کنترل بهینه تطبیقی مد لغزشی فراپیچشی مبتنی بر معیار پایداری نقطه گشتاور صفر برای ربات اسکلت خارجی پایین تنه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 هیئت علمی/ دانشگاه شهید بهشتی پردیس فنی عباسپور

3 دانشجوی دکتری، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران،

10.22060/mej.2019.16292.6321

چکیده

اغتشاش و عدم قطعیت با دامنه نامعلوم یکی از مهمترین عواملی است که عملکرد صحیح ربات‌های اسکلت خارجی را با مشکل مواجه کرده است. یکی از روش‌های کنترلی مقاوم در برابر اغتشاشات، مد لغزشی بوده که با بکارگیری لایه مرزی به منظور مقابله با پدیده چترینگ، عملکرد مقاوم آن تضعیف می‌شود. برای مقابله با این مشکل، الگوریتم‌های کنترلی مرتبه بالا مانند مد لغزشی فراپیچشی پیشنهاد شده که بدون در نظر گرفتن لایه مرزی، پدیده چترینگ را تا حدودی کاهش می‌دهند. در این مقاله، یک کنترل کننده مد لغزشی فراپیچشی تطبیقی بهینه برای ربات اسکلت خارجی پایین تنه پیشنهاد شده است که در آن متغیر لغزشی و مشتقات آن به صورت پیوسته در حضور اغتشاش محدود با دامنه نامعلوم به سمت صفر میل می‌کنند. همچنین مسیر مطلوب مفصل بالا تنه ربات به‌گونه‌ای تعیین شده است که در هر لحظه پایداری ربات بر اساس معیار نقطه گشتاور صفر حاصل شده است. به‌منظور دستیابی به حداکثر پایداری و کمترین خطا در تعقیب مسیرهای مطلوب مفاصل ربات، پارامترهای کنترل‌کننده پیشنهادی و پارامترهای مسیر مطلوب بالا تنه، به کمک الگوریتم جستجوی هارمونی بهینه شده‌است. به منظور اعتبارسنجی ربات در نرم افزار آدامز مدل شده و سپس ورودی‌های کنترلی به مدل استخراج شده از نرم‌افزار آدامز اعمال شده است. در نهایت عملکرد دو کنترل‌گننده با هم مقایسه شده است که نتایج بیانگر برتری روش کنترلی پیشنهادی نسبت به کنترل‌کننده مد لغزشی بهینه را نشان داده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Optimal adaptive super-twisting sliding mode control base on zero momentum point stability criterion of a lower limb exoskeleton

نویسندگان [English]

  • majid mokhtari 1
  • Mostafa Taghizadeh 2
  • mahmood mazare 3
1 School of Mechanical engineering, ShahidBeheshti University, Tehran, Iran
2 shahid beheshti university
3 School of Mechanical Engineering, ShahidBeheshtiUniversity, Tehran, Iran.
چکیده [English]

Disturbance and bounded uncertainty are the most important factors which can be degrade efficient performance of the lower limb exoskeleton. While sliding mode control is a robust control approach against such disturbances, however, by applying the boundary layer in spite of chattering phenomenon, robust performance becomes feeble. In order to overcome this drawback, high order sliding mode algorithms like supper twisting has been proposed in which, chattering phenomenon is mitigated by eliminating the boundary layer. In this paper, an adaptive supper twisting sliding mode control is proposed for a lower limb exoskeleton robot in which the sliding variable and its derivative tend to zero continuously in presence of the disturbance and bounded uncertainty. In addition, the desired trajectory of the upper limb is determined so that in each moment the stability of the robot is guaranteed based on zero momentum point criterion. To achieve maximum stability and minimum error in tracking of the desired trajectories, the controller parameters and the upper limb desired trajectory parameters are optimized using the Harmony Search algorithm. Robot is modeled in ADAMS and then control inputs are applied to the Adams model. Finally, Performance of two controllers is compared. Simulation results reveal the performance of the proposed controller is better than the optimal sliding mode controller.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Exoskeleton
  • Adaptive control
  • Super-twisting sliding mode control
  • HSA algorithm
  • ZMP