Nonlinear predictive control for trajectory tracking of underactuated mechanical systems

• Autorzy: Saidi Imen , Touati Nahla

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2021.06.05

Warianty tytułu

PL

Nieliniowe predykcyjne sterowanie demonstratora niedostatecznie uruchomionych układów mechanicznych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The objective of this article is to present an automatic demonstrator of underactuated mechanical systems. It is the inertia wheel inverted pendulum, which has two degrees of freedom and a single actuator. Nonlinear predictive control is applied to the underactuated system allowing dynamic control for optimal tracking of periodic reference trajectories. The simulation results show the performance and efficiency of the proposed control.

PL

Celem tego artykułu jest przedstawienie automatycznego demonstratora niedostatecznie uruchomionych układów mechanicznych. Jest to odwrócone wahadło stabilizowane kołem zamachowym, które ma dwa stopnie swobody i jeden siłownik. Nieliniowe sterowanie predykcyjne jest stosowane do niedostatecznie uruchomionego systemu, umożliwiając dynamiczne sterowanie w celu optymalnego śledzenia okresowych trajektorii odniesienia. Wyniki symulacji pokazują wydajność i skuteczność proponowanego sterowania.

Słowa kluczowe

EN

underactuated system; nonlinear predictive control; stability; trajectory tracking

PL

niedostatecznie uruchamiany system; nieliniowa kontrola predykcyjna; stabilność; śledzenie trajektorii

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 97, nr 6
• Strony: 30--33
• Opis fizyczny: Bibliogr. 19 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Saidi Imen

• Automatic Research Laboratory (LARA), Department of Electrical Engineering, National Engineering School of Tunis, Campus Universitaire Farhat Hached el Manar BP 37, Le Belvedere 1002 TUNIS

autor

Touati Nahla

• Automatic Research Laboratory (LARA), Department of Electrical Engineering, National Engineering School of Tunis, Campus Universitaire Farhat Hached el Manar BP 37, Le Belvedere 1002 TUNIS

Bibliografia

• [1] Joanna BIJAK, Tomasz TRAWIŃSKI, Marcin SZCZYGIEŁ, Power Buoy represented by the kinematic chain of a robot, Przegląd Elektrotechniczny, 96 (2020), nr 4, 73-77.
• [2] IBARI J. ,BENCHIKH L., BOUZGOU K., Reda Hanifi Elhachemi, Zoubir Ahmed-Foitih, Backstepping controller with force estimator applied for mobile robot, Przegląd Elektrotechniczny, 95 (2019), nr 10, 18-21.
• [3] Saidi I., N. Touati, Dhahri A., Soudani D., A comparative study on existing and new methods to design internal model controllers for non-square systems, Transactions of the Institute of Measurement and Control, 41 (2019),No.13, 3637- 3650.
• [4] Spong M.. Underactuated mechanical systems. Control Problems in Robotics and Automation, 230(1998), 135– 150,1998.
• [5] Reyhanoglu M., Ludvigsen S., Egeland O., Discontinuous feedback control of a special class of underactuated mechanical systems, International Journal Robust and Nonlinear Control, 10(2000), No.4, 265–282.
• [6] Fantoni I., Lozano R., Non-linear control for underactuated mechanical systems, Springer-Verlag, New York, USA, 2001.
• [7] Khalil H., Nonlinear Systems, Prentice Hall, Upper Saddle River, Second Edition, 1996.
• [8] Coverstone-Carroll V., Lee K., Control algorithms for stabilizing underactuated robots, Journal of Robotic Systems, 5 (1998), No.12, 681-697.
• [9] Andary S., Chemori A., Krut S., Stable limit cycle generation for underactuated mechanical systems, application: Inertia wheel inverted pendulum. In IEEE/RSJ International Conference on Intelligent RObots and Systems, Nice, France, 2008.
• [10] Saber O.. Global stabilization of a flat underactuated system: the inertia wheel pendulum, In Proceedings of the 40th IEEE International conference on Decision and Control, Orlando, USA. December 2001.
• [11] Yuriy Romasevych., Viatcheslav Loveikin., Sergii Usenko., Picontroller tuning optimization via PSO-based technique, Przegląd Elektrotechniczny 95 (2019), nr.7, 33-37
• [12] Michał ŁASKAWSKI, Metoda doboru nastaw regulatorów PI oraz PID dla modelu inercyjnego wyższego rzędu z opóźnieniem, Przegląd Elektrotechniczny, 92 (2016), nr 3, 84- 86.
• [13] Manai N.H., Saidi I.,Soudani D., Predictive control of an underactuated System, Proceedings of the 2nd International Conference on Advanced Systems and electric Technologie, pp. 90 -95, Hammamet, Tunisia. Mars 2019,
• [14] Salhi, H., Bouani, F., Nonlinear Parameters and State Estimation for Adaptive Nonlinear MPC Design, Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 138 (2016), No.4, 2369-2377.
• [15] Touati N., Saidi I., Dhahri A., Soudani D., Internal multimodel control for nonlinear overactuated systems, Arabian Journal for Science and Engineering, 44 (2019), No.3, 1-12.
• [16] Spong M., Vidyasagar M., Robot Dynamics and Control. John Wiley and Sons, New York, USA, 1989.
• [17] Andary S., A. Chemori A., Benoit M., J. Sallantin, A dual model-free control of underactuated mechanical systems, application to the inertia wheel inverted pendulum, In American Control Conference, Montreal, Canada, June 2012.
• [18] Sinha N.K., Zhou Q., Discrete time approximation of multivariable continuous time system,” IEEE Proceedings, IFAC, Theory and Appl. of Digital Control, New Delhi, 1983.
• [19] Che Mid E., Dua V., Parameter estimation using multiparametric programming for implicit Euler’s method based discretization. Chemical Engineering Research and Design, 142(2019), 62–77.

Uwagi

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