Date of Award

4-2021

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Mechanical Engineering (MSME)

Department

Mechanical Engineering

First Advisor

Dr. Tariq Darabseh

Second Advisor

Dr. Farag Khalifa Omar

Abstract

The literature lacks data on the reliability of 3D models created by Autodesk Inventor software and imported to MATLAB Simulink software in comparison to mathematically generated models. In this contribution, a two-link rigid-flexible manipulator modelled in two different methods was demonstrated, one of which is using Lagrange equations and Finite Element Method to generate a mathematical model of the manipulator, and the other is creating a 3D model with the aid of Autodesk Inventor then import to MATLAB Simulink, both models were subsequently controlled by three types of controllers, conventional PID controller, LQR controller, and LQG controller. The research demonstrated the performance of the two models with response to the three types of controllers. Achieved results have proven that the Autodesk Inventor is considered a reliable tool for modelling mechanical systems. Results have also confirmed that modern controllers, i.e., LQR and LQG controllers perform much better than conventional PID controllers with regards to the manipulator movement. The implementation of Autodesk Inventor along with MATLAB Simulink indicates that the Autodesk Inventor can be considered as an instrumental tool for designers and engineers. The results enable future developments in the frontier area of robotics and mechanical systems, where sophisticated models could be generated by Autodesk Inventor instead of being modelled mathematically which will benefit engineers and designers by saving time and effort consumed in modelling using mathematical equations, and by reducing the potential errors associated with such modelling techniques

Arabic Abstract

إن عدد البحوث التي تحتوي على بيانات حول موثوقية النماذج ثلاثية الأبعاد التي تم إنشاؤها بواسطة برنامج Autodesk Inventor والتي تم تصديرها فيما بعد إلى برنامج MATLAB Simulink لا يزال محدودًا. في هذه الدراسة، يتم استخدام برنامج Autodesk Inventor لتصميم الأجسام، ثم يتم ربطها ببرنامج MATLAB Simulink لإجراء تحليل ديناميكي.

تم تنفيذ هذا الربط باستخدام طريقتين مختلفتين: الأولى تعتمد على استخدام معادلات لاغرانج، والثانية تعتمد على استخدام طريقة العناصر المحدودة لإنشاء نموذج رياضي متكامل. بعد ذلك، تم نقل النموذج الذي تم إنشاؤه باستخدام Autodesk Inventor إلى MATLAB Simulink، حيث تم التحكم في النموذج باستخدام ثلاثة أنواع من وحدات التحكم، وهي: وحدة تحكم PID، وحدة تحكم LQR، ووحدة تحكم LQG.

أظهرت النتائج أن أداء وحدات التحكم LQR وLQG كان أفضل بكثير من وحدة التحكم PID من حيث الاستجابة الديناميكية ودقة التحكم. كما أظهرت النتائج أن استخدام برنامج Autodesk Inventor جنبًا إلى جنب مع MATLAB Simulink يمكن أن يوفر بيئة فعالة لتحليل الأنظمة الميكانيكية المعقدة.

تشير النتائج أيضًا إلى أن هذه المنهجية يمكن أن تكون مفيدة للمصممين والمهندسين في مجالات الروبوتات والأنظمة الميكانيكية بشكل عام، حيث يمكن إنشاء نماذج متطورة ودقيقة باستخدام Autodesk Inventor وربطها ببرنامج MATLAB Simulink لتحليل الأداء والتحكم.

بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام هذه المنهجية يمكن أن يقلل من الوقت والجهد المبذولين في بناء النماذج الرياضية المعقدة، ويساهم في تقليل الأخطاء المحتملة المرتبطة بتقنيات النمذجة التقليدية.

Arabic Comments

مفاهيم البحث الرئيسية: النموذج الديناميكي، النمذجة، المناور المرن، طريقة العناصر المحدودة، معادلات لاغرانج، التحكم.

Download
COinS