Sliding mode control to stabilization of nonlinear underactuated mechanical systems

• Autorzy: Saidi Imen , Touati Nahla

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2021.07.21

Warianty tytułu

PL

Sterowanie w trybie ślizgowym do stabilizacji nieliniowych układów mechanicznych o niedostatecznym uruchomieniu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper, a sliding mode control was applied to a particular underactuated mechanical system, the inertia wheel inverted pendulum. This mechanical system presents strong non-linearities and instabilities in its dynamic modeling. The technique found for control by sliding mode is very easy to implement, it presents a simple control algorithm which can be easily implemented in a real time system. The simulation results obtained are very interesting, they show the efficiency of the proposed approach and that it has good performance in terms of robustness and stability of convergence both for stabilization and for the rejection of external point disturbances to the system.

PL

W tym artykule, sterowanie trybem ślizgowym zostało zastosowane do konkretnego niedostatecznie uruchamianego układu mechanicznego, odwróconego wahadła koła bezwładności. Ten układ mechaniczny wykazuje silne nieliniowości i niestabilności w modelowaniu dynamicznym. Technika sterowania w trybie przesuwnym jest bardzo łatwa do wdrożenia, przedstawia prosty algorytm sterowania, który można łatwo zaimplementować w systemie czasu rzeczywistego. Uzyskane wyniki symulacji są interesujące, pokazują skuteczność proponowanego podejścia oraz dobre wyniki w zakresie odporności i stabilności zbieżności zarówno dla stabilizacji, jak i dla zewnętrznych zakłóceń punktowych do systemu.

Słowa kluczowe

EN

underactuated system; inertia wheel inverted pendulum; sliding mode control

PL

niedostatecznie uruchamiany system; odwrócone wahadło koła bezwładności; sterowanie w trybie ślizgowym

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 97, nr 7
• Strony: 106--109
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Saidi Imen

• University of Tunis El Manar Tunis, Tunisia. Automatic Research Laboratory, LA.R. A, National Engineering School of Tunis

• https://orcid.org/0000-0001-7366-3022

autor

Touati Nahla

• University of Tunis El Manar Tunis, Tunisia. Automatic Research Laboratory, LA.R. A, National Engineering School of Tunis

• https://orcid.org/0000-0002-1449-8001

Bibliografia

• [1] De Luca A., Mattone R., Oriolo G., Stabilization of underactuated planar 2R manipulator, International Journal of Robust and Nonlinear Control, 10 (2000), nr 4, 181-198.
• [2] Tahar M., Zemalache K. M. , Omari A., Control of an underactuated X4-flyer using integral backstepping controller, Przegląd Elektrotechniczny, 87 (2011), nr 10, 251-256.
• [3] Ortega R., Spong M., Gomez-Estern F., Blankenstein G., Stabilization of a class of underactuated mechanical systems via interconnection and damping assignment, IEEE Transactions on Automatic Control, 48 (2002), nr 8, 1218-1233.
• [4] Liu, P., Huda, M. N., Sun, L., Yu, H., A survey on underactuated robotic systems: Bio-inspiration, trajectory planning and control, Mechatronics, 72 (2020), 1-17.
• [5] Kawala-Sterniuk A., Zolubak M., Ozana S., Siui D., Macek- Kaminska K., Grochowicz B. , Pelc M., Implementation of Smoothing Filtering Methods for the Purpose of Improvement Inverted Pendulum’s Trajectory, Przegląd Elektrotechniczny, 96 (2020), nr 4, 100-113.
• [6] Bejaoui I., Saidi I., Soudani D., Internal model control of MIMO discrete under-Actuated systems with real parametric uncertainty, Proceedings of the 2nd International Conference on Advanced Systems and electric Technologie, 308-314, Hammamet, Tunisia, 2018.
• [7] Manai N.H., I. Saidi I., Soudani D., Predictive control of an under-actuated System, Proceedings of the 2nd International Conference on Advanced Systems and electric Technologie, pp. 90 -95, 19-22 Mars 2019, Hammamet-Tunisia.
• [8] Yin H., Chen, Y.H., Huang J., Lü H., Tackling mismatched uncertainty in robust constraint-following control of underactuated systems, Information Sciences, 520 (2020), 337-352.
• [9] Yang C., Li Z., Cui R., Xu B., Neural network-based motion control of an underactuated wheeled inverted pendulum model, IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 25 (2014), nr 11, 2004–2016.
• [10] Xu R., Özgüner Ü., Sliding mode control of a class of underactuated systems, Automatica, 44 (2008), nr 1, 233–241.
• [11] Saidi I. , Hammami A., Sliding mode control of an actuated knee joint orthosis, Current Signal Transduction Therapy, vol. 15(2020), nr. 1, 1-9.
• [12] Brock S., Hybrid P–PI sliding mode position and speed controller for variable inertia drive, Przegląd Elektrotechniczny, 90 (2014), nr 5, 29-34.
• [13] Brock S., Sliding mode controller for direct drive with dry friction. Przegląd Elektrotechniczny, 85 (2009), nr 7, 125–129.
• [14] Andary A., Chemori A., Krut S., Control of the under-actuated Inertia Wheel Inverted Pendulum for Stable Limit Cycle Generation, Advanced Robotics, 23 (2009), nr 15, 2009, 1999- 2014.
• [15] Saber O., Global stabilization of a flat underactuated system : the inertia wheel pendulum, In Procedings of the 40th IEEE International conference on Decision and Control, 2001.
• [16] Sciavicco L., Siciliano B., Modeling and control of robot manipulators, McGraw Hill, New York, 1996.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).