طراحي يك كنترل‌كننده سوييچينگ براي كنترل موقعيت ارابه و زاويه يك پاندول معكوس در معرض اغتشاش

Designing a Switching Controller for Controlling Cart Position and Angle of an Inverted Pendulum with Disturbance

در اين مقاله يك روش نوين بر پايه كنترل سوييچينگ مبتني بر دو منطق سوييچينگ شامل شاخص هريس و ناظر فازي در حضور اغتشاش، جهت كنترل موقعيت و زاويه پاندول معكوس پيشنهاد مي‌گردد. شاخص هريس به وسيله‌ي پارامترهاي ماركوف و واريانس خروجي حلقه كنترل يك سيستم قابل محاسبه است. براي آن‌كه بتوان عملكرد سوييچينگ را نشان داد، براي اولين بار از چند كنترل‌كننده متفاوت به‌منظور استفاده از مزاياي آن‌ها در يك سيستم غيرخطي در معرض اغتشاشي با توان متغير، پيشنهاد شده است. طراحي روش پيشنهادي شامل سه مرحله است. ابتدا كنترل‌كننده‌هاي تناسبي- انتگرالي- مشتق‌گير، رگولاتور خطي مرتبه دوم و كنترل مد لغزشي طراحي مي‌گردند. سپس شاخص هريس و در نهايت ناظر فازي طراحي مي‌گردد. وظيفه شاخص هريس انتخاب مناسب‌ترين كنترل‌كننده از ميان كنترل‌كننده‌هاي موجود به‌عنوان منطق سوييچينگ اول است. ناظر فازي، وظيفه نظارت و بهبود عملكرد شاخص هريس را به‌عنوان منطق سوييچينگ دوم بر عهده دارد. نتايج شبيه‌سازي‌هاي عددي نشان مي‌دهد كه روش كنترلي پيشنهادي در هر لحظه و با توجه به تغييرات اغتشاش، كنترل‌كننده مناسب را به‌منظور كنترل سيستم انتخاب مي‌كند كه در نتيجه نسبت به پاسخ يك كنترل‌كننده، دامنه سيگنال كنترلي كمتر، چترينگ كمتري و كاهش حساسيت نسبت به اغتشاش را ايجاد مي‌نمايد.

In this paper, a novel switching control method based on two switching logic contained Harris index and fuzzy supervisor in presence of disturbance is proposed for controlling a cart position and angle of an inverted pendulum. The Harris index is calculated using Markov parameters and output variance of the closed loop system. In order to show the performance of the switching logic, simultaneous usage of advantages of several different controllers in a control loop of a nonlinear systems subject to disturbance with variable power is proposed for the first time. The designing stages of proposed method include three steps. First, proper controllers including proportional–integral–derivative, linear quadratic regulator and sliding mode control have been designed. Then, Harris index and finally the fuzzy supervisor are also designed. The Harris index is determined in order to choose the proper controller as first switch logic. The fuzzy supervisor is designed to improve and supervision on performance of Harris index as second switching logic. Numerical Simulation results show that the proposed method at any moment due to changes disturbance, choose the best controller and it can reduce chattering, domain of control signal and sensitivity to disturbance.