طراحی کنترلگر مقاوم برای سیستم عمل از دور غیرخطی با روش انفعال محور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکدة مهندسی برق، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 استادیار، دانشکدة مهندسی برق، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

3 استاد، دانشکدة مهندسی برق، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

چکیده

  این مقاله یک رویکرد جدید برای طراحی کنترل­کنندة مقاوم برای سیستم عمل از دور ارائه می­کند؛ در مدل غیرخطی سیستم، نامعینی­های پارامتری و در کانال ارتباطی، تأخیر متغیر وجود دارد و ربات‏ها با عملگر انسانی و محیط غیرمنفعل در تماس هستند. ابتدا ساختار قانون کنترل غیرخطی بر مبنای روش   انفعال محور برای سیستم نامی طراحی می­شود. سپس، به منظور تنظیم پارامترهای کنترل­کننده، با استفاده از قضیه لیاپانف-کرازوفسکی، شرایط کافی برای پایداری مجانبی مقاوم سیستم به صورت ناتساوی‎های ماتریسی استخراج می­شود. همچنین، با تعریف شاخص عملکرد مناسب، پارامترهای کنترل‏کننده چنان تعیین می‏شوند که ضمن حفظ پایداری مقاوم، خطای ردیابی موقعیت به حداقل برسد. مهم‎ترین مزایای روش ارائه شده عبارتند از: اول، کنترل­کننده ارائه شده دارای ساختار ثابت است که به سادگی قابل پیاده سازی عملی است. دوم، پایداری مجانبی سیستم بدون هیچ نیازی به وجود قسمت منفعل در مدل دینامیکی نیروهای تماسی غیرمنفعل تضمین می­شود. نتایج شبیه سازی سیستم عمل از دور سه درجه آزادی، با یک روش رقیب مقایسه می‎شود تا مزایای روش پیشنهادی روشن شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]  Hokayem P. F. and Spong M., Bilateral teleoperation: An historical survey. Automatica, Vol. 42, No. 12, pp. 2035-2057, 2006.
[2]  Nuno E., Basanez L. and Ortega R., Passivity-based control for bilateral teleoperation: A tutorial.  Automatica, Vol. 47, No. 3, pp. 485–495, 2011.
[3]  Arcara P. and Melchiorri C., Control schemes for teleoperation with time delay: A comparative study.  Robotics and Autonomous Systems, Vol. 38, No. 1, pp. 49-64, 2002.
[4]  Hu H. C. and Liu  Y. C., passivity-based control framework for task-space bilateral teleoperation with parametric uncertainty over unreliable networks. ISA Transaction, Vol.70, pp. 187-199, 2017.
[5]  Liu  X., Tao R. and Tavakoli M., Adaptive control of uncertain nonlinear teleoperation systems. Mechatronics, Vol. 24, Vo. 1, pp. 66-78, 2014.
[6]  Yang Y., Hua C. and Guan X., Coordination control for bilateral teleoperation with kinematics and dynamics uncertainties. Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, Vol. 30, No. 2, pp. 180-188, 2014.
[7]  Leung G., Francis B. and Apkarian J., Bilateral controller for teleoperators with time delay via mu-synthesis. IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 11, No.1, pp. 105-116, 1995.
[8]  Colgate J., Robust impedance shaping telemanipulation. IEEE Transactions on Robotics and Automation, Vol. 9, No. 4, pp. 374-384, 1993.
[9]  Sirouspour S., Modeling and control of cooperative teleoperation systems. IEEE Transaction on Robotics, Vol. 21, No. 6, pp. 1220-1225, 2005.
[10]             Mohammadi L., Alfi A.  and Xu B., Robust bilateral control for state convergence in uncertain teleoperation systems with time-varying delay: a guaranteed cost control design. Nonlinear Dynamics, Vol. 88, No. 2, pp. 1413-1426, 2017.
[11]             Shahdi A. and Sirouspour Sh., Adaptive/Robust Control for Time-Delay Teleoperation. IEEE Transaction on  Robotics, Vol. 25, No. 1, pp. 196-205, 2009.
[12]             Sharifi I., Talebi H. A. and Motaharifar M., Robust Output Feedback Controller Design for time-delayed  Teleoperation: experimental results. Asian Journal of Control, Vol. 19, No. 2, pp. 1-11, 2017.
[13]             Sun D., Liao Q.  and Ren H., Type-2 Fuzzy Modeling and Control for Bilateral Teleoperation System with Dynamic Uncertainties and Time-varying Delays. IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 65, No. 1, pp. 447-459, 2017.
[14]             Dinh  T. Q. et al, Sensorless force feedback joystick control for teleoperation of construction equipment. International Journal of Precision Engineering and Manufactring, Vol. 8, No. 7. pp. 955-965, 2017.
[15]             Dyck M., Jazayeri A.  and Tavakoli M., Is the human operator in a teleoperation system passive?. In  IEEE world Haptics Conference, Daejeon, Korea, 2013.
[16]             Hashemzadeh F. and Tavakoli M., Position and force tracking in nonlinear teleoperation system under varying delays. Robotica, Vol. 33, No. 4, pp. 1003-1016, 2015.
[17]             Ganjefar S., Rezaei S. and  Hashemzadeh F., Position and force tracking in nonlinear teleoperation systems with sandwich linearity in   actuators and time-varying delay. Mechanical Systems and Signal Processing, Vol. 86, pp. 308-324, 2017.
[18]             Polushin I. G.  and Marquez H. J.,  Stabilization of bilaterally controlled teleoperators with communication delay. International Journal of  Control, Vol. 76, No. 8, pp. 858-870, 2003.
[19]             Polushin I. G., Liu P. X. and Lung C.-H., A control scheme for stable force-reflecting teleoperation over IP networks. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, Vol. 36, No. 4, pp.  930–939, 2006.
[20]             Lozano R., Chopra N. and Spong M. W., Convergence analysis of bilateral teleoperation with constant human input. In American Control Conference, New York City, USA, 2007.
[21]             Hua C., and Liu P. X., Convergence analysis of teleoperation systems with unsymmetric time-varying delays. IEEE Transaction and Circuits Systems, Vol. 56, No. 3, pp. 240-244, 2009.
 
[22]             Islam SH., Liu P. X., Saddik A. El and Dias J., Bilateral shared autonomous systems with passive and non-passive input forces under time varying delay. ISA Transactions, Vol. 54, pp. 218-228, 2015.
[23]             Islam SH., Liu P. X., Saddik A. El, Nonlinear control for teleoperation systems with time varying delay. Nonlinear Dynamics, Vol.76, pp. 931-954, 2014.
[24]             Ortega R., and Garcia-Canseco E., Interconnection and damping assignment passivity-based control: A survey. European Journal of Control, Vol. 10, pp.432-450, 2004.
[25]             Nocedal J.  and Wright S. J., Numerical Optimization. Springer, 2nd edition, New York, 2006
[26]             Cavusoglu M. C. and Feygin D., Kinematics and Dynamics of Phantom (TM) model 1.5 Haptic Interface. Technological Report. Berkeley: University of California, 2001