اشترك بالحزمة الذهبية واحصل على وصول غير محدود شمرا أكاديميا
تسجيل مستخدم جديدموازنة نموذج جسم الإنسان باستخدام تقنية تحكم معتمد على متحكم PID ضبطت بارامتراته عن طريق الخوارزمية الجينية
Balancing Humanoid Model By Using GA- Optimized PID Control Technique
1656
1 83
0
(
0
)
تمت اﻹضافة من قبل
Shamra Editor
اسأل ChatGPT حول البحث
الهدف من هذا العمل هو القيام بعملية نمذجة و محاكاة جسم الإنسان بالشكل الصحيح وفق الأسس و المعايير المستخدمة؛ و ذلك باستخدام برنامج ال ,Visual Nastran (VN) و ذلك بهدف بناء نظام تحكم ثم ربط هذا النموذج مع برنامج الماتلاب لمحاكاة عملية التوازن الدقيق للأطراف السفلية لهذا النموذج خلال عملية الوقوف. تم الوصول إلى توازن دقيق لنموذج جسم الإنسان خلال عملية الوقوف؛ و ذلك باستخدام نظام تحكم يعتمد على متحكمات ال(PID) مع استخدام الخوارزمية الجينية (Genetic Algorithm) لضبط بارامترات المتحكم. و كذلك تم القيام باختبار توازن النموذج خلال عملية الوقوف و ذلك من خلال إضافة مؤثر خارجي(Disturbance) على شكل قوة و تبين أن النموذج متوازن توازناً جيداً.
The goal of this study is to model human body correctly, according to the principles and the standards used to calculate the humanoid parameters. The model is built by using VN software and then it was implemented in Matlab Simulink, in order to build a control system for simulating the humanoid balance during standing. Precise and robust balance was reached by using PID controller with parameters optimized by using genetic algorithm (GA). The control performance was tested by applying external disturbance to the humanoid, the results show that the humanoid can retrieve its balance effectively.
مراجعة الذكاء الصنعي:
ملخص البحث
تهدف هذه الدراسة إلى نمذجة ومحاكاة توازن جسم الإنسان باستخدام برنامج Visual Nastran وربطه ببرنامج Matlab لتحقيق نظام تحكم يعتمد على متحكم PID، حيث تم ضبط بارامتراته باستخدام الخوارزمية الجينية. تم بناء نموذج ثلاثي الأبعاد لجسم الإنسان ببرنامج Visual Nastran، وتمت محاكاته في بيئة Matlab/Simulink. تم اختبار توازن النموذج بإضافة مؤثر خارجي، وأظهرت النتائج أن النموذج حافظ على توازنه. استخدمت الخوارزمية الجينية لضبط بارامترات المتحكم PID، مما أدى إلى تحسين دقة التوازن. تم اختبار النموذج في ظروف مختلفة، وأظهرت النتائج فعالية النظام في الحفاظ على التوازن. تشير الدراسة إلى إمكانية استخدام هذه التقنية في تطوير أجهزة مساعدة للأشخاص ذوي الإعاقة.
قراءة نقدية
تعتبر هذه الدراسة خطوة مهمة في مجال التحكم بنماذج جسم الإنسان، إلا أن هناك بعض النقاط التي يمكن تحسينها. أولاً، لم يتم التطرق بشكل كافٍ إلى تأثير العوامل البيئية المختلفة على توازن النموذج، مثل الرياح أو الأسطح غير المستوية. ثانياً، قد يكون من المفيد توسيع نطاق الدراسة ليشمل نماذج أكثر تعقيداً تتضمن العضلات والمفاصل الأخرى. ثالثاً، الزمن الطويل الذي تتطلبه الخوارزمية الجينية لضبط البارامترات يمكن أن يكون عائقاً في التطبيقات العملية، لذا قد يكون من المفيد استكشاف تقنيات أخرى لضبط البارامترات بشكل أسرع.
أسئلة حول البحث
-
ما الهدف الرئيسي من هذه الدراسة؟
الهدف الرئيسي هو نمذجة ومحاكاة توازن جسم الإنسان باستخدام متحكم PID تم ضبط بارامتراته باستخدام الخوارزمية الجينية.
-
ما هي البرامج المستخدمة في هذه الدراسة؟
تم استخدام برنامج Visual Nastran لنمذجة جسم الإنسان وبرنامج Matlab/Simulink لمحاكاة والتحكم بالنموذج.
-
كيف تم اختبار توازن النموذج؟
تم اختبار توازن النموذج بإضافة مؤثر خارجي على شكل قوة، وأظهرت النتائج أن النموذج حافظ على توازنه.
-
ما هي الفائدة المحتملة من هذه الدراسة؟
يمكن استخدام النتائج في تطوير أجهزة مساعدة للأشخاص ذوي الإعاقة، مثل الهياكل الخارجية وأجهزة إعادة التأهيل.
المراجع المستخدمة
Vosinakis. S, Panayiotpoulos. T, “Design and Implementation of Synthetic Humans for Virtual Environments and Simulation Systems”, Advances in Signal Processing and Computer Technologies, G.Antoniou, N.E. Mastorakis, O. Planfilov (Eds.), Electrical and Computer Engineering Series, WSES Press, pp.315-320, 2001
MA. L, Chablat. D, Bennis. F, Zhang. W, HU. B, Guillaume. F, ” Fatigue evaluation in maintenance and assembly operations by digital human simulation”, Virtual Reality, vol .15(1), PP. 55-68, 2011
Chaffin, Don. B, "Development of computerized human static strength simulation model for job design", Human Factors and Ergonomics in Manufacturing , Vol.7(4),PP.305-322, 1997
قيم البحث
اقرأ أيضاً
في هذا البحث درِست ثلاثة نماذج للعضلات الهيكلية، و كان أول نموذج هو نموذج
Ferrarin للعضلة و هو عبارة عن تابع تحويل بين الإثارة الكهربائية و عزم الركبة. في حين يعتمد تصميم النموذجين الآخرين (نموذج Riener و نموذج Virtual Muscle )
على فيزيولوجية العض
لة الهيكلية، أُجرِيت نمذجة عضلة Riener باستخدام برنامج Matlab/Simulink , بينما بني نموذج ال virtual muscle باستخدام برنامج Virtual Muscle 4.0.1. أجريت نمذجة العضلة رباعية الرؤوس الباسطة للركبة باستخدام النماذج الثلاثة، و اختبرت هذه النماذج من حيث الاستجابة للإثارة الكهربائية، و من ثم صممت استراتيجية للتحكم تعتمد على المنطق العائم تهدف إلى التحكم بسرعة دوران مسنن الدراجة. وظِّفَ كل نموذج للعضلة على حدة في عملية التحكم المصممة و نُوقِش و قُيم أداء النماذج الثلاثة خلال
عملية التحكم، و تبين أن نوع نموذج العضلة يؤثر في أداء التحكم.
يقدّم هذا البحث استراتيجة تحكم بالعنفات الريحية متغيرة السرعة والموصولة مع مولد تزامني ذي مغناطيس دائم، بهدف الحصول على أعظم استطاعة ممكنة من العنفات الريحية. استخدمنا نموذج نظام تحويل طاقة الرياح متغير السرعةVWST(Variable speed Wind turbine conversi
on system) ، والمكون من عنفة ريحية، مولد تزامني ذي مغناطيس دائم PMSG (Permanent magnetic synchronous generator)، مقوم، مقطع رافع-خافض، قالبة، حمل، ومتحكم تقليدي (Proportional Integral Controller) PI لتثبيت الجهد الذي حصلنا عليه من العنفة الريحية والمولد التزامني عند سرعة رياح متغيرة، ومن ثم استخدمنا إحدى تقنيات الذكاء الصنعي والمتمثلة بالخوارزمية الجينيةGA (genetic algorithm) للحصول على مميزات أعظم استطاعة ممكنة من العنفة الريحية. تمت نمذجة المتحكم التقليدي PI والخوارزمية الجينية باستخدام برنامج الماتلابMATLAB R2014a ومنه حصلنا على مميزات الاستطاعة الميكانيكية للعنفة الريحية وحددنا نقاط الاستطاعة الأعظمية عند كل سرعة للرياح.
يزداد انتشار الشبكات اللاسلكية يومًا بعد يوم، و أصبحت معظم الشبكات الحالية لاسلكية نظرًا إلى سهولة تركيبها و عدم حاجتها لبنية تحتية، و هذا لايعني إلغاء دور الشبكات السلكية بل تأتي مكملة لها. و بوجود أنواع الشبكات كّلها ابتدأ من الشبكات الشخصية والمحل
ية (PANs and LANs) إلى الشبكات الواسعة (WAN) و لاسيما شبكة الإنترنت، أصبح توجه البحث العلمي اليوم إلى التركيز على تحسين جودة الخدمة فيها (QoS) و التفكير بدمج هذه الشبكات لتتكامل مع شبكة الإنترنت التي تعد العمود الفقري (backbone) لكل شبكة تريد تبادل المعلومات و تشاركها مع غيرها على مستوى العالم.
يركز هذا البحث على تحسين جودة الخدمة في الشبكات اللاسلكية عريضة الحزمة (Broadband) التي تغطي المدن و هي WiMax
ذات المعيار (IEEE 802.16e) التي تدعم الحركية (mobility)
وقد تستخدم هذه الشبكة لربط المناطق البعيدة مع مراكز المدن و تسمى شبكة نقطة لنقطة(Point-to-Point) أو أنها تقوم بتغطية المدن و تسمى شبكة نقطة لعدة نقاط (Point-to-Multipoint) و تستخدم هذه الأخيرة لربط عدة شبكات لاسلكية ولاسيما المحلية ذات البنية التحتية
(Wi-Fi: Wireless Fidelity) المكتظة بالمستخدمين و المسماة بالبقع الساخنة (Hotspots) , في حين يطلق على كل خلية من خلايا شبكة WiMax التي تغطي المدن بالمنطقة الساخنة (Hotzone) .
قترحنا خلال بحثنا، نموذجًًا لنظام يقوم بموازنة الحمل (معدل النقل data rate ) بين المحطات القاعدية (BSs : Base Stations) لخلايا الشبكة WiMax. و يقصد بذلك تبادل الطرفيات بين المحطات القاعدية المتجاورة بهدف جعل الحمل في كل محطة قاعدية مساويًا لحمل المحطات الأخرى، و بذلك نحسن من أداء الشبكة و نزيد من عرض المجال المتاح لكل طرفية، فضلا عن زيادة عدد المستخدمين (العملاء) الممكن تخديمهم. و هذا النفع يعود على المستخدم من حيث تحسين جودة
الخدمة المقدمة إليه من جهة ومن جهة أخرى يزداد ربح مزود الخدمة، ناهيك عن السمعة الجيدة التي ينالها من قبل مستخدميه، الشيء الذي يدفع مزيدًا من المستخدمين للاشتراك في هذه الشبكة دون غيرها.
يمكن لنظام موازنة الحمل المقترح أن يكون نظامًا موزعًا يوضع في كل محطة قاعدية، أو نظامًا مركزيًا يوضع فقط في مخدم مركزي مستقل يتصل مع المحطات القاعدية كّلها، و توضع في هذا النظام خوارزمية موازنة الحمل التي تتألف من عدة خطوات ينفذها المتحكم الموجود في النظام المقترح، و يجب أن تكون عملية موازنة الحمل سريعة كفاية و كذلك إجرائية التسليم (Hanover procedure) بين المحطات القاعدية حتى لا تؤثر سلبًا في جودة خدمة العملاء ول اسيما الذين يقومون بتطبيقات زمن حقيقي .
هدف هذا البحث هو تبني الخوارزمية الوراثية (الجينية) لدراستها أولاً، ثم التوقـف عنـد
العمليات التي تقدم من قبل تلك الخوارزمية الوراثية. الحقـل المرشـح فـي هـذا البحـث
لاستخدام وسائل الخوارزمية الوراثية و تطبيقاتها هو حقل ضغط بيانـات ملفـات الـصوت.
يستخدم هذا البحث عمليات الخوارزمية الوراثية لتحسين عمل إحدى طرائق ضغط البيانـات
الشائعة الاستخدام (VQ (Method Quantization Vector . بعد إجراء الدراسة علـى
عمل الخوارزمية الوراثية، تم اقتراح خوارزمية لإجراء عملية المزج بـين طريقـة ضـغط
البيانات ( VQ ) و مبدأ عمل الخوارزمية الوراثية. ثم اختبرت الخوارزمية المقترحـة مـن
خلال كتابة البرامج الضرورية لذلك و تطبيقها على بعض بيانات ملفات الصوت، و قد أظهرت
النتائج المسجلة إمكانية اعتماد خوارزمية المزج المقترحة لتحقيق أداء جيد لطريقة ( VQ )
في مجال ضغط بيانات ملفات الصوت.
يقدم الباحث في هذه الورقة عرض لأحد أكثر أنماط التحكم الحديث دقة و استقرار و سرعة في الاستجابة، و هو نظام التحكم التناسبي التكاملي التفاضلي (PID) الذي يعتبر أحد الحالات الخاصة لنظم التحكم بالحلقة المغلقة. و يتم عرض و مقارنة أشكال مختلفة من التحكم، و إ
ظهار استجابة الأنماط الفرعية للمنظم PID من خلال استخدام متحكم منطقي قابل للبرمجة (PLC)، و برمجته ليكون متحكم من النوع (PID) و الاستفادة من هذه المنظومة للتحكم الدقيق بسرعة محرك ثلاثي الطور. حيث تم توصيل برنامج المتحكم القابل للبرمجة (PLC) بأحد برامج التحكم بالمراقبة و تحصيل البيانات و المعروفة بالاسم المختصر (SCADA). لمعايرة المتحكم من النوع (PID) و يتم استخدام هذا البرنامج لعرض نتائج استجابة الأنماط المختلفة للمتحكم PID على شكل منحنيات بيانية. حيث تظهر منحنيات الاستجابة سرعة و دقة استجابة تجعل من هذا التطبيق منظومة متكاملة يمكن أن تشكل البنية الأساسية للكثير من التطبيقات العملية كالروافع الكبيرة و خطوط الإنتاج المتداخلة و غيرها من التطبيقات، كما أن استخدام أجهزة PLC يجعل منها أنظمة ذات جودة و موثوقية عالية.
سجل دخول لتتمكن من نشر تعليقات
التعليقات
جاري جلب التعليقات
سجل دخول لتتمكن من متابعة معايير البحث التي قمت باختيارها
