Abstract
Control of an industrial robot includes nonlinearities, uncertainties and external perturbations that should be considered in the design of control laws. This paper presents a control strategy for robot manipulators, based on the coupling of the fuzzy logic control with the so-called sliding mode control, SMC, approach. The motivation for using SMC in robotics mainly relies on its appreciable features, such as design simplicity and robustness. Yet, the chattering effect, typical of the conventional SMC, can be destructive. In this paper, this problem is suitably circumvented by adopting an adaptive fuzzy sliding mode control, AFSMC, approach with a proportional-integral-derivative, PID sliding surface. For this proposed approach, we have used a fuzzy logic control to generate the hitting control signal. Moreover, the output gain of the fuzzy sliding mode control, FSMC, is tuned on-line by a supervisory fuzzy system, so the chattering is avoided. The stability of the system is guaranteed in the sense of the Lyapunov stability theorem. Numerical simulations using the dynamic model of a 3 DOF planar rigid robot manipulator with uncertainties show the effectiveness of the approach in trajectory tracking problems. The simulation results that are compared with the results of conventional SMC with PID sliding surface indicate that the control performance of the robot system is satisfactory and the proposed AFSMC can achieve favorable tracking performance, and it is robust with regard to uncertainties and disturbances
چکیده
کنترل یک روبات صنعتی شامل ترمهای غیرخطی، نایقینی و آشفتگیهای خارجی میشود که بایستی در طراحی قانونهای کنترلی مدنظر قرار گیرند. این مقاله به ارائهی یک استراتژی کنترلی برای بازوهای روبات براساس اتصال کنترل منطق فازی و کنترل مد لغزشی، SMC، میپردازیم. انگیزهی استفاده از SMC در روباتیک بطور عمده بخاطر مشخصههای تحسینآمیز آن همچون سادگی طراحی و مقاوم بودن است. با این وجود، تاثیر chattering ، بخصوص در SMC های نوعی میتواند مخرب باشد. در این مقاله، مسئله با تطبیقسازی یک کنترل مد لغزشی فازی تطبیقی، AFSMC، با یک سطح لغزشیPID برطرف شده است. برای این روش پیشنهاد شده، از یک کنترل منطق فازی جهت تولید سیگنال کنترل ضربهای استفاده کردهایم. علاوه برآن، گین خروجی کنترل مد لغزشی فازی، FSMC، توسط یک سیستم فازی نظارتی بصورت روی خط تنظیم میشود تا از chattering جلوگیری کند. پایداری سیستم از لحاظ قضیهی پایداری لیاپانوف تضمین میشود. شبیهسازیهای عددی با استفاده از مدل دینامیکی یک بازوی روبات صلب مسطح با سه درجهی آزادی با وجود نایقینی موثر بودن این روش در مسائل ردیابی مسیر را نشان میدهد. مقایسهی نتایج این شبیهسازیها با آنچه که از SMC های معمولی با سطح لغزشی PID بدست آمدهاند، نشان میدهند که کارایی کنترل سیستم روبات مطلوب بوده و AFSMC پیشنهاد شده میتواند ردیابی مسیر موردنظر ار برآورده ساخته و در برابر نایقینیها و اغتشاشات مقاوم است.
1- مقدمه
کنترل حرکت بازوهای روبات صلب اساسا به دلیل وجود ترمهای غیرخطی و اثرات کوپلینگ نوعی در سیستمهای روباتیک کار مشکلی است. روشهای متفاوتی همچون خطیسازی فیدبک ، کنترل پیشبین مدل و کنترل مد لغزشی برای حل این مسئله دنبال شدهاست. در زمینهی روباتیک، خطیسازی فیدبک بوسیلهی کنترل دینامیک معکوس صورت میپذیرد. در ...، کنترل گشتاور محاسبهشده براساس خطیسازی فیدبک توسعه یافتهاست. به هرحال این طراحیهای هنگامی امکانپذیر است که دینامیکهای روبات مشخص باشند. روشهای کنترل تطبیقی را میتوان جهت مواجهه با دینامیکهای ناشناختهی روبات بکار گرفت. در این روشها، پارامتریزهسازی خطی بایستی لحاظ شود، بدان معناکه پارامترهای ناشناخته بایستی بصورت خطی باشند. علاوه براین، پارامترهای ناشناخته باید ثابت بوده یا به آهستگی تغییر کنند. به هرحال، اگر سیستمهای دینامیک روباتیک غیرخطی، با کوپلینگ بالا، و متغیر با زمان باشند، خاصیت پارامتریزه کردن خطی ممکن است کاربردی نباشد.
بعلاوه پیادهسازی نیز به یک دانش دقیق از ساختار مدل دینامیکی احتیاج دارد. در حالت کلی، نایقینیهایی همچون بار مفید متغیر، بخش غیرخطی، اغتشاش ناشناخته، و جزء فرکانس بالای دینامیکها ممکن است در سیستمهای روباتیک کاربردی شناخته شده نباشند. بنابراین لازم است تا این اثرات که شامل هم نایقینیهای ساختار یافته(پارامتریک) وهم نایقینیهای ساختار نیافته (دینامیکهای مدل نشده) میشود، در نظر بگیریم....