کنترل موقعیت دقیق نوکِ ربات تک رابط انعطاف پذیر با استفاده از کنترل کننده مود لغزشی مرتبه کسری

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی برق، دانشگاه ولی عصر(عج) رفسنجان، رفسنجان، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی برق، دانشگاه ولی عصر(عج) رفسنجان، رفسنجان، ایران

3 استادیار، گروه مهندسی میکروسیستم و ابزار دقیق،دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی دلفت، دلفت، هلند

چکیده

در این مقاله یک روش کارآمد بر مبنای کنترل مود لغزشی مرتبه کسری برای کنترل موقعیت دقیق یک بازوی ربات تک رابط انعطاف‌پذیر، ارائه شده است. روش کنترل پیشنهادی، در برابر تغییرات پارامترهای سیستم نظیر تغییرات جرم رابط و اصطکاک لزجتی در حضور اغتشاش نامعلوم اصطکاک کولمبی مقاوم است. هدف اصلی طرح کنترل پیشنهادی،‌ کاهش انحراف ناشی از کشسانی رابط و کنترل دقیق موقعیت نوک رابط انعطاف‌پذیر است. برای تحقق این هدف روش کنترل مود لغزشی در دو مرحله انجام می‌شود. در مرحله اول، اختلاف بین زاویه موتور و زاویه نوک رابط با اعمال کنترل کننده‌ی مود لغزشی مرتبه کسری پیشنهادی کاهش می‌یابد. سپس در مرحله دوم، به منظور دست‌یابی به کنترل دقیق موقعیت نوک رابط کنترل کننده‌ی مود لغزشی دیگری اضافه می‌شود. نتایج شبیه سازی عددی کارآیی و اثربخشی روش کنترل‌ پیشنهادی را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Delavari H., Azizkhani A. and Shiuooei P., Design and Practical Implementation of a Fractional Order PID Controller for a Single Flexible-Link Robot. Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No.10, pp. 411-419, 2017.
[2]  Pereira E., Becedas, J., Payo I., Ramos F. and Feliu V., 2010, Control of flexible manipulators, theory and practice. In Robot Manipulators Trends and Development. InTech, 2010.
[3]   Monje C.A., Ramos F., Feliu V. and Vinagre B.M., 2007, Tip position control of a lightweight flexible manipulator using a fractional order controller. IET Control Theory & Applications, Vol. 1, No. 5, pp. 1451-1460, 2007.
[4]  Alam M.S. and Tokhi M.O., Hybrid fuzzy logic control with genetic optimisation for a single-link flexible manipulator. Engineering Applications of Artificial Intelligence, Vol. 21, No. 6, pp. 858-873, 2008.
[5]  Castillo-Berrio C.F. and Feliu-Batlle V., Vibration-free position control for a two degrees of freedom flexible-beam sensor. Mechatronics, Vol. 27, pp. 1-12, 2015.
[6]  Mamani G., Becedas J. and Feliu V., Sliding mode tracking control of a very lightweight single-link flexible robot robust to payload changes and motor friction. Journal of Vibration and Control, Vol. 18, No. 8, pp. 1141-1155, 2012.
[7]  Shaheed M.H. and Tokhi O., Adaptive closed-loop control of a single-link flexible manipulator. Journal of Vibration and Control, Vol. 19, No. 13, pp. 2068-2080, 2013.
[8]  Feliu V., Somolinos J.A. and Garcia A., Inverse dynamics based control system for a three-degree-of-freedom flexible arm, IEEE transactions on robotics and automation, Vol. 19, No. 6, pp. 1007-1014, 2003.
[9]  San-Millan A., Feliu V. and Garcia A., A two-stage control scheme of single-link flexible manipulators. In 23th Mediterranean Conference on Control and Automation (MED), Spain, 2015.
[10]             Su Z. and Khorasani K., A neural-network-based controller for a single-link flexible manipulator using the inverse dynamics approach.  IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 48, No. 6, pp. 1074-1086, 2001.
[11]             Feliu-Talegon D. and Feliu-Batlle V., A fractional-order controller for single-link flexible robots robust to sensor disturbances. IFAC-PapersOnLine, Vol.  50, No. 1, pp. 6043-6048, 2017.
[12]              Pereira E., Aphale S.S., Feliu V. and Moheimani S.R., A hybrid control strategy for vibration damping and precise tip-positioning of a single-link flexible manipulator. 2009 IEEE International Conference on Mechatronics, Spain, 2009.
[13]             Pereira E., Aphale S.S., Feliu, V. and Moheimani, S.R., Integral resonant control for vibration damping and precise tip-positioning of a single-link flexible manipulator. IEEE ASME Transactions on Mechatronics, Vol. 16, No. 2, p. 232-240, 2011.
[14]             Morales R., Feliu V. and Jaramillo V., Position control of very lightweight single-link flexible arms with large payload variations by using disturbance observers. Robotics and Autonomous Systems, Vol. 60, No. 4, pp. 532-547, 2012.
[15]             Ghazavi-Khorasgani H., Elmi-Ghiasi N, Farshad A, Talebi H. A., Nonlinear robust control of flexible-link manipulator with fuzzy compensator: Experimental results2011 The 2nd International Conference on Control, Instrumentation and Automation, Iran, 2011.
[16]             Garcia-Perez OA., Silva-Navarro G‎, ‎and Peza-Solis J.F, Flexible-link robots with combined trajectory tracking and vibration control. Applied Mathematical Modelling‎, Vol. 70, pp. 285-298, 2019.
[17]             Tahir N.M‎., bubakar K.A‎, Sambo‎ A.U, ‎and Kunya  A.B, Vibrations and intelligent tracking control of single link flexible manipulator.‎Sensors & Transducers‎, Vol. 232, No. 4, pp. 8-14, 2019.
[18]             Bascetta L. and Rocco P., Modelling flexible manipulators with motors at the joints. Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, Vol. 8, No. 2, pp. 157-183, 2002.
[19]             Castillo C.F., Engin S.N. and Batlle V.F., Design dynamic modelling and experimental validation of a 2DOF flexible antenna sensor. International Journal of Systems Science, Vol. 45, No. 4, pp. 714-727, 2014.
[20]              Payo I., Feliu V. and Cortázar O.D., Force control of a very lightweight single-link flexible arm based on coupling torque feedback. Mechatronics, Vol. 19, No. 3, pp. 334-347, 2009.
[21]             Podlubny I., 1998. Fractional differential equations: an introduction to fractional derivatives, fractional differential equations, to methods of their solution and some of their applications, Elsevier, 1998.
[22]             Calderón, A. J., Vinagre, B. M. and Feliu, V., Fractional order control strategies for power electronic buck converters. Signal Processing, Vol. 86, No. 10, pp. 2803-2819, 2006.
[23]             Miller K. and Ross B., An Introduction to the Fractional Calculus and Fractional Differential Equations. A Wiley-Interscience Publication, San Fransisco, 1993.
[24]             Podlubny I., Fractional Differential Equations, Academic Press, New York, 1999.
[25]             Caputo M., Linear models of dissipation whose Q is almost frequency independent-II. Geophys, JR Astron. Soc, Vol. 13, pp. 529-539, 1967.
[26]             Fayazi A., Pariz N., Karimpour A. and Hosseinnia S.H., Robust Impedance Control of a Single- Link Flexible Robot Interacting with the Unknown Environment using Sliding Mode Control Method. Journal of Control, Vol. 11, No. 4, pp. 57-71, 2018.