرکت انتقالی کوادروتور به حرکت چرخشی آن وابسته است، ولی عکس این موضوع برقرار نیست. بنابراین، برای کنترل سیستم از دو کنترل کننده انتقالی و چرخشی که بترتیب وظیفه کنترل سرعت خطی و وضعیت چرخشی کوادروتور را بعهده دارند، استفاده میشود. با درنظر گرفتن اثرات تاخیر زمانی محاسباتی و نیز تاخیر زمانی نامعین ایجادشده در حین فرایند آنالیز تصاویر و ارسال اطلاعات و با استفاده از روش کنترلی پیشبینی کننده مبتنی بر مدل، کنترل کننده های انتقالی و چرخشی طراحی میشوند. در نهایت سیستم کوادروتور به همراه کنترل کننده های آن به کمک نرم افزار matlab و simulink شبیه سازی شده و عملکرد سیستم کنترلی مورد ارزیابی قرار میگیرد. نتایج بدست آمده از شبیه سازی حاکی از عملکرد مناسب کنترل کننده ها در کنترل پرواز کوادروتور در حضور تاخیرات زمانی نامعین و قیود فیزیکی مسئله است.

میکرو - ماکرو ربات ها از دو قسمت میکرو و ماکرو ربات تشکیل شده اند که به صورت سری به یکدیگر متصل شده اند. میکرو رباتی کوچک و سریع است که توسط ماکرو با ابعاد بزرگ حمل می شود. ویژگی منحصربفرد این ربات ها دارا بودن همزمان فضای کار وسیع و سرعت و دقت بالا پنجه است که کاربردهای متنوعی مانند بازرسی و تعمیر سازه های بزرگ، هواپیما و کشتی ها و نیز انجام کار در محیط های ناشناخته و دور از دسترس نظیر فضا و کمک در مونتاژ و تعمیرات را بوجود آورده است. پاره ای از کاربردها مانند جوشکاری و تعمیر شکاف های ایجاد شده، نیازمند کنترل حرکت پنجه ربات بر روی مسیری با معادله نامعین است. طراحی چنین کنترلری باتوجه به نیازها و محدودیت های موجود موضوع تحقیق حاضر است و استفاده از روش های همکاری انسان و ماشین به عنوان راه حل کلیدی در نظر گرفته شده است. به منظور یافتن راه حل نهایی ابتدا مسایل پیش رو در کنترل این ربات ها مانند کم عملگری، افزونگی سینماتیکی، نامعلوم بودن معادله مسیر مطلوب و عدم امکان اندازه گیری خطا و پیچیدگی های ناشی از آن تشریح و تحقیقات مرتبط با این موضوعات توضیح داده شده است. سپس چگونگی استخراج معادلات مینیمم مرتبه سیستم های تحت قیدهای مصنوعی تبیین و کنترلری بر این اساس پیشنهاد شده است که خطای ناشی از حرکت یا تغییرشکل ماکرو ربات را توسط میکرو ربات جبران کرده و پنجه را روی مسیر حرکت می دهد. در ادامه مساله رفع افزونگی و تقسیم حرکت بین میکرو و ماکرو ربات بررسی و راه حل هایی براساس اولویت بندی وظایف و فیلتر کردن حرکت پنجه ارایه شد. پس از آن به مساله عدم امکان اندازه گیری و تعیین مقادیر خطای پنجه ناشی ازنامعلوم بودن معادله مسیر پرداخته شده و روش پیشوا-پیرو به عنوان راهکاری مناسب معرفی و مزایا و مسایل استفاده از آن در کنترل این ربات ها بررسی شده است. بر همین اساس سه الگوریتم هدایت حرکت توسط کاربر با استفاده از پیشوای پنجه ارایه شده است که اساس کار این الگوریتم ها تولید بردارهای اصلاح حرکت به وسیله انسان به تناسب مقدار خطای موقعیت و سرعت پنجه و از طریق ابزار پیشوایی متناسب با وظیفه محوله نظیر جوشکاری و ترکیب و تبدیل آنها به برداری معادل بردار برآیند خطا است که نیاز به اندازه گیری خطا را از بین می برد. پس از آن ساختارهای پیشروی متناسب با این الگوریتم ها تشریح و با مدل سازی فازی رفتار کاربر-پیشوا، عملکرد روش پیشنهادی در هدایت حرکت پنجه میکرو-ماکرو ربات های صلب و انعطاف پذیر شبیه سازی شده است. در انتها نیز با انجام تست های عملی کارآیی روش بررسی و تایید شده است.

در چند دهه ی اخیر، افزایش کارایی و ایمنی سازه ها در برابر خطرات طبیعی از قبیل زلزله های شدید، با استفاده از ایده ی کنترل سازه ها توجه محققین بسیاری را به خود جلب کرده است. سیستم های مختلف کنترل سازه ها بر حسب میزان انرژی مورد نیاز و نحوه ی تأثیرگذاری روی سیستم به سه گروه عمده ی غیرفعال، فعال و نیمه فعال تقسیم می شوند. سیستم های نیمه فعال، با توجه به دارا بودن ویژگی های هر دو گروه، یعنی قابل اطمینان بودن سیستم های کنترل غیرفعال و سازگاری و انطباق پذیری سیستم های کنترل فعال، عملکرد نسبی بهتری در کنترل پاسخ سازه ها دارند. میراگرهای با سیال قابل کنترل توسط میدان مغناطیسی(magnetorheological damper) از ابزارهای کنترل نیمه فعال بوده که در سالیان اخیر بسیار مورد توجه قرارگرفته است. این دسته از ابزار کنترل نسبت به اعمال میدان مغناطیسی، تغییر شدیدی در رفتار جریان سیال از خود نشان داده و از یک سیال با حالت جریان آزاد و ویسکوز خطی، به یک ماده شبه جامد و با مقاومت قابل کنترل تبدیل می شود؛ به دلیل سادگی مکانیکی، محدوده ی عملکرد بالا و عدم نیاز به منبع انرژی خارجی پر قدرت، میراگرهای mr در کنترل سازه ها بسیار مورد توجه قرارگرفته اند. در این پایان نامه، نحوه ی عملکرد میراگرهای mr شرح داده شده و پس از بررسی مدل های مختلف موجود جهت پیش بینی رفتار دینامیکی غیرخطی این میراگرها، از مدل بوک-ون جهت شبیه سازی رفتار دینامیکی میراگر استفاده شده است. عملکرد میراگرهای mr در سازه های تمام مقیاس 3 و 20 طبقه ی بنچ مارک غیرخطی تحت اثر تحریک های مختلف مورد ارزیابی قرارگرفته است. این تحریکات شامل زلزله های دور گسل و نزدیک گسل با مقیاس های مختلف می باشد. برای بیان رفتار غیرخطی از یک مدل هیسترزیس دوخطی لنگر-انحنا جهت مدل سازی مفاصل پلاستیک استفاده شده است. در این مطالعه از الگوریتم کنترل فازی-ژنتیک به منظور فرمان دهی میراگر استفاده شده است؛ در حقیقت کنترل کننده ی فازی که پایگاه قوانین آن به وسیله ی الگوریتم ژنتیک چند هدفه(multi-objective genetic algorithms) تعیین می شود، طراحی شده و ولتاژ میراگر را به گونه ای تنظیم می کند که تغییر مکان، شتاب و برش پایه در سازه به صورت همزمان بهینه شود. الگوریتم بهینه سازی چندهدفه که از آن استفاده شده است، الگوریتم ژنتیک با مرتب سازی نامغلوب سریع و نخبه گرا (non-dominated sorting genetic algorithm ver. ii) می باشد. به منظور ارزیابی سودمندی سیستم کنترل ارائه شده عملکرد آن با الگوریتم های کنترل دیگر مقایسه شده است. نتایج نشان می دهد سیستم کنترل توسعه داده شده قابلیت کنترل همزمان پاسخ تغییرمکان، شتاب وبرش پایه را به میزان قابل توجهی دارا می باشد. بررسی های صورت گرفته بیانگر این مطلب است که سیستم کنترل علاوه بر این که حداکثر پاسخ های سازه را به طرز موثری کاهش می دهد، سازه را در طول مدت زمان زلزله نیز، به نحو بسیار مطلوبی کنترل می نماید. همچنین با افزایش انرژی ورودی به سازه و افزایش شدت پاسخ ها، عملکرد سیستم کنترل در کاهش پاسخ بهبود می یابد. نتایج حاصله نشان می دهند سیستم کنترل نیمه فعال ارائه شده توانسته با صرف میزان انرژی به مراتب کمتر، عملکردی مشابه و در بعضی شرایط بهتر از سیستم کنترل فعال داشته باشد. بعلاوه در مقایسه با سیستم غیرفعال مشابه (عملکرد میراگر mr با ولتاژ ثابت در طول مدت زمان زلزله)، عملکرد سیستم کنترل نیمه فعال بسیار بالاتر بوده و در بعضی از حالات سیستم غیرفعال در کاهش پاسخ عملکردی نداشته و حتی افزایش مقادیر شتاب و برش پایه در سازه را در پی داشته است.

از ابتدای قرن بیستم با افزایش سرعت رشد علم، نیاز به داشتن لنزهای اپتیکی مناسب برای دریافت تصاویر با کیفیت بالا بسیار افزایش یافت. این نیاز روزافزون دانشمندان و صنعت گران را به تحقیق بیشتر و ارائه ی روش های جدید در فرایند تولید لنزهای اپتیکی شیشه ای متمایل ساخت. پرداخت سطح به عنوان آخرین و موثرترین مرحله در تولید لنزهای اپتیکی بیشتر از دیگر مراحل مورد توجه قرار گرفت و تعداد زیادی مقاله که حاوی روش های جدید یا بهینهی روش های قبلی بود منتشر شد. تعداد روش ها و زیر روش هایی که تاکنون برای فرایند پرداخت سطح لنزهای اپتیکی شیشه ای بیان شده بالغ بر 50 روش است. در این تحقیق ابتدا مطالعه ی گسترده ای در مورد روش های مختلف موجود در دنیا که در مقیاس صنعتی یا آزمایشگاهی برای اجرای فرایند پرداخت سطح استفاده می شوند انجام شد و مزایا، معایب، پارامترهای موثر و تجهیزات مورد نیاز تعیین گردید. در ادامه با بررسی امکانات موجود در صنعت کشور، مقایسه و امکان سنجی اجرای این روش ها در داخل کشور مورد تحقیق و بررسی قرار گرفت و در پایان فرایند پرداخت تماس مستقیم تحت کنترل کامپیوتر انتخاب گشت. اولین گام برای اجرای فرایند پرداخت تحت کنترل کامپیوتر شبیه سازی فرایند پرداخت در محیط کامپیوتر است. در این تحقیق روشی جدید بر مبنای گسسته سازی مسیر به بازه های صد مایکرونی ارائه شده است. این روش بر خلاف روش رایج در دنیا محدودیت مسیر حرکت و گام حرکت ابزار را ندارد و می تواند مسیرهای پیچیده ی حرکت ابزار را نیز شبیه سازی کند. در ادامه چند روش متفاوت برای بهینه سازی تابع توزیع سرعت حرکت خطی ابزار بر روی مسیر ارائه می گردد. تست این روش ها تحت یک شرایط یکسان در محیط شبیه سازی امکان مقایسه ی نتایج این روش ها را بوجود می آورد. در پایان تست عملی فرایند پرداخت برای سطوح اپتیکی تخت و کروی انجام می گردد که در نتیجه ی آن خطای سطح در مقیاس 90 تا 60 درصد کاهش می یابد.

در این تحقیق فرآیند ماشینکاری به کمک ارتعاشات التراسونیک بیضوی با رویکرد تحلیلی تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در این فرآیند تاثیرات مثبتی از قبیل کاهش نیروهای ماشینکاری، بهبود کیفیت سطح، کاهش سایش ابزار و کاهش دما دیده می شود که به عواملی همچون تغییر جهت نیروی اصطکاک براده بر روی ابزار، نرم شدگی ماده و تغییر سینماتیک ماشینکاری نسبت داده می شود. در این حالت، جهت اصطکاک براده بر روی ابزار تغییر می کند و همین امر باعث می شود مدل های اصطکاک استاتیکی که توسط آنها پدیده های دینامیکی اصطکاک از قبیل چسبندگی-لغزش، جابجایی پیش از لغزش و نیروی شکست متغیر قابل مدل سازی نیست، قابلیت خوبی در مدل سازی این فرآیند نداشته باشند. در این تحقیق برای حل این مشکل یک مدل اصطکاک دینامیکی به کار برده شده است و نتایج پس از تحلیل توسط آزمایشات تجربی تایید شده اند. برای شناسایی ضرایب مدل از تست¬های تراش متعامد و روش بهینه¬سازی الگوریتم ژنتیک استفاده شده¬است. برای بهبود نتایج، یک مدل اصلاح شده جدید متناسب با شرایط ماشینکاری ارائه شده¬است. نتایج نشان میدهند که مدل پیشنهادی در پیشبینی نیروهای ماشینکاری نسبت به مدل اصلاح نشده بهتر عمل می کند. همچنین آزمایشاتی بر روی تاثیر پارامترهای دیگر ماشینکاری از قبیل سرعت و پیشروی بر روی زبری سطح و نیروهای ماشینکاری صورت گرفته است که نتایج آن به تفصیل آورده شده است. برای مطالعه تاثیر ارتعاشات التراسونیک بر روی خصوصیات مکانیکی براده، آزمایشات میکروسختی سنجی بر روی براده ها انجام شده است، که نشان میدهد پدیده نرم شدگی در ماشینکاری به کمک ارتعاشات فراصوتی برای جنس های آلومینیوم 6061، آلومینیوم 7075 t6 و مس اتفاق می افتد. آزمایشات تجربی بر روی جنس های آلومینیوم 6061، آلومینیوم 7075 t6، مس خالص و اینکونل 718 انجام شده است.

توجه این پژوهش به مطالعه ی قابلیت استفاده از صفحات دوپایداره به عنوان وسیله ای برای دستیابی به ایده سازه های مورفینگ متمرکز شده است. بدین منظور در ابتدا با نوشتن برنامه مخصوص در نرم افزار متلب و با استفاده از روش ریلی – ریتز و کمینه سازی انرژی پتانسیل کل تغییرات انحناهای طولی، عرضی و پیچشی صفحات مرکب دوپایداره با چینش های گوناگون لایه ها بر حسب دما بدست آمده است. هم چنین مقدار نیروی بحرانی جهت تغییر شکل از حالت پایدار اول به حالت پایدار دوم و برعکس برای صفحات مرکب با چینش-های غیر متقارن [30-/60]، [20-/70] و [0/90] با استفاده از شبیه سازی در نرم افزار آباکوس بدست آمده و صحت آن با انجام آزمایش های عملی بررسی گردید. در پایان نیز به مطالعه دو ایده جهت استفاده از صفحات مرکب دوپایداره در طراحی بال های مورفینگ پرداخته شده است. بدین منظور با استفاده از شبیه سازی اجزاء محدود در نرم افزار آباکوس مقادیر نیروهای لازم برای انجام پدیده پرش ناگهانی در سازه مطالعه شده است.

ماشین افزار فورج سرد مافوق صوت ( ucf)، سیستمی است که با استفاده از فناوری مافوق صوت باعث تغییر ساختار سطح آلیاژهای فلزی از میکرو به نانو و بهبود خواص مکانیکی آن ها می شود. از آن جایی که طراحی کلگی تمامی دستگاه های ucf تا پیش از این پژوهش تنها قابلیت اجرای فرایند روی سطوح بیرونی شافت و لوله و سطوح تخت ورق های فلزی را داشت، خلا بکارگیری این قرایند روی سطوح داخلی لوله و سیلندرهای فلزی که کاربرد وسیعی دارند، به چشم می خورد. بنابراین در ادامه به اساس عملکرد اجزای انتقال دهنده ی ارتعاش و نحوه ی طراحی آن ها، جهت اجرای فرایند ucf روی سطوح داخلی سیلندر پرداخته می شود. این طراحی شامل آنالیز مودال اجزای ارتعاشی کلگی ucf یعنی تقویت کننده و متمرکزکننده و سپس آنالیز مودال، استاتیک و خستگی کلگی ucf است. سپس تحلیلی پیرامون میزان جابجایی نقاط گرهی متمرکزکننده، قبل و بعد از درگیری ابزار ucf با قطعه کار ارائه میگردد. در پایان نیز نتایج و تاثیرات مکانیکی و متالورژیکی حاصل از فرایند ucf و روش ها و دستگاه های مورد استفاده برای استخراج نتایج بیان می شود.

با توجه به افزایش آلودگی هوا و افزایش استفاده از خودروها ایده استفاده از خودروهای هیبریدی می تواند به کاهش آلودگی های زیست محیطی کمک کند. در ین پایان نامه از شاسی خودروی سمند برای سیستم هیبرید با پیشرانه باتری و پیل سوختی استفاده شده است. . سیستم کنترل توان خودرو برمبنای قواعد فازی طراحی شده است. این سیستم بر مبنای توزیع توان بین منابع تامین توان یعنی باتری و پیل سوختی در شرایط رانندگی مختلف عمل خواهد کرد. همچنین جهت نگه داشتن شارژ باتری از یک کنترل کننده فازی اصلاح کننده شارژ باتری و روش dfl به عنوان آموزش کنترلر فازی برای بهینه کردن ورودی کنترل فازی استفاده شده است. نتایج مربوطه نشان می دهد که خودروی هیبرید طراحی شده برای شاسی سمند دارای مصرف سوخت مناسب تری نسبت به خودروی سمند با موتور احتراق داخلی و یا پیشرانه پیل سوختی است و از لحاظ شرایط دینامیکی خودرو نظیر شتاب و شیب پیمایی قابل رقابت با خودروی سمند معمولی است.

همکاری بین ربات ها از یک سو باعث افزایش قابلیت سیستم های رباتیکی و تنوع کاربرد های آن شده و از سوی دیگر به دلیل ایجاد زنجیره های بسته، پیچیدگی های سینماتیکی، دینامیکی و کنترلی بیشتری را به این سیستم ها تحمیل می کند. در این تحقیق ضمن مروری بر سینماتیک، دینامیک و کنترل مجموعه ای از بازوهای همکار صفحه ای، مسأله طراحی مسیر بهینه (با اندیس های مختلف بهینه سازی) در دو فاز مجزای حرکتی قبل و بعد از اتصال بازوها به جسم مورد بررسی قرار گرفته است. روابط سینماتیکی یا ارتباط متغییرهای فضای کار و فضای مفاصل در دو فاز حرکتی سیستم، به طور جداگانه و به دو صورت جبری و دیفرانسیلی یا به عبارت دیگر در دو فرم موقعیت وسرعت، با استفاده از قیود هندسی مکانیزم استخراج شده اند. معادلات دینامیک مکانیزم در فاز نزدیک شدن بازوها به جسم با بکارگیری دو روش نیوتون-اویلر بازگشتی و لاگرانژ و در فاز انتقال جسم توسط بازوها با استفاده از روش لاگرانژ برای سیستم های مقید به دست آمده اند. در ادامه، مسأله کنترل سیستم بازوهای همکار بررسی شده است. کنترل بازوهای مکانیکی همکار به دو روش کلی غیرمتمرکز یا مجزا و متمرکز یا یکپارچه امکان پذیر است. در روش غیرمتمرکز، هر بازو به صورت جداگانه کنترل شده ولی در روش متمرکز مجموعه بازوهای همکار به عنوان یک سیستم واحد در نظر گرفته شده وتنها یک کنترل کننده برای کنترل کل سیستم طراحی می شود. با معرفی روش های گوناگون کنترلی برای کنترل سیستم های رباتیکی، در نهایت با طراحی کنترل کننده به دو روش یکپارچه تورک محاسباتی و فازی، مسأله قرار گرفتن مکانیزم در یک مسیر مشخص توسط این دو کنترل کننده مورد بررسی قرار گرفته است. طراحی مسیر بهینه موضوع اصلی این تحقیق است. در این تحقیق مسأله طراحی مسیر بهینه در دو فاز مجزای نزدیک شدن بازوها به جسم و انتقال جسم توسط بازوها، به ترتیب در فضای مفاصل و فضای کاری ربات بررسی شده است. در فاز نزدیک شدن بازوها به جسم بهینه یابی بر روی سه اندیس زمان (جهت کمینه کردن زمان رسیدن بازوها به جسم)، سینماتیکی (جهت کمینه کردن انتگرال مجذور نُرم دوم مفاصل ربات) و دینامیکی (جهت کمینه کردن انرژی مصرفی عملگرها) انجام گرفته است. همچنین در فاز انتقال جسم توسط بازوها اندیس های سینماتیکی و دینامیکی جهت دست یافتن به مسیر بهینه انتخاب شده اند. بهینه سازی دینامیکی با استفاده از توابع تقریبی و به کمک سه روش متفاوت گسسته سازی فیزیکی، گسسته سازی ریاضی با استفاده از چندجمله ای های ساده تابع زمان و گسسته سازی ریاضی با استفاده از ترکیب خطی تعداد محدودی از چندجمله ای های لِژاندر انتقال یافته به یک مسأله بهینه سازی پارامتری تبدیل و سپس به کمک الگوریتم ژنتیک حل شده اند. با اعمال سه دسته قیود سینماتیکی، دینامیکی و هندسی وارد بر سیستم به فرم توابع پنالتی به مسأله مورد نظر، مشخص شد که روش گسسته سازی ریاضی با ترکیب خطی تعداد محدودی از چندجمله ای های لژاندر انتقال یافته به دلیل بالا بودن فضای جستجوی آن، منجر به نقطه کمینه مناسب تر برای اندیس های مورد نظر خواهد شد.