كنترل بهينه تطبيقي مد لغزشي فراپيچشي مبتني بر معيار پايداري نقطه گشتاور صفر براي ربات اسكلت خارجي پايين تنه

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

اغتشاش و عدم قطعيت با دامنه نامعلوم يكي از مهمترين عواملي است كه عملكرد صحيح ربات‌هاي اسكلت خارجي را با مشكل مواجه كرده است. يكي از روش‌هاي كنترلي مقاوم در برابر اغتشاشات، مد لغزشي بوده كه با بكارگيري لايه مرزي به منظور مقابله با پديده چترينگ، عملكرد مقاوم آن تضعيف مي‌شود. براي مقابله با اين مشكل، الگوريتم‌هاي كنترلي مرتبه بالا مانند مد لغزشي فراپيچشي پيشنهاد شده كه بدون در نظر گرفتن لايه مرزي، پديده چترينگ را تا حدودي كاهش مي‌دهند. در اين مقاله، يك كنترل كننده مد لغزشي فراپيچشي تطبيقي بهينه براي ربات اسكلت خارجي پايين تنه پيشنهاد شده است كه در آن متغير لغزشي و مشتقات آن به صورت پيوسته در حضور اغتشاش محدود با دامنه نامعلوم به سمت صفر ميل مي‌كنند. همچنين مسير مطلوب مفصل بالا تنه ربات به‌گونه‌اي تعيين شده است كه در هر لحظه پايداري ربات بر اساس معيار نقطه گشتاور صفر حاصل شده است. به‌منظور دستيابي به حداكثر پايداري و كمترين خطا در تعقيب مسيرهاي مطلوب مفاصل ربات، پارامترهاي كنترل‌كننده پيشنهادي و پارامترهاي مسير مطلوب بالا تنه، به كمك الگوريتم جستجوي هارموني بهينه شده‌است. به منظور اعتبارسنجي ربات در نرم افزار آدامز مدل شده و سپس ورودي‌هاي كنترلي به مدل استخراج شده از نرم‌افزار آدامز اعمال شده است. در نهايت عملكرد دو كنترل‌گننده با هم مقايسه شده است كه نتايج بيانگر برتري روش كنترلي پيشنهادي نسبت به كنترل‌كننده مد لغزشي بهينه را نشان داده است.

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.