كنترل نيروي فعال تركيبي مد لغزشي PID فراپيچشي يك ربات اسكلت خارجي پايين تنه

Hybrid Active Force Control of Super-Twisting PID Sliding Mode Technique of a Lower Limb Exoskeleton

مقابله با اغتشاشات و عدم قطعيت هاي سيستم و همچنين تعقيب مسيرهاي مرجع از اساسي ترين مسائل در كنترل ربات هاي اسكلت خارجي پايين تنه است. از كنترل كننده هاي مقاومي كه در كنترل ربات هاي اسكلت خارجي مي توان از آن استفاده كرد، كنترل كننده PID مد لغزشي (PIDSMC) است. اين كنترل كننده با تعريف سطح لغزش كنترل كننده مد لغزشي بر مبناي كنترل كننده PID حاصل شده و از مهم ترين مشكل ات كنترل كننده PIDSM وجود پديده چترينگ است. براي حذف پديده چترينگ در كنترل كننده PIDSM از يك لايه مرزي در اطراف سطح لغزش استفاده مي شود. در اين حالت نه تنها پديده چترينگ به طور كامل حدف نمي شود بلكه ميزان مقاومت كنترل كننده نيز كاهش مي يابد. در اين مقاله براي حذف پديده چترينگ و افزايش مقاومت سيستم از كنترل كننده PID مد لغزشي فراپيچشي (STPIDSM) استفاده شده است. در اين حالت كنترل كننده ذاتا و بدون تعريف لايه مرزي، پديده چترينگ را با حفظ مقاومت سيستم كاهش مي دهد. همچنين به منظور مقابله با اغتشاشات و عدم قطعيت هاي با دامنه نامعلوم سيستم، روش تطبيقي كنترل فعال نيرو به عنوان حلقه اصلاحي ورودي كنترلي با كنترل كننده STPIDSM تركيب شده است. در روش كنترل فعال نيرو، ورودي كنترلي در هر لحظه بر مبناي تخمين ممان اينرسي لينك هاي ربات اصلاح مي شود. براي دستيابي به حداكثر كارآيي، پارامترهاي كنترل كننده پيشنهادي به كمك روش بهينه سازي جستجوي هارموني به صورت بهينه تعيين شده اند. عملكرد روش كنترلي ارائه شده با كنترل كننده STPIDSM بهينه مقايسه شده است. نتايج حاصل، بيانگر كاهش سه معيار خطاي ITAE، ITASE و IASE براي روش كنترلي پيشنهادي به ترتيب به ميزان 39، 48 و 66% نسبت به كنترل كننده STPIDSM است.

Reference trajectory tracking and guarding against system disturbances and uncertainties are the important factors in the realm of lower limb exoskeleton robots control. Sliding mode PID is one of the robust controllers, which has a sliding manifold in the form of the PID controller. Chattering is the substantial predicament of the PIDSMC so that boundary layer around the sliding manifold is applied to eliminate the phenomenon. In this step, not only the chattering phenomenon is not eliminated but the robustness of the controller is also mitigated. In this study, supper twisting PID sliding mode controller (STPIDSMC) was used to eradicate the chattering phenomenon and enhancing controller robustness. The STPIDSMC robustness is protected indigenously and without defining the boundary layer, and the chattering phenomenon is reduced. Furthermore, to meet the external disturbances and uncertainties with unlimited amplitude, adaptive active force control method is combined by STPIDSMC as a modifying input control loop. In the active force control approach, the control input is online modified based on the estimation of moment inertia of the robot links. In order to accomplish maximum performance, control parameters were optimized using harmony search algorithm. In the optimal state, the performance of the proposed controller has been compared with PIDSMC and STPIDSMC that revealed the priority of the proposed controller rather than other controllers. The results indicate that the three error criteria, ITAE, ITASE, and IASE experience significant reduction about 39, 48, and 66 percent respectively compared to STPIDSM.