Published June 27, 2023 | Version v1
Publication Open

Development of a constraint stabilization method of multibody systems based on fuzzy logic control

  • 1. Egypt-Japan University of Science and Technology
  • 2. Benha University

Description

Abstract The numerical solution of multibody systems is not a straightforward problem. The formulation of the equations of motion is augmented with the constraint equations that lead to a set of differential algebraic equations (DAEs). These constraints govern the relative motion between the system's components at the position level (geometric constraints) and may restrict the velocity of particular components (rolling constraints). There are several factors that determine the effectiveness of numerical integration methods and the extent of their applicability owing to the various motion circumstances. These factors include numerical stability throughout the integration and computation time, as well as allowable error percentage and the length of simulation time. In this regard, this research examines existing approaches for constraint stabilization during numerical integration and introduces a new methodology based on fuzzy control algorithm, whose coefficients are independent of the dynamic characteristics of different systems. Schematics of the new methodology are presented; two examples of spatial multibody systems with holonomic and nonholonomic constraints are solved to evaluate the effectiveness of the proposed method. It can be concluded that fuzzy control contributes an excellent solution for generic system configuration and is suitable for lengthy simulations with minimal computation time.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الملخص الحل العددي للأنظمة متعددة الأجسام ليس مشكلة مباشرة. يتم تعزيز صياغة معادلات الحركة بمعادلات القيد التي تؤدي إلى مجموعة من المعادلات الجبرية التفاضلية (DAEs). تتحكم هذه القيود في الحركة النسبية بين مكونات النظام على مستوى الموضع (القيود الهندسية) وقد تقيد سرعة مكونات معينة (قيود التدحرج). هناك العديد من العوامل التي تحدد فعالية طرق التكامل العددي ومدى قابليتها للتطبيق بسبب ظروف الحركة المختلفة. وتشمل هذه العوامل الاستقرار العددي طوال وقت التكامل والحساب، وكذلك نسبة الخطأ المسموح بها وطول وقت المحاكاة. في هذا الصدد، يدرس هذا البحث الأساليب الحالية لتثبيت القيود أثناء التكامل العددي ويقدم منهجية جديدة تستند إلى خوارزمية تحكم غامضة، تكون معاملاتها مستقلة عن الخصائص الديناميكية للأنظمة المختلفة. يتم تقديم مخططات المنهجية الجديدة ؛ يتم حل مثالين على أنظمة الأجسام المتعددة المكانية مع قيود هولونية وغير هولونية لتقييم فعالية الطريقة المقترحة. يمكن استنتاج أن التحكم الغامض يساهم في حل ممتاز لتكوين النظام العام وهو مناسب لعمليات المحاكاة الطويلة مع الحد الأدنى من وقت الحساب.

Translated Description (French)

Résumé La solution numérique des systèmes multi-corps n'est pas un problème simple. La formulation des équations de mouvement est augmentée des équations de contraintes qui conduisent à un ensemble d'équations algébriques différentielles (EAD). Ces contraintes régissent le mouvement relatif entre les composants du système au niveau de la position (contraintes géométriques) et peuvent limiter la vitesse de composants particuliers (contraintes de roulement). Plusieurs facteurs déterminent l'efficacité des méthodes d'intégration numérique et l'étendue de leur applicabilité en raison des diverses circonstances de mouvement. Ces facteurs comprennent la stabilité numérique tout au long du temps d'intégration et de calcul, ainsi que le pourcentage d'erreur admissible et la durée de la simulation. À cet égard, cette recherche examine les approches existantes pour la stabilisation des contraintes lors de l'intégration numérique et introduit une nouvelle méthodologie basée sur un algorithme de contrôle flou, dont les coefficients sont indépendants des caractéristiques dynamiques des différents systèmes. Les schémas de la nouvelle méthodologie sont présentés ; deux exemples de systèmes multi-corps spatiaux avec des contraintes holonomiques et nonholonomiques sont résolus pour évaluer l'efficacité de la méthode proposée. On peut conclure que le contrôle flou constitue une excellente solution pour la configuration générique du système et convient aux longues simulations avec un temps de calcul minimal.

Translated Description (Spanish)

Resumen La solución numérica de los sistemas multicuerpo no es un problema sencillo. La formulación de las ecuaciones de movimiento se aumenta con las ecuaciones de restricción que conducen a un conjunto de ecuaciones algebraicas diferenciales (Dae). Estas restricciones rigen el movimiento relativo entre los componentes del sistema a nivel de posición (restricciones geométricas) y pueden restringir la velocidad de componentes particulares (restricciones de rodadura). Hay varios factores que determinan la efectividad de los métodos de integración numérica y el alcance de su aplicabilidad debido a las diversas circunstancias del movimiento. Estos factores incluyen la estabilidad numérica a lo largo del tiempo de integración y cálculo, así como el porcentaje de error permitido y la duración del tiempo de simulación. En este sentido, esta investigación examina los enfoques existentes para la estabilización de restricciones durante la integración numérica e introduce una nueva metodología basada en el algoritmo de control difuso, cuyos coeficientes son independientes de las características dinámicas de los diferentes sistemas. Se presentan esquemas de la nueva metodología; se resuelven dos ejemplos de sistemas espaciales multicuerpo con restricciones holonómicas y no holonómicas para evaluar la efectividad del método propuesto. Se puede concluir que el control difuso contribuye a una excelente solución para la configuración genérica del sistema y es adecuado para simulaciones prolongadas con un tiempo de cálculo mínimo.

Files

s11044-023-09921-9.pdf.pdf

Files (4.7 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:7fc615141d33c890752ee05e052762cb
4.7 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
تطوير طريقة تثبيت القيود لأنظمة الأجسام المتعددة بناءً على التحكم المنطقي الغامض
Translated title (French)
Développement d'une méthode de stabilisation des contraintes des systèmes multi-corps basée sur le contrôle par logique floue
Translated title (Spanish)
Desarrollo de un método de estabilización de restricciones de sistemas multicuerpo basado en el control de lógica difusa

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4382465539
DOI
10.1007/s11044-023-09921-9

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Egypt

References

  • https://openalex.org/W12761071
  • https://openalex.org/W1504455095
  • https://openalex.org/W15217628
  • https://openalex.org/W157240814
  • https://openalex.org/W162694394
  • https://openalex.org/W194097108
  • https://openalex.org/W1972948342
  • https://openalex.org/W1975537977
  • https://openalex.org/W1981584708
  • https://openalex.org/W1985050494
  • https://openalex.org/W1988045690
  • https://openalex.org/W1989339083
  • https://openalex.org/W1997147938
  • https://openalex.org/W1998714505
  • https://openalex.org/W2008382483
  • https://openalex.org/W2023376942
  • https://openalex.org/W2029290244
  • https://openalex.org/W2053375218
  • https://openalex.org/W2057023566
  • https://openalex.org/W2059815033
  • https://openalex.org/W2062202066
  • https://openalex.org/W2063525104
  • https://openalex.org/W2083165668
  • https://openalex.org/W2086546889
  • https://openalex.org/W2113029437
  • https://openalex.org/W2113101487
  • https://openalex.org/W2117453669
  • https://openalex.org/W2129808720
  • https://openalex.org/W2144144709
  • https://openalex.org/W2159166167
  • https://openalex.org/W21844820
  • https://openalex.org/W2222728902
  • https://openalex.org/W2262939061
  • https://openalex.org/W2339217605
  • https://openalex.org/W2406592938
  • https://openalex.org/W2506180316
  • https://openalex.org/W2513756825
  • https://openalex.org/W2610667154
  • https://openalex.org/W2766507283
  • https://openalex.org/W2790122192
  • https://openalex.org/W3025904735
  • https://openalex.org/W3100225969
  • https://openalex.org/W3137141851
  • https://openalex.org/W3161608611
  • https://openalex.org/W3180617554
  • https://openalex.org/W3208465905
  • https://openalex.org/W38872521
  • https://openalex.org/W4211107315
  • https://openalex.org/W4230539245
  • https://openalex.org/W4243814000
  • https://openalex.org/W4301437120
  • https://openalex.org/W780037947