Araştırma Makalesi
BibTex RIS Kaynak Göster

Robot kolları için doğrusal süzgeç tabanlı çıkış geri beslemeli kontrolör tasarımında uyarlamalı yöntem yaklaşımı

Yıl 2024, Cilt: 30 Sayı: 6, 756 - 762, 29.11.2024

Öz

Bu çalışmada modeli belirsizlikler içeren, pozisyon ölçümleri mevcut
olup, hız ölçümleri olmayan robot kolları için takip problemi ele
alınmıştır. Ölçül(e)meyen hız bilgisinin telafi edilebilmesi için pozisyon
bilgisi tabanlı olarak süzgeçleme tekniği yaklaşımdan
yararlanılmaktadır. Model belirsizlikleri için uyarlamalı sinir
ağlarından yararlanılarak kontrolörün hız ölçümlerine olan
bağımlılığını ortadan kaldırmak için doğrusal süzgeç tabanlı bir
kontrolör tasarlanmıştır. Kapalı çevrim sistemin kararlılığı Lyapunov
yöntemiyle garanti edilmiştir. Sunulan kontrolörün performansını
göstermek için iki serbestlik dereceli robot kolu modeli kullanılarak
sayısal benzetim sonuçları uyarlamalı bulanık mantık yöntemi ile
karşılaştırmalı olarak oluşturulmuştur.

Kaynakça

  • [1] Kelek MM, Yüksel O, Fidan U, Özer T. “Yük hücresi temelli iki tekerlekli denge robotunun PID kontrolör kullanarak gerçek zamanlı kontrolü”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(5), 597-603, 2021.
  • [2] Karaman B, Taşkın S. “Otonom fotovoltaik panel yüzey temizleme robotu geliştirilmesi ve temizleme aralığının enerji verimliliği üzerine analizi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(2), 234-239. 2022.
  • [3] Bayrak A. “Sliding mode based Self-Tuning PID controller for second order systems”. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(3), 866-872, 2017.
  • [4] Uzuner S, Akkuş N, Toz M. “5-DOF serial robot manipulator design, application and inverse kinematic solution through analytical method and simple search technique”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(2), 392-401, 2020.
  • [5] Bıdıklı B. “A self-tuning PID control method for multiinput-multi-output nonlinear systems”. Electrica, 18(2), 218-226, 2018.
  • [6] Lewis FL, Dawson DM, Abdallah CT. Robot Manipulator Control: Theory and Practice. 2nd ed. Boca Raton, FL, USA, CRC Press, 2003.
  • [7] Özbay U, Şahin HT, Zergeroğlu E. “Robust tracking control of kinematically redundant robot manipulators subject to multiple self-motion criteria”. Robotica, 26(6), 711-728, 2008.
  • [8] Islam S, Liu XP “Robust sliding mode control for robot manipulators”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58(6), 2444-2453, 2010.
  • [9] Berghuis H, Nijmeijer H. “A passivity approach to controller-observer design for robots”. IEEE Transactions on robotics and automation, 9(6), 740-754, 1993.
  • [10] Burkov IV. “Asymptotic stabilization on nonlinear Lagrangian Systems without measuring velocities”. In Proceedings International Symposium on Active Control in Mechanical Engineering. Lyon, France, 22-23 October 1993.
  • [11] Arimoto, S. “A class of linear velocity observers for nonlinear mechanical systems”. In Proceedings of 1st Asian Control Conference, Tokyo, Japan, 27-30 July 1994.
  • [12] Ortega R, Loria A, Kelly R. “A semiglobally stable output feedback PI/sup 2/D regulator for robot manipulators”. IEEE Transactions on Automatic Control, 40(8), 1432-1436, 1995.
  • [13] Abdessameud A, Khelfi MF. “A variable structure observer for the control of robot manipulators”. International Journal Applied Mathematics Computer Science, 16(2), 189-196, 2006.
  • [14] De Wit CC, Slotine JJ. “Sliding observers for robot manipulators”. Automatica, 27(5), 859-864, 1991.
  • [15] Deniz M, Bayrak A, Tatlicioglu E, Zergeroglu E. “A modelfree continuous velocity observer formulation with selftuning for mechatronic systems”. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 140(5), 1-6, 2018.
  • [16] Bidikli B, Tatlicioglu E, Zergeroglu E. “A self-tuning velocity observer formulation for a class of nonlinear systems”. IEEE 55th Conference on Decision and Control, Las Vegas, VN, USA, 12-14 December, 2016.
  • [17] Romero JG, Moreno JA, Aguilar ÁAM. “An adaptive speed observer for a class of nonlinear mechanical systems: Theory and experiments”. Automatica, 130, 1-8, 2021.
  • [18] Farza M, M’saad M, Menard T, Ltaief A, Maatoug T. “Adaptive observer design for a class of nonlinear systems. Application to speed sensorless induction motor”. Automatica, 90, 239-247, 2018.
  • [19] Erlic M, Lu WS. “A reduced-order adaptive velocity observer for manipulator control”. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 11(2), 293-303, 1995.
  • [20] Dixon WE. “Adaptive regulation of amplitude limited robot manipulators with uncertain kinematics and dynamics”. IEEE Transactions on Automatic Control, 52(3), 488-493, 2007.
  • [21] Berghuis H, Nijmeijer H. “Robust control of robots via linear estimated state feedback”. IEEE Transactions on Automatic Control, 39(10), 2159-2162, 1994.
  • [22] Yang Z, Peng J, Liu Y. “Adaptive neural network force tracking impedance control for uncertain robotic manipulator based on nonlinear velocity observer”. Neurocomputing, 331, 263-280, 2019.
  • [23] Ma H, Ren H, Zhou Q, Li H, Wang Z. “Observer-Based Neural Control of N-Link Flexible-Joint Robots”. IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 35(4), 5295-5305 , 2024.
  • [24] Lu C, Ma H, Pan Y, Zhou Q, Li H. “Observer-Based finitetime fault-tolerant control for nonstrict-feedback nonlinear systems with multiple uncertainties”. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 53(8), 4912-4921, 2023.
  • [25] Ma L, Zong G, Zhao X, Huo X. “Observed-based adaptive finite-time tracking control for a class of nonstrictfeedback nonlinear systems with input saturation”. Journal of the Franklin Institute, 357(16), 11518-11544, 2020.
  • [26] Qu Z, Dawson DM, Dorsey JF, Duffie JD. “Robust estimation and control of robotic manipulators”. Robotica, 13(3), 223-231, 1995.
  • [27] Yuan J, Stepanenko Y. “Robust control of robotic manipulators without velocity feedback”. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 1(3), 203-213, 1991.
  • [28] Zergeroglu E, Dixon W, Haste D, Dawson D. “A composite adaptive output feedback tracking controller for robotic manipulators”. Robotica, 17(6), 591-600, 1999.
  • [29] Lewis FL. “Nonlinear network structures for feedback control”. Asian Journal of Control, 1(4), 205-228, 1999.
  • [30] Kim YH, Lewis F, Dawson DM. “Intelligent optimal control of robotic manipulators using neural networks”. Automatica, 36(9), 1355-1364, 2000.
  • [31] Cobanoglu N, Yilmaz BM, Tatlicioglu E, Zergeroglu E. “Repetitive control of robotic manipulators in operational space: A neural network-based approach”. International Journal of Robotics and Automation, 37(3), 302-309, 2022.
  • [32] Yilmaz BM, Tatlicioglu E, Savran A, Alci M. “Adaptive fuzzy logic with self-tuned membership functions based repetitive learning control of robotic manipulators”. Applied Soft Computing, 104, 1-12, 2021.
  • [33] Sun W, Su SF, Xia J, Nguyen VT. “Adaptive fuzzy tracking control of flexible-joint robots with full-state constraints”. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 49(11), 2201-2209, 2018.
  • [34] Şahan G. “Stability analysis by a nonlinear upper bound on the derivative of Lyapunov function”. European Journal of Control, 56, 118-123, 2020.
  • [35] Zergeroglu E, Dawson DM, de Queiroz MS, Krstic M. “On global output feedback tracking control of robot manipulators”. IEEE Conference on Decision and Control, Sydney, Australia, 12-15 December.
  • [36] Tomei P. “Adaptive PD controller for robot manipulators”. IEEE Transactions Robotics and Automation, 7(4), 565–570, 1991.
  • [37] Nicosia S, Tomei P. “Robot control by using only joint position measurements”, IEEE Transactions on Automatic Control, 35(9), 1058–1061, 1990.
  • [38] Khalil HK. Nonlinear Systems. 3th ed. Upper Saddle River, NJ, USA, Prentice Hall, 2002.
  • [39] Wang LX and Mendel JM, “Fuzzy basis functions, universal approximation, and orthogonal least-squares learning”. IEEE Tr. on Neural Networks, 3(5), 807–814, 1992.
  • [40] Kokotovic PV, “The joy of feedback: nonlinear and adaptive”. IEEE Control System Magazine, 12, 7–17, 1992.
  • [41] Commuri S. Lewis FL, “Adaptive-fuzzy logic control of robot manipulators”. IEEE International Conference on Robotics and Automation, Minneapolis, USA, 22-28 April 1996.
  • [42] Oruç, İN, Tilki U, "Otonom sualtı aracı yörünge izleme kontrol algoritmalarının analizleri". Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 29(2), 131-145, 2023.

An adaptive method approach in designing a linear filter based output feedback controller for robot manipulators

Yıl 2024, Cilt: 30 Sayı: 6, 756 - 762, 29.11.2024

Öz

This study addresses the tracking problem for robot arms with
parametric uncertainties in the model, position measurements
available, and no velocity measurements. A filtering technique based on
position information is used to compensate for the unmeasured velocity
information. A linear filter-based controller is designed to eliminate the
controller's dependence on velocity measurements by utilizing adaptive
neural networks for model uncertainties. The stability of the closed-loop
system is guaranteed by the Lyapunov method. To demonstrate the
performance of the proposed controller, numerical simulation results
are generated using a two-degree-of-freedom robot arm model and
compared comparatively with adaptive fuzzy logic method.

Kaynakça

  • [1] Kelek MM, Yüksel O, Fidan U, Özer T. “Yük hücresi temelli iki tekerlekli denge robotunun PID kontrolör kullanarak gerçek zamanlı kontrolü”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 27(5), 597-603, 2021.
  • [2] Karaman B, Taşkın S. “Otonom fotovoltaik panel yüzey temizleme robotu geliştirilmesi ve temizleme aralığının enerji verimliliği üzerine analizi”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 28(2), 234-239. 2022.
  • [3] Bayrak A. “Sliding mode based Self-Tuning PID controller for second order systems”. Süleyman Demirel Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 21(3), 866-872, 2017.
  • [4] Uzuner S, Akkuş N, Toz M. “5-DOF serial robot manipulator design, application and inverse kinematic solution through analytical method and simple search technique”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 26(2), 392-401, 2020.
  • [5] Bıdıklı B. “A self-tuning PID control method for multiinput-multi-output nonlinear systems”. Electrica, 18(2), 218-226, 2018.
  • [6] Lewis FL, Dawson DM, Abdallah CT. Robot Manipulator Control: Theory and Practice. 2nd ed. Boca Raton, FL, USA, CRC Press, 2003.
  • [7] Özbay U, Şahin HT, Zergeroğlu E. “Robust tracking control of kinematically redundant robot manipulators subject to multiple self-motion criteria”. Robotica, 26(6), 711-728, 2008.
  • [8] Islam S, Liu XP “Robust sliding mode control for robot manipulators”. IEEE Transactions on Industrial Electronics, 58(6), 2444-2453, 2010.
  • [9] Berghuis H, Nijmeijer H. “A passivity approach to controller-observer design for robots”. IEEE Transactions on robotics and automation, 9(6), 740-754, 1993.
  • [10] Burkov IV. “Asymptotic stabilization on nonlinear Lagrangian Systems without measuring velocities”. In Proceedings International Symposium on Active Control in Mechanical Engineering. Lyon, France, 22-23 October 1993.
  • [11] Arimoto, S. “A class of linear velocity observers for nonlinear mechanical systems”. In Proceedings of 1st Asian Control Conference, Tokyo, Japan, 27-30 July 1994.
  • [12] Ortega R, Loria A, Kelly R. “A semiglobally stable output feedback PI/sup 2/D regulator for robot manipulators”. IEEE Transactions on Automatic Control, 40(8), 1432-1436, 1995.
  • [13] Abdessameud A, Khelfi MF. “A variable structure observer for the control of robot manipulators”. International Journal Applied Mathematics Computer Science, 16(2), 189-196, 2006.
  • [14] De Wit CC, Slotine JJ. “Sliding observers for robot manipulators”. Automatica, 27(5), 859-864, 1991.
  • [15] Deniz M, Bayrak A, Tatlicioglu E, Zergeroglu E. “A modelfree continuous velocity observer formulation with selftuning for mechatronic systems”. Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, 140(5), 1-6, 2018.
  • [16] Bidikli B, Tatlicioglu E, Zergeroglu E. “A self-tuning velocity observer formulation for a class of nonlinear systems”. IEEE 55th Conference on Decision and Control, Las Vegas, VN, USA, 12-14 December, 2016.
  • [17] Romero JG, Moreno JA, Aguilar ÁAM. “An adaptive speed observer for a class of nonlinear mechanical systems: Theory and experiments”. Automatica, 130, 1-8, 2021.
  • [18] Farza M, M’saad M, Menard T, Ltaief A, Maatoug T. “Adaptive observer design for a class of nonlinear systems. Application to speed sensorless induction motor”. Automatica, 90, 239-247, 2018.
  • [19] Erlic M, Lu WS. “A reduced-order adaptive velocity observer for manipulator control”. IEEE Transactions on Robotics and Automation, 11(2), 293-303, 1995.
  • [20] Dixon WE. “Adaptive regulation of amplitude limited robot manipulators with uncertain kinematics and dynamics”. IEEE Transactions on Automatic Control, 52(3), 488-493, 2007.
  • [21] Berghuis H, Nijmeijer H. “Robust control of robots via linear estimated state feedback”. IEEE Transactions on Automatic Control, 39(10), 2159-2162, 1994.
  • [22] Yang Z, Peng J, Liu Y. “Adaptive neural network force tracking impedance control for uncertain robotic manipulator based on nonlinear velocity observer”. Neurocomputing, 331, 263-280, 2019.
  • [23] Ma H, Ren H, Zhou Q, Li H, Wang Z. “Observer-Based Neural Control of N-Link Flexible-Joint Robots”. IEEE Transactions on Neural Networks and Learning Systems, 35(4), 5295-5305 , 2024.
  • [24] Lu C, Ma H, Pan Y, Zhou Q, Li H. “Observer-Based finitetime fault-tolerant control for nonstrict-feedback nonlinear systems with multiple uncertainties”. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 53(8), 4912-4921, 2023.
  • [25] Ma L, Zong G, Zhao X, Huo X. “Observed-based adaptive finite-time tracking control for a class of nonstrictfeedback nonlinear systems with input saturation”. Journal of the Franklin Institute, 357(16), 11518-11544, 2020.
  • [26] Qu Z, Dawson DM, Dorsey JF, Duffie JD. “Robust estimation and control of robotic manipulators”. Robotica, 13(3), 223-231, 1995.
  • [27] Yuan J, Stepanenko Y. “Robust control of robotic manipulators without velocity feedback”. International Journal of Robust and Nonlinear Control, 1(3), 203-213, 1991.
  • [28] Zergeroglu E, Dixon W, Haste D, Dawson D. “A composite adaptive output feedback tracking controller for robotic manipulators”. Robotica, 17(6), 591-600, 1999.
  • [29] Lewis FL. “Nonlinear network structures for feedback control”. Asian Journal of Control, 1(4), 205-228, 1999.
  • [30] Kim YH, Lewis F, Dawson DM. “Intelligent optimal control of robotic manipulators using neural networks”. Automatica, 36(9), 1355-1364, 2000.
  • [31] Cobanoglu N, Yilmaz BM, Tatlicioglu E, Zergeroglu E. “Repetitive control of robotic manipulators in operational space: A neural network-based approach”. International Journal of Robotics and Automation, 37(3), 302-309, 2022.
  • [32] Yilmaz BM, Tatlicioglu E, Savran A, Alci M. “Adaptive fuzzy logic with self-tuned membership functions based repetitive learning control of robotic manipulators”. Applied Soft Computing, 104, 1-12, 2021.
  • [33] Sun W, Su SF, Xia J, Nguyen VT. “Adaptive fuzzy tracking control of flexible-joint robots with full-state constraints”. IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics: Systems, 49(11), 2201-2209, 2018.
  • [34] Şahan G. “Stability analysis by a nonlinear upper bound on the derivative of Lyapunov function”. European Journal of Control, 56, 118-123, 2020.
  • [35] Zergeroglu E, Dawson DM, de Queiroz MS, Krstic M. “On global output feedback tracking control of robot manipulators”. IEEE Conference on Decision and Control, Sydney, Australia, 12-15 December.
  • [36] Tomei P. “Adaptive PD controller for robot manipulators”. IEEE Transactions Robotics and Automation, 7(4), 565–570, 1991.
  • [37] Nicosia S, Tomei P. “Robot control by using only joint position measurements”, IEEE Transactions on Automatic Control, 35(9), 1058–1061, 1990.
  • [38] Khalil HK. Nonlinear Systems. 3th ed. Upper Saddle River, NJ, USA, Prentice Hall, 2002.
  • [39] Wang LX and Mendel JM, “Fuzzy basis functions, universal approximation, and orthogonal least-squares learning”. IEEE Tr. on Neural Networks, 3(5), 807–814, 1992.
  • [40] Kokotovic PV, “The joy of feedback: nonlinear and adaptive”. IEEE Control System Magazine, 12, 7–17, 1992.
  • [41] Commuri S. Lewis FL, “Adaptive-fuzzy logic control of robot manipulators”. IEEE International Conference on Robotics and Automation, Minneapolis, USA, 22-28 April 1996.
  • [42] Oruç, İN, Tilki U, "Otonom sualtı aracı yörünge izleme kontrol algoritmalarının analizleri". Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 29(2), 131-145, 2023.
Toplam 42 adet kaynakça vardır.

Ayrıntılar

Birincil Dil Türkçe
Konular Yazılım Mühendisliği (Diğer)
Bölüm Makale
Yazarlar

Bayram Melih Yılmaz

Enver Tatlıcıoğlu

Yayımlanma Tarihi 29 Kasım 2024
Yayımlandığı Sayı Yıl 2024 Cilt: 30 Sayı: 6

Kaynak Göster

APA Yılmaz, B. M., & Tatlıcıoğlu, E. (2024). Robot kolları için doğrusal süzgeç tabanlı çıkış geri beslemeli kontrolör tasarımında uyarlamalı yöntem yaklaşımı. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 30(6), 756-762.
AMA Yılmaz BM, Tatlıcıoğlu E. Robot kolları için doğrusal süzgeç tabanlı çıkış geri beslemeli kontrolör tasarımında uyarlamalı yöntem yaklaşımı. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. Kasım 2024;30(6):756-762.
Chicago Yılmaz, Bayram Melih, ve Enver Tatlıcıoğlu. “Robot Kolları için doğrusal süzgeç Tabanlı çıkış Geri Beslemeli kontrolör tasarımında Uyarlamalı yöntem yaklaşımı”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 30, sy. 6 (Kasım 2024): 756-62.
EndNote Yılmaz BM, Tatlıcıoğlu E (01 Kasım 2024) Robot kolları için doğrusal süzgeç tabanlı çıkış geri beslemeli kontrolör tasarımında uyarlamalı yöntem yaklaşımı. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 30 6 756–762.
IEEE B. M. Yılmaz ve E. Tatlıcıoğlu, “Robot kolları için doğrusal süzgeç tabanlı çıkış geri beslemeli kontrolör tasarımında uyarlamalı yöntem yaklaşımı”, Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 30, sy. 6, ss. 756–762, 2024.
ISNAD Yılmaz, Bayram Melih - Tatlıcıoğlu, Enver. “Robot Kolları için doğrusal süzgeç Tabanlı çıkış Geri Beslemeli kontrolör tasarımında Uyarlamalı yöntem yaklaşımı”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi 30/6 (Kasım 2024), 756-762.
JAMA Yılmaz BM, Tatlıcıoğlu E. Robot kolları için doğrusal süzgeç tabanlı çıkış geri beslemeli kontrolör tasarımında uyarlamalı yöntem yaklaşımı. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2024;30:756–762.
MLA Yılmaz, Bayram Melih ve Enver Tatlıcıoğlu. “Robot Kolları için doğrusal süzgeç Tabanlı çıkış Geri Beslemeli kontrolör tasarımında Uyarlamalı yöntem yaklaşımı”. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, c. 30, sy. 6, 2024, ss. 756-62.
Vancouver Yılmaz BM, Tatlıcıoğlu E. Robot kolları için doğrusal süzgeç tabanlı çıkış geri beslemeli kontrolör tasarımında uyarlamalı yöntem yaklaşımı. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi. 2024;30(6):756-62.





Creative Commons Lisansı
Bu dergi Creative Commons Al 4.0 Uluslararası Lisansı ile lisanslanmıştır.