کنترل بهینه‌ تطبیقی‌ مد لغزشی‌ فراپیچشی‌ برای ربات اسکلت‌ خارجی‌ پایین‌ تنه‌

اغتشاش و عدم قطعیت‌ با دامنه‌ نامعلوم از عواملی‌ است‌ که‌ عملکرد ربات های اسکلت‌ خارجی‌ را با مشکل‌ مواجه‌ کرده است‌. یکی‌ از روش های کنترلی‌ مقاوم در برابر اغتشاشات، مد لغزشی‌ بوده که‌ با بکارگیری لایه‌ مرزی به‌ منظور مقابله‌ با چترینگ‌، عملکرد مقاوم آن تضعیف‌ می‌شود. برای مقابله‌، الگوریتم‌های کنترلی‌ مرتبه‌ بالا مانند مد لغزشی‌ فراپیچشی‌ پیشنهاد شده که‌ بدون در نظر گرفتن‌ لایه‌ مرزی، چترینگ‌ را تا حدودی کاهش‌ می‌دهند. در این‌ مقاله‌، یک‌ کنترلر مد لغزشی‌ فراپیچشی‌ تطبیقی‌ بهینه‌ برای ربات اسکلت‌ خارجی‌ پایین‌ تنه‌ پیشنهاد شده که‌ در آن متغیر لغزشی‌ و مشتقات آن در حضور اغتشاش محدود با دامنه‌ نامعلوم به‌ سمت‌ صفر میل‌ می‌کنند. مسیر مفصل‌ بالا تنه‌ به‌گونه‌ای تعیین‌ شده که‌ در هر لحظه‌ پایداری ربات طبق‌ معیار نقطه‌ گشتاور صفر حاصل‌ شود. به‌منظور دستیابی‌ به‌ حداکثر پایداری و کمترین‌ خطا در ردیابی‌ مسیرها، پارامترهای کنترلر و مسیر بالا تنه‌، به‌ کمک‌ الگوریتم‌ جستجوی هارمونی‌ بهینه‌ شده اند. برای اعتبارسنجی‌ ربات در نرم افزار آدامز مدل شده و سپس‌ ورودیهای کنترلی‌ به‌ مدل استخراج شده از آدامز اعمال شدهاند. در نهایت‌ عملکرد دو کنترلر با هم‌ مقایسه‌ شده که‌ نتایج‌ برتری روش کنترلی‌ پیشنهادی نسبت‌ به‌ کنترل کننده مد لغزشی‌ بهینه‌ را نشان می‌دهند.

Optimal Adaptive Super-Twisting Sliding Mode Control of an Lower Limb Exoskeleton

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 effectiveness of the proposed controller rather than the optimal sliding mode controller.