کنترل دسته ی خاصی از سیستم های مکانیکی فروتحریک با استفاده از کنترل مدلغزشی فازی با حجم محاسبات پایین و بدون لرزش

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسنده

دانشیار، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

چکیده

در این مقاله، کنترل کننده ی مدلغزشی فازی برای کنترل یک دسته از سیستمهای فروتحریک ارائه شده است. برای ارائه ی روش پیشنهادی، در ابتدا روش طراحی کنترل مدلغزشی برای یک سیستم یک ورودی- یک خروجی بیان می شود. در ادامه بر اساس این روش طراحی، یک کنترل کننده مدلغزشی برای دسته ی خاصی از سیستمهای یک ورودی- چند خروجی ارائه می گردد. اثبات ریاضی نشان می دهد که سیستم حلقه بسته در حضور عدم قطعیتهای ساختاری و غیرساختاری، دارای پایداری مجانبی سراسری است. در کنترل پیشنهادی به دلیل استفاده از تابع ناپیوسته علامت در ورودی کنترل، بروز لرزش در ورودی کنترل امری اجتناب ناپذیر است. به همین دلیل در ادامه، یک سیستم فازی طراحی و به کنترل کننده ی مدلغزشی اضافه می شود. کنترل مدلغزشی فازی پیشنهادی، مشکلات موجود را مرتفع نموده و روش طراحی آن به گونه ای انجام می شود که پایداری مجانبی سراسری سیستم حلقه بسته تضمین می گردد. سرانجام برای نمایش عملکرد کنترل پیشنهادی، شبیه سازیهایی در 3 مرحله بر روی سیستم فروتحریک گاری به همراه پاندول معکوس پیاده سازی می شود. نتایج شبیه سازیها، عملکرد کنترل پیشنهادی را نشان می دهند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Bloch AM, Reyhanoglu M, Mcclamroch NH   (1992) Control and stabilization of nonholonomic dynamic systems. IEEE T Automat Contr 37(3): 1746-1757.

[2] Astolfi A (1996) Discontinuous control of nonholonomic system. Systems Control Lett 27(5): 37-45.

[3] Spong MW (1998) Control problems in robotics and automation. 1st edn. Springer- Verlag, London.

[4] Fantoni I, Lozano R (2001) Nonlinear control for underactuated mechanical systems. 1st edn. Springer-Verlag, London.

[5] Olfati RS (2002) Normal forms for underactuated mechanical systems with symmetry. IEEE T Automat Contr 47(2): 305-308.

[6] Khooban MH, Soltanpour MR (2013) Swarm optimization tuned fuzzy sliding mode control design for a class of nonlinear systems in presence of uncertainties. J Intell Fuzzy Syst 24(2): 383-394.

[7] Soltanpour MR, Zolfaghari B, Soltani M, Khooban MH (2013) fuzzy sliding mode control design for a class of nonlinear systems with structured and unstructured uncertainties. Int J Innov Comput I 9(7): 2713-2726.

[8] Soltanpour MR, Khooban MH, Khalghani MR (2014) An optimal and intelligent control strategy for a class of nonlinear systems: Adaptive fuzzy sliding mode. J Vib Control 22 (1): 159-175.

[9] Veysi M, Soltanpour MR (2016) Voltage-base control of robot manipulator using adaptive fuzzy sliding mode control. Int J Fuzzy Syst 10(1): 1-14.

[10] Yorgancioglu F, Komurcugil H (2010) Decoupled-sliding mode controller based on time-varying sliding surfaces for fourth-order systems. Expert Syst Appl 37(10): 6764-6774.

[11] Zhao G, Zhao C, Cheng J (2014) Decoupled Terminal sliding- mode control for a class of under-actuated mechanical systems with hybrid sliding surfaces. Int J Innov Comput I 10(6): 2011-2023.

[12] Bayramoglu H, Komurcugil H (2013) Nonsingular decoupled terminal sliding-mode control for a class of fourth-order nonlinear systems. Commun Nonlinear Sci 18(5): 2527–2539.

[13] Din SU, Khan Q, Rehman FU, Akmeliawati R (2016) Robust control of underactuated systems: Higher order integral sliding mode approach. Math Probl Eng 8(2): 12-21.

[14] Shah I, Rehman FU (2017) Smooth higher-order sliding mode control of a class of underactuated mechanical systems. Arab J Sci Eng 42(12): 5147-5164.

[15] Din SU, Khan Q, Rehmani FU, Akmeliawanti R (2017) A comparative experimental study of robust sliding mode control strategies for underactuated systems. Accepted for publication in IEEE Access.

[16] Lo JC, Kuo YH (1998) Decoupled fuzzy sliding-mode control. IEEE T Fuzzy Syst 6(3): 426-435.

[17] Marton L, Hodel AS, Lantos B, Hung JY (2008) Underactuated robot control: Comparing LQR, subspace stabilization, and combined error metric approaches. IEEE T Ind Electron 55(10): 3724-3730.

[18] Park MS, Chwa D, Hong SK (2006) Decoupling control of a class of underactuated mechanical systems based on sliding mode control.  Proc Si Ce Korea 806-810.

[19] Lin CM, Mon YJ, (2005) Decoupling control by hierarchical fuzzy sliding-mode controller. IEEE T Contr Syst T 13(4): 593-598.

[20] Shin SY, Lee JY, Sugisaka M, Lee JJ (2010) Decoupled fuzzy adaptive sliding mode control for underactuated systems with mismatched uncertainties. Proc IEEE Int Conf Info Auto  China 599-604.

[21] Hung LC, Chung HY (2007) Decoupled sliding-mode with fuzzy-neural network controller for nonlinear systems. Int J Approx Reason 46(1): 74-97.

[22] Lin CM, Mon YJ (2005) Decoupling control by hierarchical fuzzy sliding-mode controller. IEEE T Contr Syst T 13(4): 593-598.

[23] Wang W, Liu XD, Yi  JQ (2007) Structure design of two types of sliding-mode controllers for a class of under-actuated mechanical systems. IET Control Theory A 1(1): 163-172.

[24] Sankaranarayanan V, Mahindrakar  AD (2009) Control of a class of underactuated mechanical systems using sliding modes. IEEE T  Robot 25(2): 459-467.

[25] Su SF, Hsueh YC, Tseng CP, Chen SS, Lin YS (2015) Direct adaptive fuzzy sliding mode control for Under-actuated Uncertain Systems. Int J Fuzzy Log 15(4): 240-250.

[26] Baklouti F, Aloui S, Chaari A (2016) Adaptive fuzzy sliding mode tracking control of uncertain underactuated nonlinear systems: a comparative study. J Cont Sci Eng 3(13): 110-122.

[27] Moussaoui S, Boulkroune A, Vaidyanathan S (2016) Fuzzy adaptive sliding-mode control scheme for uncertain underactuated systems. Advances and Applications in Nonlinear Control Systems, Part of the Studies in Computational Intelligence book series (SCI, volume 635): 351-367.

[28] Hao YX, Yi JQ, Zhao DB, Qian DW (2007) Incremental sliding mode controller for large-scale underactuated system. Proc IEEE Int C Netw Sens, London, UK 87-92.

[29] Khalil HK (2002) Nonlinear systems. 3rd edn. Prentice Hall, London.

[30] Soltanpour MR, Siahi M (2009) Robust control of robot manipulator in task space. Appl Comput Math 8 (2): 227-238.

[31] Soltanpour MR, Shafiei SE (2010) Robust adaptive control of manipulators in the task space by dynamical partitioning approach. Elektronika 101(5): 73-78.