کنترل‌کننده مقاوم مود لغزشی تطبیقی امپدانسی زمان محدود بدون وزوز سیستم کنترل از راه دور در حضور تأخیر تصادفی
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوترابوالفضل کمالی اردکانی 1 , هادی صفدرخانی 2 *
1 - دانشگاه یزد،دانشكده مهندسي برق
2 - دانشگاه یزد،دانشكده مهندسي برق
کلید واژه: تأخیر تصادفی, سیستم کنترل از راه دور, کنترل امپدانس تطبیقی, کنترل مود لغزشی,
چکیده مقاله :
یکی از زمینه‌های بسیار کاربردی و مرتبط در علم رباتیک، موضوع کنترل از راه دور ربات‌ها می‌باشد. اغلب ساختارهای کنترلی سیستم‌های کارکرد از راه دور، به دنبال دستیابی هم‌زمان به شفافیت و پایداری می‌باشند که با وجود در نظر گرفتن نامعینی و اغتشاشات در سیستم و تأخیر تصادفی در کانال ارتباطی، دستیابی هم‌زمان به این دو هدف بسیار چالش‌برانگیز است. تا کنون بسیاری از محققان اطلاعات موقعیت، سرعت، نیرو یا امپدانس را برای ارائه روش‌های متنوع کنترلی به کار گرفته‌اند، اما در هیچ یک از این روش‌ها دستیابی به شفافیت کامل و پایداری مقاوم در حضور تأخیر تصادفی و نامعینی‌ها و اغتشاشات فراهم نشده و باید بین این دو هدف، مصالحه‌ای صورت گیرد. در این مقاله با استفاده از روشی نوین، یک ساختار کنترلی شامل کنترل مود لغزشی، کنترل تطبیقی و کنترل امپدانس ارائه شده است. این روش توسط نرم‌افزار Matlab و در محیط Simulink شبیه‌سازی گردیده و نشان داده شده که این روش، قادر است شفافیت ایده‌آل را برقرار کند و در حضور تأخیر تصادفی و وجود اغتشاشات و نامعینی‌ها پایداری مقاوم را نیز تضمین کند.
Remote control of robots is one of the most relevant and practical fields in robotics. Most of the control structures of remote operation systems seek to achieve transparency and stability at the same time, which the simultaneous achievement of the both, considering the uncertainty and disturbances in the system and random delay in the communication channel is very challenging. So far, many researchers have used position, speed, force or impedance information to provide various control methods, but none of these methods have achieved complete transparency and robust stability in the presence of random delay and uncertainties and disturbances and compromises between them should be made. In this paper, using a new method, a control structure including sliding mode control, adaptive control and impedance control is presented. This method has been simulated by Simulink of MATLAB software and it has been shown that this method is able to establish ideal transparency and ensure robust stability in the system with disturbances and uncertainties in the presence of random delay in the network.
[1] G. Niemeyer and J. J. Slotine, "Stable adaptive teleoperation," IEEE J. of Oceanic Engineering, vol. 16, no. 1, pp. 152-162, Jan. 1991.
[2] D. Sun, F. Naghdy, and H. Du, "Application of wave-variable control to bilateral teleoperation systems: a survey," Annual Reviews in Control, vol. 38, no. 1, pp. 12-31, Jan. 2014.
[3] R. J. Anderson and M. W. Spong, "Bilateral control of teleoperators with time delay," IEEE Trans. on Automatic Control, vol. 34, no. 5, pp. 494-501, May 1989.
[4] س. ک. حسینی ثانی، ح. مومنی و ف. جنابی شریفی، "طراحی کنترل‌کننده تطبیقی مدل مرجع برای سیستم حرکت از راه دور با فیدبک از خروجی پیش‌بینی شده،" نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران، سال 3، شماره 2، صص. 102-96، پاییز و زمستان 1384.
[5] ا. امین‌زاده قوی‌فکر، "تحلیل پایداری نمایی سیستم‌های کنترل از راه دور خطی گسسته با نمونه‌برداری غیر یکنواخت،" نشریه مهندسی برق و مهندسی کامپیوتر ایران، الف- مهندسی برق، سال 15، شماره 3- الف، صص. 193-185، پاییز 1396.
[6] D. A. Lawrence, "Stability and transparency in bilateral teleoperation," IEEE Trans. on Robotics and Automation, vol. 9, no. 5, pp. 624-637, Oct. 1993.
[7] L. Ramos and P. Wilianson, "Desarrollo de una Plataforma en Android para Teleoperacion de un Sistema Robotico en Seguridad de Empresas y Almacenes," 2019.
[8] F. Huang, et al., "RBFNN-based adaptive sliding mode control design for nonlinear bilateral teleoperation system under time-varying delays," IEEE Access, vol. 7, pp. 11905-11912, Jan. 2019.
[9] Y. J. Pan, C. Canudas-de-Wit, and O. Sename, "Predictive controller design for bilateral teleoperation systems with time varying delays," in Proc. IEEE Conf. on Decision and Control, CDC’04, vol. 4, pp. 3521-3526, Nassau, Bahamas,14-17 Dec. 2004.
[10] J. H. Park and H. C. Cho, "Sliding-mode controller for bilateral teleoperation with varying time delay," in Proc. IEEE/ASME Int. Conf. on Advanced Intelligent Mechatronics, pp. 311-316, Atlanta, GA, USA, Sept. 1999.
[11] S. Mobayen, D. Baleanu, and F. Tchier, "Second-order fast terminal sliding mode control design based on LMI for a class of non-linear uncertain systems and its application to chaotic systems," J. of Vibration and Control, vol. 23, no. 18, pp. 2912-2925, Oct. 2017.
[12] H. C. Cho and J. H. Park, "Stable bilateral teleoperation under a time delay using a robust impedance control," Mechatronics, vol. 15, no. 5, pp. 611-625, Jun. 2005.
[13] A. Monemian Esfahani, et al., "Robust impedance control of a teleoperation system with friction compensation under time delay," in Proc. ASME Int. Mechanical Engineering Congress and Exposition, vol. 43833, pp. 199-207, Madrid, Spain, June 11-13, 2008.
[14] L. G. Garcla-Valdovinos, V. Parra-Vega, and M. A. Arteaga, "Observer-based sliding mode impedance control of bilateral teleoperation under constant unknown time delay," Robotics and Autonomous Systems, vol. 55, no8 pp. 609-617, Aug. 2007.
[15] E. Olguln-Dlaz, V. Parra-Vega, L. G. Garcla-Valdovinos, and V. de Paul Garcla-Alvizu, "Design parametrization for dynamically similar delayed teleoperation systems," in Proc. Informatics in Control Automation and Robotics, vol. 85,. 143-155, 2011.
[16] Y. Wang, G. Luo, L. Gu, and X. Li, "Fractional-order nonsingular terminal sliding mode control of hydraulic manipulators using time delay estimation," J. of Vibration and Control, vol. 22, no. 19, pp. 3998-4011, Nov. 2016.
[17] Y. Xia, J. Zhang, K. Lu, and N. Zhou, "Finite-time attitude control of multiple rigid spacecraft using terminal sliding mode," in Finite Time and Cooperative Control of Flight Vehicles, vol. 32, pp. 215-231, 2019.
[18] Z. Wang, Y. Sun, and B. Liang, "Synchronization control for bilateral teleoperation system with position error constraints: a fixed-time approach," ISA Trans., vol. 93, pp. 125-136, Oct. 2019.
[19] P. Alinaghi Hosseinabadi, A. Soltani SharifAbadi, S. Mekhilef, and H. R. Pota, "Chattering-free trajectory tracking robust predefined-time sliding mode control for a remotely operated vehicle," J. of Control, Automation and Electrical Systems, vol. 31, no. 5, pp. 1177-1195, Oct. 2020.
[20] A. Vafaei and M. J. Yazdanpanah, "Terminal sliding mode impedance control for bilateral teleoperation under unknown constant time delay and uncertainties," in Proc. European Control Conf., ECC’13, pp. 3748-3753, Zurich, Switzerland, 17-19 Jul. 2013.
[21] P. Buttolo, P. Braathen, and B. Hannaford, "Sliding control of force reflecting teleoperation: preliminary studies," Presence: Teleoperators & Virtual Environments, vol. 3, no. 2, pp. 158-172, Spring 1994.
[22] M. Guiatni, A. Kheddar, and H. Melouah, "Sliding mode bilateral control and four channels scheme control of a force reflecting master/slave teleoperator," in Proc. IEEE Int Conf. Mechatronics and Automation, vol. 3, pp. 1660-1665, Niagara Falls, Canada, 29 Jul.-1 Aug. 2005.
[23] م. آزادگان، کنترل سیستم کارکرد از راه دور در حضور تأخیر متغیر با زمان به روش مود لغزشی، پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد، دانشکده برق و کامپیوتر دانشگاه تربیت مدرس، 1389.