آمار

تعداد نشریات36
تعداد شماره‌ها1,192
تعداد مقالات8,579
تعداد مشاهده مقاله6,988,715
تعداد دریافت فایل اصل مقاله4,032,570
عظیمی, میلاد, شاه بهرامی, ولی اله, علیخانی, علیرضا. (1401). کنترل ارتعاشات سازه انعطاف پذیر متصل به پایه چرخان با الگوریتم مود لغزشی فراپیچشی-ترمینال غیرتکین در حضور نامعینی. پدافند الکترونیکی و سایبری, 18(1), 171-182.
میلاد عظیمی; ولی اله شاه بهرامی; علیرضا علیخانی. "کنترل ارتعاشات سازه انعطاف پذیر متصل به پایه چرخان با الگوریتم مود لغزشی فراپیچشی-ترمینال غیرتکین در حضور نامعینی". پدافند الکترونیکی و سایبری, 18, 1, 1401, 171-182.
عظیمی, میلاد, شاه بهرامی, ولی اله, علیخانی, علیرضا. (1401). 'کنترل ارتعاشات سازه انعطاف پذیر متصل به پایه چرخان با الگوریتم مود لغزشی فراپیچشی-ترمینال غیرتکین در حضور نامعینی', پدافند الکترونیکی و سایبری, 18(1), pp. 171-182.
عظیمی, میلاد, شاه بهرامی, ولی اله, علیخانی, علیرضا. کنترل ارتعاشات سازه انعطاف پذیر متصل به پایه چرخان با الگوریتم مود لغزشی فراپیچشی-ترمینال غیرتکین در حضور نامعینی. پدافند الکترونیکی و سایبری, 1401; 18(1): 171-182.

کنترل ارتعاشات سازه انعطاف پذیر متصل به پایه چرخان با الگوریتم مود لغزشی فراپیچشی-ترمینال غیرتکین در حضور نامعینی

مکانیک هوافضا
مقاله 11، دوره 18، شماره 1 - شماره پیاپی 67، خرداد 1401، صفحه 171-182    اصل مقاله (1.5 M)
نوع مقاله: گرایش دینامیک، ارتعاشات و کنترل
نویسندگان
میلاد عظیمی* 1؛ ولی اله شاه بهرامی2؛ علیرضا علیخانی3
1نویسنده مسئول: استادیار، پژوهشکده فضانوردی، پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران
2دانشجوی کارشناسی ارشد، پژوهشکده فضانوردی، پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران
3دانشیار، پژوهشکده فضانوردی، پژوهشگاه هوافضا، تهران، ایران
تاریخ دریافت: 06 اردیبهشت 1400،  تاریخ بازنگری: 24 آبان 1400،  تاریخ پذیرش: 11 دی 1400 
چکیده
در این مقاله به طراحی کنترل مقاوم وضعیت یک سازه انعطاف‌پذیر متصل به پایه چرخان در قالب یک سیستم صلب-انعطاف پذیر با استفاده از الگوریتم هیبرید مرتبه دوم مود لغزشی فراپیچشی -ترمینال غیر تکین پرداخته شده‌ است. حدود مشخصی از اغتشاشات خارجی و نامعینی های دینامیکی در کنار دینامیک کاملا کوپل بخش های انعطاف پذیر در ساختار کنترلی درنظر گرفته شده است. معادله دینامیک صلب-انعطاف پذیر سیستم با استفاده از روش لاگرانژ استخراج و با بکارگیری روش المان محدود و فرض تئوری تیر اویلر- برنولی برای بازوی انعطاف پذیر گسسته سازی شده است. رویکرد هیبرید کنترلی به کار گرفته شده شامل بخش مود لغزشی ترمینال غیرتکین منجر به افزایش دقت های بالا در ردگیری هدف و افزایش سرعت های همگرایی شده، و بخش مود لغزشی فراپیچشی منجر به کاهش قابل ملاحظه پدیده چترینگ می شود. پایداری کلی سیستم با استفاده از تئوری لیاپانوف اثبات شده است. شبیه سازی های انجام شده با به کارگیری تئوری کنترلی پیشنهادی در قالب یک مطالعه مقایسه ای امکان انجام مانورهای زاویه بزرگ و کاهش قابل ملاحظه ارتعاشات ناشی از تحریک بخش های انعطاف‏پذیر را با معیار چابکی، دقت و سرعت بالای همگرایی نمایش داده و با کاهش پدیده چترینگ، عملکرد سیستم را از منظر تحریک مودهای فرکانس بالا افزایش داده است.
کلیدواژه‌ها
ارتعاشات؛ ترمینال غیرتکین؛ چترینگ؛ سازه‌ چرخان؛ کنترل مود لغزشی؛ فراپیچشی
عنوان مقاله [English]
Vibration Suppression of a Rotating Flexible Structure using Super Twisting-Nonsingular Terminal Sliding Mode Control with Uncertainty
نویسندگان [English]
Milad Azimi1؛ Valiollah Shahbahrami2؛ Alireza Alikhani3
1Corresponding author: Assistant Professor, Astronautic Department, Aerospace research institute, Tehran, Iran
2MSc Student, Astronautic Department, Aerospace research institute, Tehran, Iran
3Associate Professor, Astronautic Department, Aerospace research institute, Tehran, Iran
چکیده [English]
In this paper, a robust hybrid control approach for vibration and attitude control of a flexible rotating structure as a fully coupled rigid-flexible system is investigated. Two control algorithms as a combination of second-order super twisting-nonsingular terminal sliding mode control (SMC) considering external disturbances and system uncertainties are developed. The nonlinear dynamic equation of the motion is derived via the Lagrangian approach and the finite element method. The non-singular terminal SMC leads to high accuracy in target tracking, and convergence and the super twisting part significantly reduce the chattering phenomenon. The overall stability of the system has been guaranteed using the Lyapunov theory. The simulations in the form of a comparative study (with agility, accuracy, and high convergence criteria) show the feasibility of performing large-angle maneuvers and significantly reducing the vibrations caused by the flexible parts. Moreover, by controlling the chattering phenomenon, the system performance regarding high-frequency modes excitation is increased.
کلیدواژه‌ها [English]
Vibration, Nonsingular Terminal, Chattering, Rotating Structure, Sliding Mode Control, Super Twisting
مراجع
  1. Meng, F., Zhao, L. and Yu, J. "Backstepping based adaptive finite-time tracking control of manipulator systems with uncertain parameters and unknown backlash". J Frankl Inst, Vol. 357, No. 16, pp. 11281-11297, 2020.##
  2. Altan, A. and Hacıoğlu, R. "Model predictive control of three-axis gimbal system mounted on UAV for real-time target tracking under external disturbances". Mech Systs Signal Pr, Vol. 138, No., pp. 2020.##
  3. Wang, B., Yu, X., Mu, L. and Zhang, Y. "Disturbance observer-based adaptive fault-tolerant control for a quadrotor helicopter subject to parametric uncertainties and external disturbances". Mech Systs Signal Pr, Vol. 120, No., pp. 727-743, 2019.##
  4. Du, J., Hu, X., Krstić, M. and Sun, Y. "Dynamic positioning of ships with unknown parameters and disturbances". Control Eng Pract, Vol. 76, No., pp. 22-30, 2018.##
  5. Ondra, V. and Titurus, B. "Free vibration analysis of a rotating pre-twisted beam subjected to tendon-induced axial loading". J Sound Vib, Vol. 461, 2019##.
  6. Li, L., Liao, W.-H., Zhang, D. and Zhang, Y. "Vibration control and analysis of a rotating flexible FGM beam with a lumped mass in temperature field". Compos Struct, Vol. 208, No., pp. 244-260, 2019.##
  7. Li, C., Shen, Z., Zhong, B. and Wen, B. "Study on the nonlinear characteristics of a rotating flexible blade with dovetail interface feature". Shock Vib, Vol. 2018, No., 2018.##
  8. Aksencer, T. and Aydogdu, M. "Vibration of a rotating composite beam with an attached point mass". Compos Struct, Vol. 190, No., pp. 1-9, 2018.##
  9. Kumar, P. and Pratiher, B. "Modal analysis and dynamic responses of a rotating Cartesian manipulator with generic payload and asymmetric load". Mech Based Des Struc, Vol. 48, No. 1, pp. 48-67, 2020.##
  10. Kumar, P. and Pratiher, B. "Position analysis and nonlinear phenomena of flexible manipulator with generic payload mounted on a moving base". P I Mech Eng K-J Mul, Vol. 234, No. 2, pp. 408-423, 2020.##
  11. Azimi, M. and Joubaneh, E.F. "Dynamic modeling and vibration control of a coupled rigid-flexible high-order structural system: A comparative study". Aerosp Sci Technol, Vol. 102, No., pp., 2020.##
  12. Fan, L., Huang, H., Sun, L. and Zhou, K. "Robust attitude control for a rigid-flexible-rigid microsatellite with multiple uncertainties and input saturations". Aerosp Sci Technol, Vol. 95, No., pp. 2019.##
  13. Cao, F. and Liu, J. "Boundary control for a constrained two-link rigid–flexible manipulator with prescribed performance". Int J Control, Vol. 91, No. 5, pp. 1091-1103, 2018.##
  14. Shafei, H.R., Bahrami, M. and Talebi, H.A. "Design of adaptive optimal robust control for two-flexible-link manipulators in the presence of matched uncertainties". J Vib Control, Vol., 2020.##
  15. Souza, A. and Souza, L. "Design of a controller for a rigid-flexible satellite using the H-infinity method considering the parametric uncertainty". Mech Systs Signal Pr, Vol. 116, No., pp. 641-650, 2019.##
  16. Meirovitch, L. and Nelson, H.D. "On the high-spin motion of a satellite containing elastic parts". J Spacecraft Rockets, Vol. 3, No. 11, pp. 1597-1602, 1966.##
  17. Likins, P.W. and Fleischer, G.E. "Results of flexible spacecraft attitude control studies utilizing hybrid coordinates". J Spacecraft Rockets, Vol. 8, No. 3, pp. 264-273, 1971.##
  18. Yu, Z.-w. and Cai, G.-p. "Robust adaptive control of a 6-DOF space robot with flexible panels". International Journal of Dynamics and Control, Vol. 7, No. 4, pp. 1370-1378, 2019.##
  19. Song, Z. and Sun, K. "Prescribed performance adaptive control for an uncertain robotic manipulator with input compensation updating law". Journal of the Franklin Institute, 2021.##
  20. Makarov, M., Grossard, M., Rodriguez-Ayerbe, P. and Dumur, D. "Modeling and preview H∞ control design for motion control of elastic-joint robots with uncertainties". IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 63, No. 10, pp. 6429-6438, 2016.##
  21. Azimi, V., Menhaj, M.B. and Fakharian, A. "Tool position tracking control of a nonlinear uncertain flexible robot manipulator by using robust H2/H∞ controller via T–S fuzzy model". Sadhana, Vol. 40, No. 2, pp. 307-333, 2015.##
  22. Artola, M., Wynn, A. and Palacios, R. "Modal-Based Nonlinear Model Predictive Control for 3D Very Flexible Structures". IEEE Transactions on Automatic Control, 2021.##
  23. Dian, S., Hu, Y., Zhao, T. and Han, J. "Adaptive backstepping control for flexible-joint manipulator using interval type-2 fuzzy neural network approximator". Nonlinear Dynamics, Vol. 97, No. 2, pp. 1567-1580, 2019.##
  24. Soltanpour, M.R. "Trajectory Tracking of a Wheeled Mobile Robot using Backstepping and Sliding Mode Approaches". Aerosp. Mech. J., Vol. 16, No. 1 (59), pp. 83-98, 2020. (In persian)##
  25. Yang, H.-J. and Tan, M. "Sliding mode control for flexible-link manipulators based on adaptive neural networks". Int J Autom Comput, Vol. 15, No. 2, pp. 239-248, 2018.##
  26. Wu, A.-G., Dong, R.-Q., Zhang, Y. and He, L. "Adaptive sliding mode control laws for attitude stabilization of flexible spacecraft with inertia uncertainty". IEEE Access, Vol. 7, No., pp. 7159-7175, 2018.##
  27. Fang, Y., Fei, J. and Hu, T. "Adaptive backstepping fuzzy sliding mode vibration control of flexible structure". J Low Freq Noise Vib, Vol. 37, No. 4, pp. 1079-1096, 2018.##
  28. Amirkhani, S., Mobayen, S., Iliaee, N., Boubaker, O. and Hosseinnia, S.H. "Fast terminal sliding mode tracking control of nonlinear uncertain mass–spring system with experimental verifications". Int J Adv Robot Syst, Vol. 16, No. 1, pp., 2019.##
  29. Abolvafaei, M. and Ganjefar, S. "Maximum power extraction from a wind turbine using second-order fast terminal sliding mode control". Renew Energ, Vol. 139, pp. 1437-1446, 2019.##
  30. Yu, X. and Zhihong, M. "Fast terminal sliding-mode control design for nonlinear dynamical systems". IEEE T Circuits-I, Vol. 49, No. 2, pp. 261-264, 2002.##
  31. Feng, Y., Yu, X. and Man, Z. "Non-singular terminal sliding mode control of rigid manipulators". Automatica, Vol. 38, No. 12, pp. 2159-2167, 2002.##
  32. Zou, A.-M., Kumar, K.D., Hou, Z.-G. and Liu, X. "Finite-time attitude tracking control for spacecraft using terminal sliding mode and Chebyshev neural network". IEEE T Syst Man Cy B, Vol. 41, No. 4, pp. 950-963, 2011.##
  33. Tiwari, P.M. and Janardhanan, S. "Rigid spacecraft fault-tolerant control using adaptive fast terminal sliding mode, in Advances and Applications in Sliding Mode Control Systems". Springer. pp. 381-406, 2015.##
  34. Zargham, F. and Mazinan, A. "Super-twisting sliding mode control approach with its application to wind turbine systems". Energy Syst, Vol. 10, No. 1, pp. 211-229, 2019.##
  35. Humaidi, A.J. and Hasan, A.F. "Particle swarm optimization–based adaptive super-twisting sliding mode control design for 2-degree-of-freedom helicopter". Meas Control, Vol. 52, No. 9-10, pp. 1403-1419, 2019.##
  36. Zhao, Y., Huang, P. and Zhang, F. "Dynamic modeling and super-twisting sliding mode control for tethered space robot". Acta Astronaut, Vol. 143, No., pp. 310-321, 2018.##
  37. Tayebi-Haghighi, S., Piltan, F. and Kim, J.-M. "Robust composite high-order super-twisting sliding mode control of robot manipulators". Robotics, Vol. 7, No. 1, pp. 13, 2018.##
  38. Levant, A. "Sliding order and sliding accuracy in sliding mode control". Int J Control, Vol. 58, No. 6, pp. 1247-1263, 1993.##
  39. Zhang, Y., Tang, S. and Guo, J. "Adaptive-gain fast super-twisting sliding mode fault tolerant control for a reusable launch vehicle in reentry phase". ISA T, Vol. 71, No., pp. 380-390, 2017.##
  40. Pati, A.K. and Sahoo, N. "Adaptive super-twisting sliding mode control for a three-phase single-stage grid-connected differential boost inverter based photovoltaic system". ISA T, Vol. 69,pp. 296-306, 2017.##
  41. Miao, Y., Hwang, I., Liu, M. and Wang, F. "Adaptive fast nonsingular terminal sliding mode control for attitude tracking of flexible spacecraft with rotating appendage". Aerosp Sci Technol, Vol. 93, pp., 2019.##
  42. Nadafi, R., Kabganian, M., Kamali, A. and Hossein Nejad, M. "Super-twisting sliding mode control design based on Lyapunov criteria for attitude tracking control and vibration suppression of a flexible spacecraft". Meas Control, Vol. 52, No. 7-8, pp. 814-831, 2019.##
  43. Tran, M.-D. and Kang, H.-J. "Nonsingular terminal sliding mode control of uncertain second-order nonlinear systems". Math Prob Eng, No., pp. , 2015.##
  44. Anh Tuan, V. and Kang, H.-J. "A new finite time control solution for robotic manipulators based on nonsingular fast terminal sliding variables and the adaptive super-twisting scheme". J Comput Nonlin Dyn, Vol. 14, No. 3, pp. , 2019.##
  45. Capisani, L.M., Ferrara, A. and Magnani, L. "Design and experimental validation of a second-order sliding-mode motion controller for robot manipulators". Int J Control, Vol. 82, No. 2, pp. 365-377, 2009.##
  46. Jeong, C.-S., Kim, J.-S. and Han, S.-I. "Tracking error constrained super-twisting sliding mode control for robotic systems". Int J Control Autom, Vol. 16, No. 2, pp. 804-814, 2018.##
  47. Feng, Y., Yu, X. and Han, F. "On nonsingular terminal sliding-mode control of nonlinear systems". Automatica, Vol. 49, No. 6, pp. 1715-1722, 2013.##
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 922
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 334