Điều khiển chế độ trượt cố định thời gian không suy biến thích ứng cho việc theo dõi quỹ đạo của hệ thống rô bốt

Complex & Intelligent Systems - Tập 9 - Trang 1605-1616 - 2022
Xin Zhang1,2, Ran Shi1, Zijun Zhu1, Ying Quan1
1School of Automation and Electrical Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou, China
2Gansu Provincial Engineering Research Center for Artificial Intelligence and Graphics and Image Processing, Lanzhou, China

Tóm tắt

Trong bài báo này, một bộ điều khiển cố định thời gian thích ứng được đề xuất cho hệ thống manipulator với các nhiễu không chắc chắn nhằm nâng cao tốc độ và độ chính xác của việc theo dõi quỹ đạo và giải quyết sự phụ thuộc về thời gian hội tụ vào các điều kiện ban đầu của hệ thống. Đầu tiên, một bề mặt chế độ trượt cố định thời gian không suy biến và một định luật tiếp cận dựa trên hàm arctangent được xây dựng để nâng cao hiệu suất của kế hoạch điều khiển. Thứ hai, việc xác định giới hạn trên là rất khó khăn do sự không chắc chắn của nhiễu. Giới hạn trên của nhiễu được ước lượng bằng các kỹ thuật thích ứng, mà không yêu cầu kiến thức trước về giới hạn trên và có hiệu quả trong việc ức chế tác động của nhiễu lên hệ thống. Cuối cùng, sự hội tụ cố định thời gian của các trạng thái được phân tích thông qua chứng minh lý thuyết nghiêm ngặt, và tính hợp lệ của kế hoạch điều khiển được trình bày được chứng minh bằng các mô phỏng.

Từ khóa

#hệ thống rô bốt #điều khiển chế độ trượt #quỹ đạo #nhiễu không chắc chắn #hội tụ cố định thời gian

Tài liệu tham khảo

Zheng Z, Feroskhan M, Sun L (2018) Adaptive fixed-time trajectory tracking control of a stratospheric airship. ISA Trans 76:134–144 Ren C, Li X, Yang X, Ma S (2019) Extended state observer-based sliding mode control of an omnidirectional mobile robot with friction compensation. IEEE Trans Ind Electron 66(12):9480–9489 Xiao J, Zeng Z, Wu A, Wen S (2020) Fixed-time synchronization of delayed Cohen-Grossberg neural networks based on a novel sliding mode. Neural Netw 128:1–12 Xia H, Guo P (2022) Sliding mode-based online fault compensation control for modular reconfigurable robots through adaptive dynamic programming. Complex Intell Syst 8:1963–1973 Jiang Y, Zhang Y, Wang H, Liu K (2022) Sliding-mode observers based distributed consensus control for nonlinear multi-agent systems with disturbances. Complex Intell Syst 8:1889–1897 Ebrahimi Mollabashi H, Mazinan AH (2019) Incremental SMC-based CNF control strategy considering magnetic ball suspension and inverted pendulum systems through cuckoo search-genetic optimization algorithm. Complex Intell Syst 5(3):353–362 Sun H, Hou L, Li C (2019) Synchronization of single-degree-of-freedom oscillators via neural network based on fixed-time terminal sliding mode control scheme. Neural Comput Appl 31(10):6365–6372 Aouiti C, Jallouli H (2021) New feedback control techniques of quaternion fuzzy neural networks with time-varying delay. Int J Robust Nonlinear Control 31(7):2783–2809 Yang G, Wang H (2022) Neuroadaptive control of information-poor servomechanisms with smooth and nonsmooth uncertainties. Complex Intell Syst 8:2527–2539 Van M, Ge SS (2021) Adaptive fuzzy integral sliding-mode control for robust fault-tolerant control of robot manipulators with disturbance observer. IEEE Trans Fuzzy Syst 29(5):1284–1296 Van M (2021) Higher-order terminal sliding mode controller for fault accommodation of Lipschitz second-order nonlinear systems using fuzzy neural network. Appl Soft Comput 104:107186 Zhong Z, Wang X, Lam H-K (2021) Finite-time fuzzy sliding mode control for nonlinear descriptor systems. IEEE/CAA J Autom Sin 8(6):1141–1152 Teng L, Gull MA, Bai S (2020) PD-based fuzzy sliding mode control of a wheelchair exoskeleton robot. IEEE/ASME Trans Mechatron 25(5):2546–2555 Pazooki M, Mazinan AH (2018) Hybrid fuzzy-based sliding-mode control approach, optimized by genetic algorithm for quadrotor unmanned aerial vehicles. Complex Intell Syst 4(2):79–93 Long H, Guo T, Zhao J (2022) Adaptive disturbance observer based novel fixed-time nonsingular terminal sliding mode control for a class of DoF nonlinear systems. IEEE Trans Industr Inf 18(9):5905–5914 Huang Y, Jia Y (2019) Adaptive fixed-time six-DOF tracking control for noncooperative spacecraft fly-around mission. IEEE Trans Control Syst Technol 27(4):1796–1804 Kali Y, Saad M, Benjelloun K, Khairallah C (2018) Super-twisting algorithm with time delay estimation for uncertain robot manipulators. Nonlinear Dyn 93(2):557–569 Wang J, Zhao L, Yu L (2021) Adaptive terminal sliding mode control for magnetic levitation systems with enhanced disturbance compensation. IEEE Trans Ind Electron 68(1):756–766 Yang L, Yang J (2011) Nonsingular fast terminal sliding-mode control for nonlinear dynamical systems. Int J Robust Nonlinear Control 21(16):1865–1879 Ali N, Tawiah I, Zhang W (2020) Finite-time extended state observer based nonsingular fast terminal sliding mode control of autonomous underwater vehicles. Ocean Eng 218:108179 Zeng T, Ren X, Zhang Y (2020) Fixed-time sliding mode control and high-gain nonlinearity compensation for dual-motor driving system. IEEE Trans Ind Inf 16(6):4090–4098 Xu D, Ding B, Jiang B, Yang W, Shi P (2022) Nonsingular fast terminal sliding mode control for permanent magnet linear synchronous motor via high-order super-twisting observer. IEEE/ASME Trans Mechatron 27(3):1651–1659 Boukattaya M, Mezghani N, Damak T (2018) Adaptive nonsingular fast terminal sliding-mode control for the tracking problem of uncertain dynamical systems. ISA Trans 77:1–19 Wang Y, Zhu K, Chen B, Jin M (2020) Model-free continuous nonsingular fast terminal sliding mode control for cable-driven manipulators. ISA Trans 98:483–495 Wang Y, Li S, Wang D, Ju F, Chen B, Wu H (2021) Adaptive time-delay control for cable-driven manipulators with enhanced nonsingular fast terminal sliding mode. IEEE Trans Ind Electron 68(3):2356–2367 Polyakov A (2011) Nonlinear feedback design for fixed-time stabilization of linear control systems. IEEE Trans Autom Control 57(8):2106–2110 Ni J, Liu L, Liu C, Hu X, Li S (2017) Fast fixed-time nonsingular terminal sliding mode control and its application to chaos suppression in power system. IEEE Trans Circ Syst II Express Briefs 64(2):151–155 Chen Q, Xie S, He X (2021) Neural-network-based adaptive singularity-free fixed-time attitude tracking control for spacecrafts. IEEE Trans Cybern 51(10):5032–5045 Chen Q, Xie S, Sun M, He X (2018) Adaptive nonsingular fixed-time attitude stabilization of uncertain spacecraft. IEEE Trans Aerosp Electron Syst 54(6):2937–2950 Chen Q, Tao M, He X, Tao L (2021) Fuzzy adaptive nonsingular fixed-time attitude tracking control of quadrotor UAVs. IEEE Trans Aerosp Electron Syst 57(5):2864–2877 Zuo Z, Tie L (2014) A new class of finite-time nonlinear consensus protocols for multi-agent systems. Int J Control 87(2):363–370 Zuo Z (2015) Non-singular fixed-time terminal sliding mode control of non-linear systems. IET Control Theory Appl 9(4):545–552 Feng Y, Yu X, Man Z (2002) Non-singular terminal sliding mode control of rigid manipulators. Automatica 38(12):2159–2167 Zhang X, Xu W, Lu W (2021) Fractional-order iterative sliding mode control based on the neural network for manipulator. Mathem Probl Eng Vol.2021, Article ID 9996719, 12 pages Chen Q, Yang C-B, Nan Y-R (2021) Disturbance rejection control of Buck converters based on variable rate reaching law. Kongzhi yu Juece/Control Decis 36(4):893–900 Li H, Cai Y (2016) Sliding mode control with double power reaching law. Control Decis 31(3):498–502 Wang Y, Gu L, Xu Y, Cao X (2016) Practical tracking control of robot manipulators with continuous fractional-order nonsingular terminal sliding mode. IEEE Trans Ind Electron 63(10):6194–6204