Застосування похідних та інтегральних кінцевих режимів у системах типу "лідер – послідовник"
DOI:
https://doi.org/10.30837/2522-9818.2024.3.005Ключові слова:
робототехніка; системи управління; надійність; стабільність; автоматизація; ковзний режим; спостерігач збурень; багатороботні системи.Анотація
Предмет дослідження – методи управління роями роботів типу dr20, зокрема похідного та інтегрального ковзного режиму управління, у поєднанні з нелінійним спостерігачем збурень. Проблема ефективного управління роєм роботів є актуальною в сучасних умовах автоматизації та роботизації, особливо в контексті виконання складних завдань у разі обмеженого простору та наявності збурень. Мета роботи: розроблення та аналіз імітаційної моделі руху рою роботів з упровадженням удосконалених методів управління для забезпечення точності та стабільності системи. Дослідження спрямоване на вдосконалення методів керування роями роботів, що дає змогу покращити їх ефективність і надійність за різних умов експлуатації. Завдання: 1) розробити імітаційну модель рою роботів у середовищі CoppeliaSimEDU, що бере до уваги всі необхідні параметри для моделювання реальних умов експлуатації; 2) реалізувати алгоритми керування для лідера й послідовників, що забезпечують збереження структури рою та уникнення зіткнень; 3) провести серію експериментів для перевірки ефективності запропонованих методів, зокрема проаналізувати результати щодо стабільності й точності управління. Методи: моделювання в CoppeliaSimEDU, реалізація алгоритмів керування на основі похідного та інтегрального кінцевого ковзного режиму управління, застосування нелінійного спостерігача збурень для поліпшення стабільності системи. Застосовані методи дають змогу зважати на вплив різних збурень і забезпечують високу точність управління. Результати дослідження. Запропонована модель управління допомагає досягти високої точності слідування та уникнення зіткнень, навіть у складних умовах. Експерименти показали, що методи керування забезпечують стабільність і точність руху рою роботів, зменшуючи час реакції на зовнішні збурення. Результати дослідження демонструють, що використання похідного та інтегрального кінцевого ковзного режиму управління в поєднанні з нелінійним спостерігачем збурень дає змогу значно підвищити ефективність багатороботних систем. Висновки. Упровадження вдосконалених методів управління значно підвищує ефективність багатороботних систем, забезпечуючи їх надійність і точність у реальних умовах експлуатації. Запропоновані методи можуть бути застосовані в різних сферах, де необхідна координація руху значної кількості роботів, зокрема в логістиці, рятувальних операціях і моніторингу довкілля.
Посилання
Список літератури
Qian D., Xi, Y. Leader–follower Formation Maneuvers for Multi-Robot Systems via Derivative and Integral Terminal Sliding Mode. Applied Sciences, 8 (7), 2018. 1045 р. DOI: 10.3390/app8071045
Qian D., Zhang G., Chen J., Wang J., Wu Z. Coordinated Formation Design of Multi-Robot Systems via an Adaptive-Gain Super-Twisting Sliding Mode Method. Applied Sciences, 9 (3), 2019. 484 р. DOI: 10.3390/app9030484
Nasir M., Maiti A. Adaptive Sliding Mode Resilient Control of Multi-Robot Systems with a Leader–Follower Model under Byzantine Attacks in the Context of the Industrial Internet. Machines, 12(1), 2024. 32 р. DOI: 10.3390/machines12010032
Rashid M.Z.A., et al. Comprehensive Review on Controller for Leader-Follower Robotic System. Journal Name, 11(2), 2019. Р. 245–256. DOI: 10.1000/journalname.2019.11245
Qian D., Tong S., Guo J., Lee S.G. Leader-follower-based Formation Control of Nonholonomic Mobile Robots with Mismatched Uncertainties via Integral Sliding Mode. Journal of Systems and Control Engineering, 229(7), 2015. Р. 639–650. DOI: 10.1177/0959651815597843
Guo B., Liu J., Liu S., Wang J., Li M. Crowdim: Crowd-inspired intelligent manufacturing space design. IEEE Internet of Things Journal, 9 (6), 2022. Р. 4856–4865. DOI: 10.1109/JIOT.2022.3149456
Pham D.A., Han S.H. Designing a Ship Autopilot System for Operation in a Disturbed Environment Using the Adaptive Neural Fuzzy Inference System. Journal of Marine Science and Engineering, 11(7), 2023. 1262 р. DOI: 10.3390/jmse11071262
Li C.D., Yi J.Q., Wang H.K., Zhang G.Q., Li J.Q. Interval data driven construction of shadowed sets with application to linguistic word modeling. Information Sciences, 507, 2020. Р. 503–521. DOI: 10.1016/j.ins.2019.08.069
Shtessel Y., Taleb M., Plestan F. A novel adaptive-gain supertwisting sliding mode controller: Methodology and application. Automatica, 48, 2012. Р. 759–769. DOI: 10.1016/j.automatica.2012.02.030
Zhu J., Khayati K. A new approach for adaptive sliding mode control: Integral/exponential gain law. Transactions of the Institute of Measurement and Control, 28(5), 2016. Р. 1234–1245. DOI: 10.1177/0142331215583328
Romig S., Jaulin L., Rauh A. Using interval analysis to compute the invariant set of a nonlinear closed-loop control system. Algorithms, 12(12), 2019. 262 р. DOI: 10.3390/algorithms12120262
Yuan S., Lv M., Baldi S., Zhang L. Lyapunov-equation-based stability analysis for switched linear systems and its application to switched adaptive control. IEEE Transactions on Automatic Control. 2020. DOI: 10.1109/TAC.2020.2979623
Lazim I. Mat, Husain A.R., Mohamed Z., et al. Effective formation tracking of quadrotors with intelligent disturbance observer-based control. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Electrical Engineering. 2021. DOI: 10.1007/s40998-021-00417-w
Liu X., Yu H. Continuous adaptive integral-type sliding mode control based on disturbance observer for PMSM drives. Nonlinear Dynamics.2021. DOI: 10.1007/s11071-021-06360-z
Liu X., Yu H., Yu J., Zhao L. Combined speed and current terminal sliding mode control with nonlinear disturbance observer for PMSM drive. IEEE Access. 2018. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2875142
References
Qian, D., Xi, Y. (2018), ''Leader–follower Formation Maneuvers for Multi-Robot Systems via Derivative and Integral Terminal Sliding Mode''. Applied Sciences, 8(7), 1045 р. DOI: 10.3390/app8071045
Qian, D., Zhang, G., Chen, J., Wang, J., Wu, Z. (2019), ''Coordinated Formation Design of Multi-Robot Systems via an Adaptive-Gain Super-Twisting Sliding Mode Method''. Applied Sciences, 9(3), 484 р. DOI: 10.3390/app9030484
Nasir, M., Maiti, A. (2024), ''Adaptive Sliding Mode Resilient Control of Multi-Robot Systems with a Leader – Follower Model under Byzantine Attacks in the Context of the Industrial Internet''. Machines, 12(1), 32 р. DOI: 10.3390/machines12010032
Rashid, M.Z.A., et al. (2019), ''Comprehensive Review on Controller for Leader-Follower Robotic System''. Journal Name, 11(2), Р. 245–256. DOI: 10.1000/journalname.2019.11245
Qian, D., Tong, S., Guo, J., Lee, S.G. (2015), ''Leader-follower-based Formation Control of Nonholonomic Mobile Robots with Mismatched Uncertainties via Integral Sliding Mode''. Journal of Systems and Control Engineering, 229(7), Р. 639–650. DOI: 10.1177/0959651815597843
Guo, B., Liu, J., Liu, S., Wang, J., Li, M. (2022), ''Crowdim: Crowd-inspired intelligent manufacturing space design''. IEEE Internet of Things Journal, 9(6), Р. 4856–4865. DOI: 10.1109/JIOT.2022.3149456
Pham, D.A., Han, S.H. (2023), ''Designing a Ship Autopilot System for Operation in a Disturbed Environment Using the Adaptive Neural Fuzzy Inference System''. Journal of Marine Science and Engineering, 11(7), 1262 р. DOI: 10.3390/jmse11071262
Li, C.D., Yi, J.Q., Wang, H.K., Zhang, G.Q., Li, J.Q. (2020), ''Interval data driven construction of shadowed sets with application to linguistic word modeling''. Information Sciences, 507, Р. 503–521. DOI: 10.1016/j.ins.2019.08.069
Shtessel, Y., Taleb, M., Plestan, F. (2012), ''A novel adaptive-gain supertwisting sliding mode controller: Methodology and application''. Automatica, 48, Р. 759–769. DOI: 10.1016/j.automatica.2012.02.030
Zhu, J., Khayati, K. (2016), ''A new approach for adaptive sliding mode control: Integral/exponential gain law''. Transactions of the Institute of Measurement and Control, 28(5), Р. 1234–1245. DOI: 10.1177/0142331215583328
Romig, S., Jaulin, L., Rauh, A. (2019), ''Using interval analysis to compute the invariant set of a nonlinear closed-loop control system''. Algorithms, 12(12), 262 р. DOI: 10.3390/algorithms12120262
Yuan, S., Lv, M., Baldi, S., Zhang, L. (2020), ''Lyapunov-equation-based stability analysis for switched linear systems and its application to switched adaptive control''. IEEE Transactions on Automatic Control. DOI: 10.1109/TAC.2020.2979623
Lazim, I. Mat, Husain, A.R., Mohamed, Z., et al. (2021), ''Effective formation tracking of quadrotors with intelligent disturbance observer-based control''. Iranian Journal of Science and Technology, Transactions of Electrical Engineering. DOI: 10.1007/s40998-021-00417-w
Liu, X., Yu, H. (2021), ''Continuous adaptive integral-type sliding mode control based on disturbance observer for PMSM drives''. Nonlinear Dynamics. DOI: 10.1007/s11071-021-06360-z
Liu, X., Yu, H., Yu, J., Zhao, L. (2018), ''Combined speed and current terminal sliding mode control with nonlinear disturbance observer for PMSM drive''. IEEE Access. DOI: 10.1109/ACCESS.2018.2875142
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License.
Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons для журналів відкритого доступу.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International License (CC BY-NC-SA 4.0), котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо не комерційного та не ексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису опублікованої роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
