کنترل سیستم تله اپراتوری دو طرفه غیرخطی نامعین مبتنی بر روش تطبیقی فازی پسگام

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، مهندسی برق کنترل، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

2 دانشیار، مهندسی برق کنترل، دانشگاه زنجان، زنجان، ایران

10.22044/jsfm.2020.8968.3034

چکیده

مهم‌ترین چالش در سیستم‌های تله‌اپراتوری دو طرفه، دست‌یابی به حس درست اپراتور از محیط و ضمانت پایداری سیستم می‌باشد. تاکنون روش‌های متنوعی برای کنترل این سیستم‌ها ارائه شده است که در ‌آنها از شرایط انفعال برای نیروی‌های محیطی و اپراتور در اثبات پایداری تابع لیاپانوف استفاده شده است. این شرایط می‌توانند محدودیت‌های جدی به خصوص در حیطه کاربردهای پزشکی بر روی سیستم‌های تله‌اپراتوری تحمیل نمایند. وجود تأخیر زمانی متغیر با زمان در کانال ارتباطی راهبر-پیرو و همچنین عدم قطعیت (اغتشاش خارجی و دینامیک‌های مدل نشده) که در مواقعی موجب بر هم زدن پایداری سیستم کنترلی می‌شوند، از جمله عوامل مهم و زمینه‌ساز برای جلب توجه محققان بوده است. هدف اصلی این مقاله، پیشنهاد یک کنترل‌کننده تطبیقی فازی پسگام از نوع مقاوم برای کنترل سیستم تله اپراتوری دو طرفه غیرخطی در حضور تأخیر زمانی و عدم قطعیت پارامتری می‌باشد. تحلیل پایداری مبتنی بر لیاپانوف بوده و نتایج شبیه سازی، موفقیت روش پیشنهادی را در تحقق اهداف کنترلی نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها


[1] Shuang H, Hu L, Liu PX (2019) Sliding mode control for a surgical teleoperation system via a disturbance observer. IEEE Access 7: 43383-43393.

[2] Kebria Parham M, et al. (2019) Robust adaptive control scheme for teleoperation systems with delay and uncertainties. IEEE Trans Cybern 1-11.

[3] Xia L, Tao R, Tavakoli M (2014) Adaptive control of uncertain nonlinear teleoperation systems. Mechatronics 24(1): 66-78.

[4] Yuan Y, Wang Y, Guo L (2018) Force reflecting control for bilateral teleoperation system under time-varying delays. IEEE Trans Industr Inform 15(2): 1162-1172.

[5] Khati H, et al. (2019) Neuro-fuzzy control of bilateral teleoperation system using FPGA. Iranian Journal of Fuzzy Systems 16(6): 17-32.

[6] Chenguang Y, et al. (2008) Output feedback NN control for two classes of discrete-time systems with unknown control directions in a unified approach. IEEE Trans Neural Netw 19(11): 1873-1886.

[7] Liu YJ et al. (2009) Robust adaptive tracking control for nonlinear systems based on bounds of fuzzy approximation parameters. IEEE Trans Syst Man Cybern Syst 40(1): 170-184.

[8] Liu X, Tao R, Tavakoli M (2014) Adaptive control of uncertain nonlinear teleoperation systems. Mechatronics 24(1): 66-78.

[9] Hwang CL, Chang NW (2008) Fuzzy decentralized sliding-mode control of a car-like mobile robot in distributed sensor-network spaces. IEEE Trans Fuzzy Syst 16(1): 97-109.

[10] Hugo SR, et al. (2015) Higher order sliding mode based impedance control for dual-user bilateral teleoperation under unknown constant time delay. 2015 IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS).

[11] Shahdi A, Sirouspour S (2009) Adaptive/robust control for time-delay teleoperation. IEEE Trans Robot 25(1): 196-205.

[12] Mohammadi L, Alfi A, Xu B (2017) Robust bilateral control for state convergence in uncertain teleoperation systems with time-varying delay: a guaranteed cost control design. Nonlinear Dyn 88(2): 1413-1426.

[13] Víctor Hugo A, et al. (2016) Transparency of a bilateral tele-operation scheme of a mobile manipulator robot. International Conference on Augmented Reality, Virtual Reality and Computer Graphics.

[14] Tian D, Yashiro D, Ohnishi K (2012) Haptic transmission by weighting control under time-varying communication delay. Iet Control Theory A 6(3): 420-429.

[15] De Rossi G, Muradore R (2017) A bilateral teleoperation architecture using Smith predictor and adaptive network buffering. IFAC-Papers On Line 50(1): 11421-11426.

[16] Hou W, Fu M, Zhang H (2018) Distributed consensus of third‐order multi‐agent systems with communication delay. Asian J Control 20(2): 956-961.

 [17] Hua CC, Liu XP (2010) Delay-dependent stability criteria of teleoperation systems with asymmetric time-varying delays. IEEE Trans Robot 26(5): 925-932.

[18] Hua CC, Liu XP (2012) A new coordinated slave torque feedback control algorithm for network-based teleoperation systems. IEEE ASME Trans Mechatron 18(2): 764-774.

[19] Liu K, Seuret A, Xia Y (2017) Stability analysis of systems with time-varying delays via the second-order Bessel–Legendre inequality. Automatica 76: 138-142.

[20] Wu ZG, et al. (2017) Event-triggered control for consensus of multiagent systems with fixed/switching topologies. IEEE Trans Syst Man Cybern Syst  48(10): 1736-1746.

[21] Li Y, et al. (2015) Guaranteed cost control design for delayed teleoperation systems. J Franklin I 352(11): 5085-5105.

[22] زینلی ز، رمضانی ا، ازگلی س (2015) جبران تاخیر زمانی متغیر با زمان در سیستم های کارکرد از دور با استفاده از رویتگر اغتشاش ارتباطی با در نظر گرفتن عدم قطعیت در مدلسازی. مجله مکانیک سازه­ها و شاره­ها 156-143 :(4)4.

[23] Yu K, et al. (2012) Robust control of motion/force for robotic manipulators with random time delays. IEEE Trans Control Syst Technol 21(5): 1708-1718.

 [24] Abidi K, Yildiz Y, Korpe BE (2016) Explicit time‐delay compensation in teleoperation: An adaptive control approach. Int J Robust Nonlin 26(15): 3388-3403.

[25] Jing B, et al. (2016) Robust adaptive control for bilateral teleoperation systems with guaranteed parameter estimation. 2016 International Conference on Advanced Robotics and Mechatronics (ICARM).

[26] Chen Z, et al. (2019) Adaptive fuzzy backstepping control for stable nonlinear bilateral teleoperation manipulators with enhanced transparency performance. IEEE Trans Ind Electron 67(1): 746-756.

[27] Lu Z, Huang P, Liu Z (2017) Predictive approach for sensorless bimanual teleoperation under random time delays with adaptive fuzzy control. IEEE Trans Ind Electron 65(3): 2439-2448.

[28] Li H, Kawashima K (2016) Bilateral teleoperation with delayed force feedback using time domain passivity controller. Robot Cim-Int Manuf 37: 188-196.

[29]  Spong MW, Hutchinson SA, Vidyasagar M (2006) Robot modeling and control. IEEE Control Syst 26(6): 113-115

[30] Kelly R, Santibaiiez V, Loria A (2005) Control of robot manipulators in joint space. Springer, Berlin.

[31] Li W (1994) Adaptive fuzzy systems and control: Design and stability analysis. Prentice-Hall.

[32] Li Y, Yin Y, Zhang D (2018) Adaptive task-space synchronization control of bilateral teleoperation systems with uncertain parameters and communication delays. IEEE Access 6: 5740-5748.