Un método de control deslizante de tiempo fijo no singular sin modelo para sistemas de brazo robótico
Autores: Truong, Thanh Nguyen; Vo, Anh Tuan; Kang, Hee-Jun; Hong, Ic-Pyo
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Un método de control deslizante de tiempo fijo no singular sin modelo para sistemas de brazo robótico
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Sistemas robóticos de seguimiento de trayectoria en tiempo fijo sin modelo de control de modo deslizante fijo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 25
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta una novedosa estrategia de control deslizante de tiempo fijo no singular sin modelo (MF-NFxTSMC) para un seguimiento preciso de trayectorias en sistemas de brazos robóticos. A diferencia de los enfoques convencionales de control deslizante (SMC) que requieren modelos dinámicos precisos, el método propuesto aprovecha el enfoque de estimación de retraso de tiempo (TDE) para estimar de manera efectiva la dinámica del sistema y las perturbaciones externas en tiempo real, lo que permite una solución de control totalmente libre de modelos. Esto mejora significativamente su practicidad en escenarios del mundo real donde obtener modelos precisos es desafiante o inviable. Una innovación significativa de este trabajo radica en el diseño de un novedoso marco de control de tiempo fijo que logra una convergencia más rápida que los métodos de tiempo fijo tradicionales. Basándose en esto, se desarrolla una nueva ley de control MF-NFxTSMC, que presenta una superficie deslizante de tiempo fijo sin singularidades (SF-FxTSS) y una nueva ley de alcance de tiempo fijo (FxTRL). La SF-FxTSS propuesta incorpora un término proporcional dinámico y un exponente adaptativo, garantizando una convergencia rápida y un seguimiento robusto. Destacadamente, su transición suave entre dinámicas no lineales y lineales elimina las singularidades que a menudo se encuentran en las superficies de modo deslizante terminales y de tiempo fijo. Además, el FxTRL diseñado suprime eficazmente el trasteo mientras garantiza la convergencia de tiempo fijo, lo que conduce a acciones de control más suaves y reduce el estrés mecánico en el hardware robótico. La estabilidad de tiempo fijo del método propuesto se demuestra rigurosamente utilizando la teoría de Lyapunov. Simulaciones numéricas en la plataforma robótica SAMSUNG FARA AT2 demuestran el rendimiento superior del método propuesto en términos de precisión de seguimiento, velocidad de convergencia y suavidad de control en comparación con estrategias existentes, incluidos SMC convencionales, SMC de tiempo finito, SMC de tiempo fijo aproximado y SMC terminal global de tiempo fijo no singular (NTSMC). En general, este enfoque ofrece ventajas convincentes, es decir, implementación libre de modelos, convergencia de tiempo fijo, evasión de singularidades y reducción de trasteo, lo que lo convierte en una solución práctica y escalable para el control de alto rendimiento en sistemas robóticos inciertos.
Descripción
Este documento presenta una novedosa estrategia de control deslizante de tiempo fijo no singular sin modelo (MF-NFxTSMC) para un seguimiento preciso de trayectorias en sistemas de brazos robóticos. A diferencia de los enfoques convencionales de control deslizante (SMC) que requieren modelos dinámicos precisos, el método propuesto aprovecha el enfoque de estimación de retraso de tiempo (TDE) para estimar de manera efectiva la dinámica del sistema y las perturbaciones externas en tiempo real, lo que permite una solución de control totalmente libre de modelos. Esto mejora significativamente su practicidad en escenarios del mundo real donde obtener modelos precisos es desafiante o inviable. Una innovación significativa de este trabajo radica en el diseño de un novedoso marco de control de tiempo fijo que logra una convergencia más rápida que los métodos de tiempo fijo tradicionales. Basándose en esto, se desarrolla una nueva ley de control MF-NFxTSMC, que presenta una superficie deslizante de tiempo fijo sin singularidades (SF-FxTSS) y una nueva ley de alcance de tiempo fijo (FxTRL). La SF-FxTSS propuesta incorpora un término proporcional dinámico y un exponente adaptativo, garantizando una convergencia rápida y un seguimiento robusto. Destacadamente, su transición suave entre dinámicas no lineales y lineales elimina las singularidades que a menudo se encuentran en las superficies de modo deslizante terminales y de tiempo fijo. Además, el FxTRL diseñado suprime eficazmente el trasteo mientras garantiza la convergencia de tiempo fijo, lo que conduce a acciones de control más suaves y reduce el estrés mecánico en el hardware robótico. La estabilidad de tiempo fijo del método propuesto se demuestra rigurosamente utilizando la teoría de Lyapunov. Simulaciones numéricas en la plataforma robótica SAMSUNG FARA AT2 demuestran el rendimiento superior del método propuesto en términos de precisión de seguimiento, velocidad de convergencia y suavidad de control en comparación con estrategias existentes, incluidos SMC convencionales, SMC de tiempo finito, SMC de tiempo fijo aproximado y SMC terminal global de tiempo fijo no singular (NTSMC). En general, este enfoque ofrece ventajas convincentes, es decir, implementación libre de modelos, convergencia de tiempo fijo, evasión de singularidades y reducción de trasteo, lo que lo convierte en una solución práctica y escalable para el control de alto rendimiento en sistemas robóticos inciertos.