Trajectory tracking of under-actuated nonlinear dynamic robots: Adaptive fuzzy hierarchical terminal sliding-mode control

در سال هاي اخير، تعقيب مسير در سيسنم هاي ديناميكي غيرخطي زيرفعال مانند روبات هاي فضايي و عملگرهاي انعطاف پذير به دليل نياز به محاسبات پيچيده توسط كنترل مد لغزشي سلسله مراتبي مورد بررسي قرار گرفته است. با اين حال، امكان به وقوع پيوستن پديده ي ناپايداري به خصوص در كاربري-هاي طولاني مدت وجود دارد. در اين پژوهش، روش طراحي نويني از كنترل كننده ي مد لغزشي ترمينال سلسله مراتبي فازي تطبيقي ارايه شده است. سطوح لايه هاي لغزشي زيرسيستم ها، ساختار سلسله مراتبي روش حاضر را تشكيل مي دهند كه در آن، لايه ي بالايي تمامي سطوح لغزشي زيرسيستم ها را شامل مي شود. همچنين، از مود لغزشي ترمينال در هر لايه جهت اطمينان از همگرايي پاسخ به صفر در زمان محدود و نيز براي كاهش اغتشاشات استفاده شده است. به علاوه، مدل هاي فازي برخط نيز براي تقريب زدن دو تابع ديناميكي غيرخطي سيستم به كار گرفته شده اند. درنهايت، مثالي شبيه سازي شده از يك آونگ معكوس به منظور اثبات كارآيي و مقاومت كنترل كننده ي ارايه شده آورده شده است.

Under-actuated nonlinear dynamic systems trajectory tracking, such as space robots and manipulators with structural flexibility, has recently been investigated for hierarchical sliding mode control since these systems require complex computations. However, the instability phenomena possibly occur especially for long-term operations. In this paper, a new design approach of an adaptive fuzzy hierarchical terminal sliding-mode controller (AFHTSMC) is proposed. The sliding surfaces of the subsystems construct the hierarchical structure of the proposed method in which the top layer includes all of the subsystems’ sliding surfaces. Moreover, a terminal-sliding mode has been implemented in each layer to ensure the error convergence to zero in finite time besides chattering reduction. In addition, online fuzzy models are employed to approximate the two nonlinear dynamic system’s functions. Finally, a simulation example of an inverted pendulum is proposed to confirm the effectiveness and robustness of the proposed controller.