طراحي كنترلگر مقاوم براي سيستم عمل از دور غيرخطي با روش انفعال محور

Robust Controller Design for Nonlinear Teleoperation System Using Passivity-based Scheme

اين مقاله يك رويكرد جديد براي طراحي كنترل­كنندة مقاوم براي سيستم عمل از دور ارائه مي­كند؛ در مدل غيرخطي سيستم، نامعيني­هاي پارامتري و در كانال ارتباطي، تأخير متغير وجود دارد و رباتها با عملگر انساني و محيط غيرمنفعل در تماس هستند. ابتدا ساختار قانون كنترل غيرخطي بر مبناي روش انفعال محور براي سيستم نامي طراحي مي­شود. سپس، به منظور تنظيم پارامترهاي كنترل­ كننده، با استفاده از قضيه لياپانف -كرازوفسكي، شرايط كافي براي پايداري مجانبي مقاوم سيستم به صورت ناتساوي هاي ماتريسي استخراج مي­شود. همچنين، با تعريف شاخص عملكرد مناسب، پارامترهاي كنترل كننده چنان تعيين ميشوند كه ضمن حفظ پايداري مقاوم، خطاي رديابي موقعيت به حداقل برسد. مهمترين مزاياي روش ارائه شده عبارتند از: اول، كنترل­كننده ارائه شده داراي ساختار ثابت است كه به سادگي قابل پياده سازي عملي است. دوم، پايداري مجانبي سيستم بدون هيچ نيازي به وجود قسمت منفعل در مدل ديناميكي نيروهاي تماسي غيرمنفعل تضمين مي­شود. نتايج شبيه سازي سيستم عمل از دور سه درجه آزادي، با يك روش رقيب مقايسه ميشود تا مزاياي روش پيشنهادي روشن شود.

This paper presents a novel scheme for robust controller design for teleoperation system; there are parametric uncertainties in nonlinear model and varying time-delay in the communication channel, and robots are in contact with non-passive human operator and environment. First, the structure of nonlinear control law is designed for nominal system utilizing the Passivity Based Control (PBC) scheme. Then, using the Lyapunov-Krasovskii (LK) theorem, sufficient conditions are derived for robust asymptotic stability of system in terms of matrix inequalities to tune controller parameters. Also, by definition of an appropriate performance criterion, controller parameters are obtained to minimize the position tracking errors besides guaranteed robust stability. The contributions of the proposed method are twofold. First, the developed controller is fixed-structure which can be implemented easily in practice. Second, the asymptotic stability of system is assured without any requirement for existence of passive part in the dynamical model of non-passive interaction forces. Simulation results of 3-dof teleoperation system are compared to a rival method to demonstrate the advantages of the suggested method.