كنترل تحمل‌ پذير عيب فعال بر مبناي رهيافت مد لغزشي ترمينال انتگرالي غيرتكين پسگام تطبيقي

Active fault tolerant control based on adaptive back-stepping nonsingular fast integral terminal sliding mode approach

در اين مقاله، كنترل فعال تحمل‌پذير عيب زمان محدود بر مبناي روش كنترل تطبيقي پسگام غيرتكين مد لغزشي ترمينال سريع انتگرالي به منظور كنترل يك ربات اسكلت خارجي پايين تنه در حضور عيب عملگر ارائه شده است. براي شناسايي و ايزوله‌كردن عيب عملگر، از روئيت‌گر مد لغزشي فراپيچشي مرتبه سوم استفاده شده است. براي حذف پديده چترينگ در كنترل مد لغزشي معمولي، الگوريتم مد لغزشي فراپيچشي بكار گرفته شده است كه منجر به همگرايي زمان محدود و دقت بالا در رديابي مسيرهاي مرجع مي‌شود. ترم پسگام اين كنترل‌كننده نيز پايداري عمومي بر اساس معيار لياپانوف را تضمين خواهد كرد. همچنين از حركت لينك كمر براي ايجاد پايداري بر اساس معيار نقطه گشتاور صفر استفاده شده است. براي دستيابي به پايداري حداكثري ربات بر اساس معيار نقطه گشتاور صفر، كمترين خطا در تعقيب مسيرهاي مطلوب مفاصل ربات و افزايش قابليت سيستم در تحمل عيب عملگر، پارامترهاي كنترل‌كننده پيشنهادي، پارامترهاي مسير مطلوب بالاتنه و پارامترهاي رويتگر به كمك الگوريتم جستجوي هارموني بهينه شده است. عملكرد كنترل‌كننده پيشنهادي با عملكرد كنترل‌كننده مد لغزشي معمولي با و بدون حلقه تشخيص عيب مقايسه شده است. نتايج شبيه‌سازي برتري كنترل‌كننده پيشنهادي را در حضور عيب عملگر نسبت به كنترل‌كننده‌هاي ديگر نشان مي‌دهد.

In this paper, finite-time active fault tolerant control based on adaptive back-stepping nonsingular fast integral terminal sliding mode control is proposed to control a lower limb exoskeleton in the presence of actuator fault. In order to detect, isolate and accommodate the actuator fault, a third-order super twisting sliding mode observer is used. To eliminate the chattering of conventional sliding mode, supper twisting sliding mode algorithm is applied, which leads to finite-time convergence and high precision in tracking the desired trajectories. Back-stepping term guarantees global stability based on Lyapunov theory. Upper limb motion is used to provide stability to robot's motion based on zero-moment point criterion. In order to attain maximum stability based on zero-moment point, minimize error in tracking the desired trajectories, increase the tolerance of the controller against actuator fault, controller, observer and upper limb trajectory parameters are optimally tuned based on harmony search algorithm. Performance of the proposed controller is compared with the performance of sliding mode controller with/without fault information. Simulation results reveal the effectiveness of the proposed controller in the presence of actuator fault, uncertainty and disturbance in comparison with sliding mode controller.