Ushbu tadqiqot gʻildiraklarda harakatlanar ekan, ayni paytda tik holatda turishi kerak boʻlgan gʻildirakli ikki oyoqli robotning (Wheeled Bipedal Robot, WBR) holati va tana muvozanatini boshqarish uchun ikki xil holat-fazo boshqaruv arxitekturasini real vaqt Hardware-in-the-Loop Simulation (HILS) muhitida taqqoslaydi: Full-State Feedback (FSF) va integral taʻsirni oʻz ichiga olgan Linear Quadratic Servo (LQ-Servo).

Gʻildirakli ikki oyoqli robotlarning asosiy boshqaruv muammosi ularning teskari mayatnikka oʻxshash tabiati sababli tabiatan beqaror boʻlishidir. Robot faqat kerakli holatga siljishi shart emas; harakat vaqtida tana pitch burchagini ham muvozanat atrofida ushlab turishi kerak. Bunga qiyalik, yuk oʻzgarishi, model xatosi yoki gʻildirakka uzluksiz buzuvchi moment qoʻshilganda holatni kuzatish yanada murakkablashadi.

Tadqiqotda dastlabki olti erkinlik darajali robot tuzilmasi boshqaruv dizaynini yengillashtirish maqsadida sagittal tekislikda uch erkinlik darajali modelga qisqartirilgan. Modelning asosiy holatlari robot tanasining mutlaq pitch burchagi \(\gamma\), virtual oyoq burchagi \(\theta\), gorizontal holat \(x\) va ularning vaqt boʻyicha hosilalaridir. Robotning umumiy massasi modelda 115,9384 kg, tana massasi 89,7202 kg va gʻildirak radiusi 0,0935 m deb berilgan.

FSF boshqaruvchisi barcha holat oʻzgaruvchilaridan foydalanib tez va bevosita kuzatishni taʻminlaydigan klassik holat qayta aloqa tuzilmasidir. LQ-Servo esa tana pitch burchagi va longitudinal holat xatolarining integralini boshqaruv holatlariga qoʻshadi. Ushbu integral qatlamning asosiy maqsadi doimiy buzuvchi yoki model xatosi keltirib chiqaradigan turgʻun holatdagi holat ofsetini vaqt oʻtishi bilan nolga yaqinlashtirishdir.

Boshqaruv algoritmlari faqat oflayn dasturiy simulyatsiyada taqqoslanmagan. Har ikki boshqaruvchi Arduino Due da 1 ms namuna olish davri bilan real vaqtda bajarilgan; chiziqli WBR plant modeli esa Speedgoat real vaqt maqsad mashinasida ishlatilgan. Robotning olti holat signali analog ulanish orqali Arduinoʻga uzatilgan, Arduino hisoblagan ikki moment buyrugʻi esa yana Speedgoat tizimiga yuborilgan.

Nominal HILS natijalarida har ikki boshqaruvchi robotni muvozanatlagan va 0–1 m oraligʻida oʻzgaradigan longitudinal holat referensini kuzatgan. Biroq natijalar bir boshqaruvchining barcha mezonlarda ustunligini koʻrsatmaydi. Nominal holatda FSF uchun holatning yakuniy-vaqt xato integrali \(ISE_x=2,5643\), LQ-Servo uchun esa \(3,7380\) boʻlgan; yaʻni FSF umumiy holat xatosi jihatidan pastroq qiymat hosil qilgan. Bunga qarshi, tana pitch xatosida LQ-Servo ancha past natija bergan: \(ISE_\gamma=0,0005\), FSF uchun esa \(0,0070\).

Eng yaqqol farq doimiy gʻildirak momenti buzuvchisida kuzatilgan. FSF robotni barqaror ushlab turgan, biroq longitudinal holatda taxminan 0,205 m doimiy ofset paydo boʻlgan. LQ-Servo esa qisqa muddatli taxminan 0,08 m ogʻishdan soʻng holatni yana buyruq referensiga yaqinlashtirgan. Bu xatti-harakat LQ-Servo integral holatlarining doimiy buzuvchini vaqt oʻtishi bilan kompensatsiya qilishining bevosita natijasidir.

Aktuatorlardan foydalanishda ham murosa kuzatilgan. FSF barcha sinovlarda tana moment kanalida pastroq kumulyativ energiyaga oʻxshash boshqaruv kuchi, RMS moment va choʻqqi moment hosil qilgan. Bunga qarshi, FSFning gʻildirak momentidagi maksimal choʻqqi qiymati barcha sinov ssenariylarida LQ-Servoʻnikidan yuqori boʻlgan. Boshqacha aytganda, FSF tana aktuatoridan kamroq foydalanar ekan, gʻildirak tomonida keskinroq tuzatishlar qilishga moyildir.

Chastota-soha barqarorlik tahlilida FSFning koʻp halqali disk marjasi 1,2470, LQ-Servoʻniki 1,0007; faza marjalari esa mos ravishda ±63,89° va ±53,16° deb hisoblangan. Shunga qaramay, FSF doimiy buzuvchi ostida doimiy ofsetni bartaraf eta olmagan. Bu holat tadqiqotning muhim muhandislik natijalaridan birini koʻrsatadi: klassik barqarorlik/robustlik marjasida yaxshiroq boʻlish, vazifa darajasidagi buzuvchini rad etish yoki referensni kuzatishda avtomatik ravishda yaxshiroq boʻlish degani emas.

Turkiya nuqtayi nazaridan: Tadqiqot Turkiyada ishlab chiqilgan muayyan robot platformasida yoki haqiqiy zavod muhitida oʻtkazilmagan. Shunga qaramay, arzon mikrocontrollerda real vaqt holat-fazo boshqaruvining HILS orqali tasdiqlanishi; Turkiyadagi mobil robot, gʻildirakli gumanoid robot, logistika roboti, inspeksiya roboti va taʻlimga moʻljallangan boshqaruv tizimi tadqiqotlarida qoʻllanishi mumkin boʻlgan ishlab chiqish metodologiyasini taklif qiladi. Haqiqiy tizimga koʻchirish uchun gʻildirak sirpanishi, motor tok konturi, aktuator polosasi kengligi, mexanik elastiklik, yonlama muvozanat, burilish harakati, qiya va notekis zamin hamda haqiqiy sensor xususiyatlari alohida sinovdan oʻtkazilishi kerak. Ushbu tadqiqotdagi HILS muvaffaqiyati fizik WBRning haqiqiy relyef sharoitlarida ayni ishlash koʻrsatkichini taʻminlashini oʻz-oʻzidan isbotlamaydi.

Gʻildirakli ikki oyoqli robotni boshqarish nega qiyin?

Gʻildirakli ikki oyoqli robot gʻildiraklarning samarali dumalash harakati bilan oyoqli robotlarning tana holatini belgilash qobiliyatini birlashtiradi. Tor joylarda harakatlanish, tez yoʻnalish oʻzgartirish, logistika, inspeksiya va kuzatuv kabi ilovalar uchun bu tuzilma muhim afzalliklar berishi mumkin.

Biroq robot tanasi gʻildiraklar ustida teskari mayatnikka oʻxshash xatti-harakat koʻrsatgani sababli tizim tabiatan beqarordir. Boshqaruv tizimi istalgan paytda nafaqat oldinga yurishni, balki robotning massa markazini dinamik ravishda muvozanatlashni ham uddalashi kerak.

Tadqiqotning asosiy boshqaruv savoli shunday:

Robot kerakli longitudinal holatni kuzatar ekan, ayni paytda tanasini muvozanatda ushlab tura oladimi va uzluksiz tashqi buzuvchi paydo boʻlganda holat ofsetini yoʻqota oladimi?

6-DoF robot nega 3-DoF modelga qisqartirilgan?

Dastlabki robot ikki boʻgʻimli oyoqlar, tana va ikki gʻildirakdan tashkil topgan olti erkinlik darajali mexanik tuzilmadir. Boshqaruvchilarni tizimli ravishda taqqoslash uchun tadqiqot robotni sagittal \(x-z\) tekisligiga qisqartiradi.

Koʻp boʻgʻinli oyoq tuzilmasi yagona oʻzgaruvchan uzunlikdagi virtual oyoq sifatida ifodalangan.

Umumlashtirilgan koordinata vektori:

\[ q= \begin{bmatrix} \gamma & \theta & x \end{bmatrix}^{T} \]

koʻrinishidadir.

Bu yerda:

• \(\gamma\): robot tanasining mutlaq pitch burchagi,
• \(\theta\): virtual oyoqning vertikal yoʻnalishga nisbatan ogʻishi,
• \(x\): longitudinal gorizontal holatdir.

Tana pitch burchagi:

\[ \gamma=\beta+\theta \]

deb taʻriflangan.

Modelning asosiy fizik parametrlari

Model qaysi fizik taʻsirlarni hisobga olmaydi?

Boshqaruv dizayni va taqqoslashni boshqariladigan darajada ushlab turish uchun muhim soddalashtirishlar qilingan.

• Robot faqat sagittal tekislikda harakat qiladi.
• Yaw va roll harakatlari modellashtirilmagan.
• Gʻildirak–zamin kontakti sirpanishsiz sof dumalash deb qabul qilingan.
• Zamin elastikligi modellashtirilmagan.
• Tana, oyoq va gʻildiraklar qattiq jismlar deb qabul qilingan.
• Boʻgʻim boʻshligʻi va strukturaviy elastiklik eʻtiborga olinmagan.
• Motor va drivetrain ichki dinamikalari ochiq koʻrinishda modellashtirilmagan.
• Boshqaruv kirishlari bevosita moment sifatida qoʻllangan.
• Motor polosasi kengligi va ichki tok konturi plant modelida mavjud emas.

Shu sababli tadqiqot toʻliq fizik robotning barcha nochiziqli xatti-harakatlarini emas, tik holat atrofidagi sagittal muvozanat va longitudinal kuzatish muammosiga qaratilgan boshqaruv modelini oʻrganadi.

Harakat tenglamalari

Robotning sagittal tekislik dinamikasi manbada:

\[ \tau_B=J_1(\ddot{\beta}+\ddot{\theta}) \]

\[ \tau_w= J_1(\ddot{\theta}+\ddot{\beta}) + J_2\ddot{\theta} + J_3\ddot{x} + J_4\theta \]

\[ F_w= J_5\ddot{\theta} + J_6\ddot{x} \]

koʻrinishida berilgan.

Holat vektori:

\[ \mathbf{x}(t)= \begin{bmatrix} \gamma & \theta & x & \dot{\gamma} & \dot{\theta} & \dot{x} \end{bmatrix}^{T} \]

deb taʻriflanib, model:

\[ \dot{\mathbf{x}}(t) = A\mathbf{x}(t) + B\mathbf{u}(t) \]

holat-fazo shakliga oʻtkazilgan.

Boshqaruv kirishlari tana motori momenti \(\tau_B\) va gʻildirak motori momenti \(\tau_w\) dir.

Chiziqlashtirish nuqtasi

Boshqaruv modeli robotning tik va harakatsiz muvozanat nuqtasi atrofida chiziqlashtirilgan:

\[ \gamma=0,\quad \theta=0,\quad x=0 \]

\[ \dot{\gamma}= \dot{\theta}= \dot{x}=0 \]

Bu tafsilot muhim. Boshqaruvchilarning natijalari robotning butun ish fazosidagi nochiziqli xatti-harakat uchun emas, nominal tik ish sohasi atrofidagi qisqartirilgan model uchun amal qiladi.

FSF boshqaruvi qanday ishlaydi?

Full-State Feedback tuzilmasida holat kuzatish xatosi:

\[ e_x(t)=x(t)-x_r(t) \]

deb taʻriflanadi.

Boshqaruv kirishi manbada referensga bogʻliq feedforward komponenti bilan holat qayta aloqasini birlashtiradigan tarzda:

\[ u(t) = B^+ \left( \dot{x}_r(t)-Ax_r(t) \right) - Ke_x(t) \]

koʻrinishida tuzilgan.

\(B^+\), Moore–Penrose pseudoinverse; \(K\) esa LQR orqali hisoblangan holat qayta aloqa koeffitsiyentidir.

Referens kirish kanali jihatidan amalga oshirish mumkin boʻlganda xato dinamikasi:

\[ \dot{e}_x(t) = (A-BK)e_x(t) \]

koʻrinishiga keltiriladi.

FSFning afzalligi strukturaviy soddalik va tez oʻtkinchi javob imkoniyatidir. Biroq kuzatish xatosi integralidan foydalanmagani uchun doimiy buzuvchi yoki doimiy model ogʻishi ostida noldan farqli doimiy ofset paydo boʻlishi mumkin.

LQ-Servoʻning asosiy farqi nima?

LQ-Servo robotning tana pitch burchagi va longitudinal holati uchun servo chiqish vektorini:

\[ y(t)= \begin{bmatrix} \gamma(t)\\ x(t) \end{bmatrix} \]

koʻrinishida ishlatadi.

Kuzatish xatosi:

\[ e_y(t) = r(t)-C_yx(t) \]

va integral holat:

\[ \dot{x}_I(t)=e_y(t) \]

deb taʻriflangan.

Boshqaruvchi ushbu integral holatni asosiy plant holatlari bilan birlashtiradi:

\[ \bar{x}(t)= \begin{bmatrix} x(t)\\ x_I(t) \end{bmatrix} \]

va boshqaruv qonuni:

\[ u(t)= -Kx(t)-K_Ix_I(t) \]

shaklida qoʻllanadi.

Integral holatlarning fizik maʻnosi kichik, ammo doimiy kuzatish xatolarining vaqt davomida yigʻilishidir. Doimiy buzuvchi holatni uzluksiz notoʻgʻri nuqtada ushlab turishga urinadigan boʻlsa, integral had ortib, bunga qarshi qoʻshimcha boshqaruv taʻsiri hosil qiladi.

LQR ogʻirliklari

Har ikki boshqaruvchi uchun bir xil kirish jazosi ishlatilgan:

\[ R=0,1I_2 \]

FSF uchun holat ogʻirligi:

\[ Q= \operatorname{diag} ([5,5,10,3,3,3]) \]

deb berilgan.

LQ-Servoʻda integral holatlar qoʻshilib:

\[ \bar{Q} = \operatorname{blkdiag}(Q,10I_p) \]

ishlatilgan.

Bu tuzilma ikki boshqaruvchini imkon qadar taqqoslanadigan optimal ogʻirlik sharoitlarida loyihalashni maqsad qiladi.

Chastota sohasida qaysi biri barqarorroq?

Bu jadval klassik loop-robustlik nuqtayi nazaridan FSFni afzal koʻrsatadi. Biroq tadqiqotning real vaqt natijalari ushbu afzallik vazifa darajasidagi barcha ishlash mezonlariga koʻchmasligini koʻrsatgan.

Xususan, doimiy moment buzuvchisida LQ-Servo integral tuzilmasi sabab holat ofsetini bartaraf etar ekan, FSFning doimiy ofset qoldirishi loop marjasi bilan buzuvchini rad etish bir xil muhandislik tushunchasi emasligini koʻrsatadi.

Namuna olish davri nega 1 ms tanlangan?

Robot modelining modal polosasi kengligi 4,15 Hz, haqiqiy FRF kanallari ichidagi maksimal polosasi kengligi esa taxminan 6,45 Hz deb aniqlangan.

Real vaqt boshqaruvi uchun:

\[ T_s=1\ \text{ms} \]

tanlangan.

Manba bu qiymat tizimning ustun dinamikasini ifodalash uchun zarur chegaradan ancha tez ekanini koʻrsatadi.

1 ms va 15,5017 ms holatlarida spektral radius birdan kichik qoladi, 77,5085 ms lik sekin namunalashda esa har ikki boshqaruvchi uchun birdan oshib, diskret-vaqt beqarorligiga ishora qiladi.

Anti-windup nega qoʻshilgan?

LQ-Servo integral holatdan foydalangani uchun aktuator toʻyinganida integral xato boshqarib boʻlmaydigan darajada yigʻilishi mumkin. Bu holat integral windup deb ataladi.

Tadqiqotda integral holatlarni belgilangan chegaralarda ushlab turish uchun clamping asosidagi yengil anti-windup himoyasi ishlatilgan:

\[ x_{I,i}[k+1] = \operatorname{sat} \left( x_{I,i}[k]+T_se_{y,i}[k] \right) \]

Hisobot qilingan HILS sinovlarida moment toʻyinganligi kuzatilmagan boʻlsa-da, bu tuzilma kattaroq referens oʻzgarishlari yoki buzuvchilar uchun himoya mexanizmi sifatida mavjud.

Tadqiqot usuli va natijalari

Real vaqt HILS qurilmasi

Ushbu qurilma boshqaruvchi kodining haqiqiy mikrocontrollerda ishlashini va namuna olish hamda analog signal uzatish taʻsirlarining boshqaruv konturiga kiritilishini taʻminlaydi.

Sinovdan oʻtkazilgan ssenariylar

Ishlash mezonlari

Uch robot holati uchun Integral of Squared Error ishlatilgan:

\[ ISE_y= \int_0^T \left( y(t)-r(t) \right)^2dt \]

Longitudinal holat uchun qoʻshimcha ravishda:

• foizli oshib ketish,
• koʻtarilish vaqti,
• oʻrnashish vaqti,
• turgʻun holat xatosi

hisoblangan.

Aktuator jihatidan esa kumulyativ moment kuchi:

\[ J_u=\int_0^T u^2(t)dt \]

RMS moment va maksimal mutlaq moment baholangan.

ISE natijalari

Har bir qiymat besh real vaqt HILS takrorining oʻrtachasidir. Asosiy tendensiya aniq: LQ-Servo barcha sinov ssenariylarida pastroq \(ISE_\gamma\) hosil qiladi. Bu tana pitch regulyatsiyasi LQ-Servo bilan qattiqroq ekanini koʻrsatadi.

Longitudinal holat \(ISE_x\) jihatidan esa jadval boshqacha. FSF nominal, faqat noaniqlik, doimiy buzuvchi, 0,2 Hz va 1 Hz sinus ssenariylarida pastroq qiymat beradi; buzuvchi + noaniqlik holatida esa LQ-Servo juda oz pastroq qiymatga ega.

Nominal holat javobi

FSF nominal holatda referensga tezroq koʻtarilgan, biroq koʻproq oshib ketish hosil qilgan. LQ-Servo sekinroq koʻtarilganiga qaramay pastroq oshib ketish, kichikroq qolgan xato va manbada ishlatilgan oʻrnashish mezoniga koʻra qisqaroq oʻrnashish vaqtini koʻrsatgan.

Shuning uchun faqat koʻtarilish vaqtiga qaralsa FSF, butun oʻtkinchi xatti-harakat koʻrib chiqilganda esa LQ-Servo ayrim afzalliklarga ega.

0,2 Hz buzuvchida farq yanada yaqqol

FSF yana pastroq \(ISE_x\) hosil qilganiga qaramay, LQ-Servoʻning oshib ketishi va qolgan holat xatosi ancha kichik va LQ-Servo oʻrnashish mezonini qanoatlantirgan yagona boshqaruvchidir.

Bu misol bitta xato mezoni butun boshqaruv sifatini ifodalamasligini aniq koʻrsatadi.

1 Hz buzuvchi nega qiyinroq?

1 Hz sinus buzuvchida har ikki boshqaruvchi ham manbada ishlatilgan oʻrnashish mezonini bajara olmagan. FSFning \(ISE_x=3,0577\) qiymati LQ-Servoʻning 4,4320 qiymatidan pastroq.

Manba buni buzuvchining tezroq oʻzgarishi integral kompensatsiya uchun qiyinroq boʻlishi bilan bogʻlaydi. Integral taʻsir ayniqsa doimiy yoki sekin oʻzgaruvchi xato komponentlarini yoʻqotishda kuchli; tezroq tebranishlarda shu afzallik barcha xato mezonlariga aks etmaydi.

Doimiy buzuvchidagi eng muhim natija

Gʻildirak moment kanaliga doimiy bias qoʻllanganda FSF barqarorligini saqlaganiga qaramay longitudinal holatda taxminan:

\[ 0,205\ \text{m} \]

doimiy ogʻish kuzatilgan.

LQ-Servo dastlab taxminan:

\[ 0,08\ \text{m} \]

choʻqqi ogʻish hosil qilgan, biroq keyin holatni yana referens atrofida tiklagan.

Bu natija integral kengaytmaning strukturaviy taʻsirini bevosita koʻrsatadi.

Jadval 5 dagi doimiy-buzuvchi qiymatlarni nega ehtiyotkorlik bilan oʻqish kerak?

Manba ayniqsa muhim metodologik ogohlantirish beradi. Doimiy buzuvchi tajribada faqat \(t=30\) s dan keyin qoʻllanadi, holbuki step-response mezonlari asos boʻlgan referens oʻtishi taxminan \(t=10\) s atrofida sodir boʻladi.

Shuning uchun Jadval 5 dagi D va DC qatorlaridagi oshib ketish, koʻtarilish va shunga oʻxshash step-response qiymatlari doimiy buzuvchini rad etishni toʻgʻridan-toʻgʻri taqqoslash uchun mos emas.

Shu sababli doimiy buzuvchi ishlashida Figure 7 dagi vaqt tarixi, post-disturbance xatti-harakat va integral xato natijalari asos qilib olinishi kerak.

Tana aktuatoridagi boshqaruv kuchi

FSF barcha ssenariylarda tana moment kanali jihatidan pastroq boshqaruv kuchi va pastroq choʻqqi moment ishlatgan.

Gʻildirak momentida manzara boshqacha

Bu yerda boshqaruvchi ustunligi mezonga qarab oʻzgaradi.

FSFning choʻqqi gʻildirak momenti barcha ssenariylarda LQ-Servoʻnikidan yuqori. Bunga qarshi, kumulyativ gʻildirak momenti ishlatilishi nominal, doimiy buzuvchi va 0,2 Hz sharoitlarida LQ-Servo foydasiga; noaniqlik, buzuvchi + noaniqlik va 1 Hz sharoitlarida FSF foydasiga.

Shu sababli “LQ-Servo aktuatorlardan kamroq foydalanadi” yoki “FSF energiya jihatidan samaraliroq” kabi bitta jumlali umumlashtirish manba tomonidan qoʻllab-quvvatlanmaydi.

Moment toʻyinganligi yuz berdimi?

HILS qoʻllanmasidagi aktuator chegarasi:

\[ \pm9\ \mathrm{N\cdot m} \]

deb belgilangan.

Jadval 6–7 dagi maksimal qiymatlarga koʻra eng yuqori gʻildirak momentlari taxminan 6,02 N·m darajasida qolgan va hisobot qilingan testlarning hech birida toʻyinganlik chegarasiga yetilmagan.

Shu sababli anti-windup mexanizmining haqiqiy toʻyinganlikdan keyingi tiklanish ishlashi ushbu tadqiqotda tajribaviy ravishda sinovdan oʻtkazilmagan.

Tadqiqot qoʻllab-quvvatlaydigan natijalar

• FSF va LQ-Servo boshqaruvchilari 1 ms real vaqt HILS siklida muvaffaqiyatli bajarilgan.
• Har ikki boshqaruvchi nominal sharoitda robot modelini muvozanatlab, longitudinal referensni kuzata olgan.
• LQ-Servo barcha sinov ssenariylarida tana pitch burchagi uchun pastroq \(ISE_\gamma\) hosil qilgan.
• FSF koʻplab ssenariylarda pastroq yakuniy-vaqt longitudinal \(ISE_x\) hosil qilgan.
• LQ-Servo doimiy gʻildirak momenti buzuvchisidan keyin longitudinal doimiy ofsetni bartaraf eta olgan.
• FSF doimiy buzuvchi ostida barqaror qolganiga qaramay doimiy holat ogʻishini qoldirgan.
• FSF klassik disk marjasi va faza marjasi jihatidan LQ-Servoʻdan yuqori nominal loop-robustlik taʻminlagan.
• FSF tana moment kanalida barcha ssenariylarda pastroq aktuator talabi koʻrsatgan.
• LQ-Servo barcha ssenariylarda FSFdan pastroq maksimal gʻildirak momenti hosil qilgan.
• Boshqaruvchi tanlovi kuzatish xatosi, turgʻun holat aniqligi, buzuvchini rad etish va aktuator ishlatilishi oʻrtasidagi kerakli muvozanatga bogʻliqligi koʻrsatilgan.

Tadqiqot isbotlamaydigan natijalar

• Boshqaruvchilar haqiqiy fizik WBRda sinovdan oʻtkazilmagan.
• Haqiqiy gʻildirak sirpanishi va zamin ishqalanishi oʻzgarishlari modelga kiritilmagan.
• Yaw va roll dinamikalari baholanmagan.
• Burilish manevrlari va yonlama muvozanatni tiklash sinovdan oʻtkazilmagan.
• Notekis relyefda fizik ishlash koʻrsatilmagan.
• Motor ichki tok konturi va haqiqiy drivetrain polosasi kengligi plant modelida batafsil emas.
• Haqiqiy aktuator toʻyinganligi yuz bermagani uchun anti-windup ishlashi chegara sharoitida tasdiqlanmagan.
• LQ-Servo barcha ishlash metriklarida FSFdan ustunligi koʻrsatilmagan.
• FSFning yuqori disk marjasi barcha vazifa darajasidagi robustlik mezonlarida ustunlik berishi koʻrsatilmagan.
• Natijalarni chiziqli ish sohasi tashqarisidagi toʻliq 6-DoF robot xatti-harakatiga bevosita umumlashtirib boʻlmaydi.

Kelajakdagi ish

Tadqiqotchilar keyingi bosqichda ramkani fizik WBR apparatiga koʻchirishni; nochiziqli va uch oʻlchamli dinamikalar, turli relyef sharoitlari, ishqalanish va sirpanish, aktuator toʻyinganligi, yanada rivojlangan anti-windup, gain-scheduled yoki robust optimal control va Model Predictive Control (MPC) kabi usullar bilan bevosita taqqoslashlarni taklif qiladilar.

Manba va usul eslatmasi

Toʻliq asl tadqiqot nomi: Real-Time HILS Comparison of Full-State Feedback and LQ-Servo Tracking Control for a Wheeled Bipedal Robot

Mualliflar: Sooyoung Noh; Gu-sung Kim; Cheong-Ha Jung; Changhyun Kim.

Masʻul muallif: Changhyun Kim.

Muassasalar: Department of System and Semiconductor Fusion Engineering, Kangnam University, Yongin-si, Republic of Korea; Department of Electronic Package Research Center, Kangnam University, Yongin-si, Republic of Korea; Department of Electronic Engineering, Kangnam University, Yongin-si, Republic of Korea.

Manba turi: Taqrizdan oʻtgan tadqiqot maqolasi.

Jurnal: Actuators.

Nashriyot: MDPI.

Nashr: 2026, Cilt 15, Makale 170.

Yuborilgan sana: 25 Şubat 2026.

Qayta koʻrib chiqilgan sana: 14 Mart 2026.

Qabul qilingan sana: 15 Mart 2026.

Nashr sanasi: 17 Mart 2026.

DOI: 10.3390/act15030170.

Rasmiy havola:https://doi.org/10.3390/act15030170

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Moliyalashtirish: Tadqiqot National Research Foundation of Korea (NRF) tomonidan RS-2024-00432169 raqamli grant doirasida moliyalashtirilgan.

Etika qoʻmitasi: Qoʻllanilmaydi deb bildirilgan.

Axborotli rozilik: Qoʻllanilmaydi deb bildirilgan.

Maʻlumotlardan foydalanish imkoniyati: Tadqiqotning asl hissalari maqola ichida ekani; qoʻshimcha savollar masʻul muallifga yoʻnaltirilishi mumkinligi bildirilgan.

Manfaatlar toʻqnashuvi: Mualliflar manfaatlar toʻqnashuvi yoʻqligini bildirgan.

HILS dalil darajasi haqida muhim eslatma

“Hardware-in-the-Loop” iborasi ushbu tadqiqotda haqiqiy robotning toʻliq fizik tarzda siklda boʻlishini anglatmaydi.

Haqiqiy fizik apparat Arduino Dueʻda ishlaydigan boshqaruvchi va Speedgoat–Arduino oʻrtasidagi analog I/O aloqa zanjiridir. Robotning mexanik plantʻi Speedgoat real vaqt maqsadida ishlaydigan 3-DoF chiziqli modeldir.

Shu sababli tadqiqot faqat oflayn MATLAB simulyatsiyasidan kuchliroq implementation-level tasdiqlash beradi; biroq natijalar fizik WBR dala tajribasiga teng emas.

Modellashtirish chegarasi

Boshqaruvchi dizayni uchun 6-DoF mexanik platforma 3-DoF sagittal tekislikka qisqartirilgan. Model gʻildirak sirpanishi, yaw/roll harakatlari, yonlama zarbalar, uch oʻlchamli relyef, strukturaviy elastiklik, joint backlash va motor/drivetrain ichki dinamikalarining muhim qismini ochiq ifodalamaydi.

Shu sababli HILS natijalari nominal tik ish nuqtasi atrofidagi qisqartirilgan model uchun talqin qilinishi kerak.

Doimiy buzuvchi natijalarini oʻqishda ehtiyotkorlik

Manbada doimiy gʻildirak momenti buzuvchisi \(t=30\) s dan keyin qoʻllanadi. Bunga qarshi, Jadval 5 ning klassik step-response mezonlari asosan taxminan \(t=10\) s atrofidagi avvalgi referens oʻtishi bilan belgilanadi.

Shu sababli D va DC ssenariylaridagi Jadval 5 turgʻun holat/step-response qiymatlari buzuvchini rad etish uchun yakka holda ishlatilmasligi kerak. Manbaning oʻz muhokamasiga muvofiq doimiy buzuvchi baholashida post-disturbance vaqt javobi asos qilib olingan.

Disk marjasi haqida muhim sharh

FSF nominal koʻp halqali disk va faza marjalarida yuqoriroq qiymat bergan. Biroq LQ-Servo doimiy buzuvchi ostida ancha muvaffaqiyatli offset rad etishni taʻminlagan.

Bu qarama-qarshilik emas. Disk marjasi nominal qayta aloqa konturining gain/phase noaniqliklariga chidamliligini oʻlchaydi, integral taʻsir esa doimiy buzuvchilar uchun boshqa strukturaviy xususiyat boʻlgan internal-model xatti-harakatini taʻminlaydi.

Shu sababli “FSF koʻproq robust” yoki “LQ-Servo koʻproq robust” kabi kontekstsiz ibora ilmiy jihatdan yetarli emas. Qaysi robustlik turi nazarda tutilgani aniq koʻrsatilishi kerak.

Takrorlanuvchanlik eslatmasi

Manba Jadval 4–7 dagi barcha HILS oʻlchovlari besh takrorli ishlashning oʻrtacha ± standart ogʻishi sifatida hisobot qilingan. Verianla Live boʻlimida vizual taqqoslash oʻqilishi uchun faqat oʻrtacha \(ISE_x\) qiymatlari ishlatilgan; manbadagi standart ogʻishlar ilmiy maʻlumotning bir qismi sifatida ushbu boʻlimdagi asosiy natija jadvalida alohida uzatilgan.

Ushbu Verianla izohidagi texnik tenglamalar, parametrlar, HILS shartlari, ishlash qiymatlari va ilmiy cheklovlar koʻrib chiqilgan tadqiqotga asoslangan. Fizik robotda mavjud boʻlmagan dala natijalari yoki manbada hisobot qilinmagan muvaffaqiyat koʻrsatkichlari qoʻshilmagan.