¿Cuál es el mejor modelo para el control de retroalimentación de manipuladores robóticos: MIMO o SISO paralelo?

Actualmente estoy diseñando un brazo robótico con 6-DOF, y mi objetivo es poder dar puntos de referencia para la posición, velocidad y orientación 3d ( ).$x,y,z,\dot{x},\dot{y},\dot{z},\theta,\alpha,\gamma$

Hasta ahora solo tenía control de retroalimentación para los sistemas SISO en la universidad, así que, teniendo en cuenta la curva de aprendizaje del control multivariable, ¿debería abordar este problema tratando de modelar el sistema como un MIMO o múltiples SISO?

Si es posible, mencione las posibles desventajas y ventajas en cada estrategia.

Bienvenido a Robotics.SE! Esta no es exactamente mi área de especialización, pero déjame darte algunos consejos.

Un enfoque muy común para controlar manipuladores es diseñar primero buenos controladores de velocidad conjunta, en el enfoque de "SISO múltiple" que usted menciona. Luego, utilizaría la cinemática inversa para determinar en cada punto en el tiempo cuáles deberían ser las velocidades de la articulación idealmente para alcanzar la postura deseada del efector final. Suponiendo que la dinámica del bucle de control de velocidad de la articulación sea lo suficientemente rápida, debería poder alcanzar esas velocidades. El modelo cinemático de manipuladores generalmente se obtiene en términos de parámetros de Denavit-Hartenberg.

Teniendo en cuenta que con frecuencia se hace para robots y probablemente sea suficiente para sus propósitos, le sugiero que tome ese enfoque.

En una clase de control no lineal que tomé, vimos un modelo MIMO para manipuladores de robots. No estoy 100% seguro de esto, pero creo que es posible que desee usar esto si está interesado en modelar no solo la cinemática sino también la dinámica.

La principal diferencia es que, en este escenario, las posiciones y velocidades conjuntas afectan a la matriz de inercia, a las fuerzas de Coriolis y centrífugas y a la amortiguación de una manera no lineal y generalmente no separable. Por lo tanto, no solo tendría que acostumbrarse al control MIMO, sino que también tendría que examinar el control no lineal.

Como dije, no es mi área de especialización, por lo que si alguien piensa que dije alguna tontería, con gusto me corregirían.

El conjunto de controladores SISO paralelos es un subconjunto de controladores MIMO, por lo que MIMO es al menos igual de poderoso y posiblemente más poderoso. En cuanto a los pros y los contras, no veo ninguna razón para usar SISO paralelo, excepto que puede sentirse más cómodo para ello, por lo que puede ser más fácil hacerlo.

Dicho esto, el sistema puede ser separable por actuador, en cuyo caso puede aparecer como varios problemas SISO. Aunque los sistemas de control son mi área, no trabajo con robots, así que no puedo decir si ese es el caso de su problema.

Otra cosa que a menudo se hace, como señaló georgebrindeiro, es dividir el problema en bucles de control internos y externos, donde los bucles internos le permiten ignorar gran parte de

Nunca he visto MIMO utilizado en este contexto antes, pero puedo ver cómo se podría aplicar SISO .

La mayoría de los sistemas robóticos que he visto han sido conjuntos de controladores de motor de un solo eje (su SISO múltiple ), cada uno de los cuales solo tenía un único codificador para la detección y un solo motor para la actuación. Entonces cada eje era SISO , pero el robot en su conjunto era MIMO .

Algunos sistemas en los que he trabajado tenían una reacción negativa significativa entre el motor / codificador rotatorio y el codificador de carga / lineal, por lo que implementaron un bucle de retroalimentación dual, con una salida de control del motor, pero dos codificadores. El codificador rotatorio en el motor se usó principalmente para rastrear la velocidad con precisión, mientras que el codificador lineal en la carga se usó para compensar el contragolpe en el engranaje (sin fin) y proporcionar información precisa de posición y seguimiento.

Creo que para la mayoría de los sistemas de control, estos métodos de control tradicionales son los que más necesitará, sin embargo, hay excepciones.

Solo he visto un sistema que podría haberse beneficiado de un sistema de control verdaderamente MIMO y que era uno con características similares a las suyas, pero que también necesitaba controlar la fuerza aplicada por el punto de herramienta del robot. Nos hicimos aplicar esto con un tradicional SISO múltiple enfoque, pero precisa un ajuste excepcionalmente cuidadoso, y no estoy convencido de que tratar de utilizar algún tipo de técnica de par calculado habría sido más fácil de todos modos ninguna.

Te sugiero que comiences con un enfoque SISO múltiple y si eso no te proporciona el rendimiento o las características que necesitas, investiga métodos más avanzados. Como mínimo, habrá aprendido mucho más sobre la cinemática y la dinámica de su sistema en ese momento.