Qual modelo é melhor para o controle de feedback de manipuladores robóticos: MIMO ou SISO paralelo?

No momento, estou projetando um braço robótico com 6-DOF, e meu objetivo é fornecer pontos de ajuste para posição, velocidade e orientação 3D ( ).$x,y,z,\dot{x},\dot{y},\dot{z},\theta,\alpha,\gamma$

Até agora, eu só tinha controle de feedback para sistemas SISO na faculdade; portanto, levando em consideração a curva de aprendizado do controle multivariável, devo abordar esse problema tentando modelar o sistema como um MIMO ou vários SISOs?

Se possível, mencione possíveis desvantagens e vantagens em cada estratégia.

Bem-vindo ao Robotics.SE! Esta não é exatamente minha área de especialização, mas deixe-me dar algumas dicas.

Uma abordagem muito comum para controlar manipuladores é primeiro projetar bons controladores de velocidade de junta, na abordagem "SISO múltiplo" que você menciona. Você usaria a cinemática inversa para determinar, a cada momento, quais as velocidades das articulações que deveriam ser idealmente para atingir a sua posição efetiva desejada. Supondo que a dinâmica do seu loop de controle de velocidade da articulação seja rápida o suficiente, você poderá conseguir essas velocidades. O modelo cinemático de manipuladores é geralmente obtido em termos de parâmetros de Denavit – Hartenberg.

Considerando que isso é feito com frequência para robôs e provavelmente é suficiente para seus propósitos, sugiro que você adote essa abordagem.

Em uma classe de controle não linear que eu assisti, vimos um modelo MIMO para manipuladores de robôs. Não tenho 100% de certeza sobre isso, mas acho que você pode querer usá-lo se estiver interessado em modelar não apenas cinemática, mas também dinâmica.

A principal diferença é que, nesse cenário, as posições e velocidades das juntas afetam a matriz de inércia, Coriolis e as forças centrífugas e o amortecimento de maneira não linear e geralmente não separável. Portanto, você não apenas teria que se acostumar com o controle MIMO, mas também teria que procurar um controle não linear.

Como eu disse, não é minha área de especialização, por isso, se alguém achar que eu disse alguma bobagem, eu seria corrigido com prazer.

O conjunto de controladores Paralelo SISO é um subconjunto de controladores MIMO, portanto o MIMO é pelo menos tão poderoso e possivelmente mais poderoso. Quanto aos prós e contras, não vejo razão para usar o SISO paralelo, exceto que você pode se sentir mais confortável com isso, para que seja mais fácil fazer isso.

Dito isto, o sistema pode ser separável pelo atuador e, nesse caso, pode aparecer como sendo vários problemas do SISO. Embora os sistemas de controle sejam minha área, não trabalho com robôs, portanto não sei dizer se esse é o caso do seu problema.

Outra coisa que muitas vezes é feita, como apontou georgebrindeiro, é dividir o problema em malhas de controle interno e externo, onde as malhas internas permitem ignorar grande parte dos

Eu nunca vi o MIMO usado neste contexto antes, mas posso ver como o SISO pode ser aplicado.

A maioria dos sistemas robóticos que eu vi foram agregados de controladores de motor de eixo único (seu múltiplo SISO ), cada um dos quais tinha apenas um único codificador para detecção e um único motor para atuação. Portanto, cada eixo era SISO , mas o robô como um todo era MIMO .

Alguns sistemas nos quais trabalhei tiveram uma folga significativa entre o motor / codificador rotativo e o codificador de carga / linear, por isso implementaram um loop de feedback duplo, com uma saída de controle do motor, mas dois codificadores. O codificador rotativo no motor foi usado principalmente para rastrear a velocidade com precisão, enquanto o codificador linear na carga foi usado para compensar a folga na engrenagem (sem-fim) e fornecer informações precisas de posição e rastreamento.

Acredito que, para a maioria dos sistemas de controle, esses métodos tradicionais de controle sejam o máximo que você precisará, no entanto, há exceções.

Eu só vi um sistema que poderia ter se beneficiado de um sistema de controle MIMO verdadeiramente autêntico, com características semelhantes às suas, mas também necessário controlar a força aplicada pelo ponto de ferramenta do robô. Nós fizemos implementar isso com um tradicional SISO múltipla abordagem, mas necessário ajuste excepcionalmente cuidadoso, e eu não estou convencido de que tentando usar algum tipo de técnica de torque computadorizada teria sido qualquer de qualquer maneira mais fácil.

Sugiro que você comece com uma abordagem múltipla do SISO e, se isso não fornecer o desempenho ou as características necessárias, pesquise métodos mais avançados. No mínimo, você aprenderá muito mais sobre a cinemática e dinâmica do seu sistema a essa altura.