طراحی کنترل کننده مد لغزشی ترمینال فازی تطبیقی مرتبه کسری برای ربات اُرتِز مفصل زانو

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه کنترل، دانشگاه صنعتی همدان، همدان 65155، ایران

2 گروه مهندسی برق، دانشگاه صنعتی همدان، همدان، ایران

چکیده

ربات‌های توانبخشی و کمک‌ کننده به دلیل افزایش تعداد سالمندان و افزایش بیماری‌هایی مانند سکته های مغزی و آسیب‌های نخاعی و همچنین هزینه‌های بالای توانبخشی توجه بسیاری را به خود جلب کرده اند. در این مقاله یک کنترل کننده مد لغزشی ترمینال فازی تطبیقی مرتبه کسری برای ربات اُرتِز مفصل زانو پیشنهاد می‌شود. یک مدل یکپارچه‌ ساق پا و اُرتِز که براساس معادلات لاگرانژ است، مورد استفاده قرار می گیرد. برای غلبه بر نامعینی‌ها و اغتشاشات خارجی یک کنترل‌ کننده مد لغزشی ترمینال مرتبه کسری طراحی می‌شود، اما استفاده از آن منجر به ایجاد پدیده نامطلوب چترینگ در سیگنال کنترل خواهد شد. برای حذف پدیده چترینگ در سیگنال کنترل یک کنترل‌ کننده فازی تطبیقی مرتبه کسری طراحی می گردد. برای افزایش دقت و سرعت ردیابی و کاهش نامعینی در مدلسازی گشتاور عضلانی، یک مشاهده‌گر اغتشاش غیر‌خطی با کنترل-کننده مدلغزشی ترمینال مرتبه کسری ترکیب می‌شود. پایداری سیستم حلقه بسته با استفاده از تعمیم جدید تئوری لیاپانوف برای سیستم های مرتبه کسری اثبات می‌شود. از الگوریتم بهینه سازی PSO برای تعیین ضرایب کنترل‌کننده مدلغزشی ترمینال فازی تطبیقی مرتبه کسری و ضرایب توابع عضویت فازی استفاده می‌شود. در نهایت عملکرد کنترل کننده پیشنهادی با کنترل‌کننده مد لغزشی مرسوم و PID مقایسه می شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Fractional order adaptive fuzzy terminal sliding mode controller design for a knee joint orthosis

نویسندگان [English]

  • Hadi Delavari 1
  • Royaa Jokar 2
1 Department of Electrical Engineering, Hamedan University of Technology, Hamedan, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Hamedan University of Technology
چکیده [English]

Rehabilitation and assistive robots have drawn a large amount of interest, related to the increase of the elderly and the increase in diseases such as stroke and spinal cord injuries as well as the high cost of rehabilitation. In this paper, a fractional order adaptive fuzzy terminal sliding mode control is proposed for a knee joint orthosis. A model integrating the human lower-limb and orthosis based on the Lagrange equations is used. To overcome the uncertainties and external disturbances, a fractional order terminal sliding mode control is designed, then in order to remove the undesirable chattering phenomenon in control signal, a fractional order adaptive fuzzy controller is designed. To improve the precision and speed of tracking and to decrease the effect of the uncertainties in muscular torque modeling on the system control, a nonlinear disturbance observer is combined with fractional order terminal sliding mode control. The stability of closed loop system is proved by new fractional order extention of Lyapunov theorem. The PSO algorithm is used to determine the coefficients of the adaptive fuzzy terminal sliding mode control and the fuzzy membership functions. Finally, the performance of the proposed controller is compared with conventional sliding mode control and PID control.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Knee joint orthosis
  • fractional calculus
  • adaptive fuzzy control
  • terminal sliding mode control