Adaptive PID sliding mode control based on new Quasi-sliding mode and radial basis function neural network for Omni-directional mobile robot
Creators
- 1. Vinh Long University of Technology Education
- 2. Can Tho University
Description
This article designs a PID sliding mode controller based on new Quasi-sliding mode (PID-SMC-NQ) and radial basis function neural network (RBFNN) for Omni-directional mobile robot. This is holonomic vehicles that can perform translational and rotational motions independently and simultaneously. The PID-SMC is designed to ensure that the robot's actual trajectory follows the desired in a finite time with the error converges to zero. To decrease chattering phenomena around the sliding surface, in the controller robust term, this paper uses the tanh (hyperbolic tangent) function, so called the new Quasi-sliding mode function, instead of the switch function. The RBFNN is used to approximate the nonlinear component in the PID-SMC-NQ controller. The RBFNN is considered as an adaptive controller. The weights of the network are trained online due to the feedback from output signals of the robot using the Gradient Descent algorithm. The stability of the system is proven by Lyapunov's theory. Simulation results in MATLAB/Simulink show the effectiveness of the proposed controller, the actual response of the robot converges to the reference with the rising time reaches 307.711 ms, 364.192 ms in the x-coordinate in the two-dimensional movement of the robot, the steady-state error is 0.0018 m and 0.00007 m, the overshoot is 0.13% and 0.1% in the y-coordinate, and the chattering phenomena is reduced.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تصمم هذه المقالة وحدة تحكم في الوضع المنزلق PID استنادًا إلى الوضع شبه المنزلق الجديد (PID - SMC - NQ) والشبكة العصبية الوظيفية ذات الأساس الشعاعي (RBFNN) للروبوت المتنقل متعدد الاتجاهات. هذه مركبات هولونية يمكنها أداء حركات متعدية ودورانية بشكل مستقل وفي وقت واحد. تم تصميم PID - SMC لضمان أن المسار الفعلي للروبوت يتبع المطلوب في وقت محدود مع تقارب الخطأ إلى الصفر. لتقليل ظواهر الثرثرة حول السطح المنزلق، في المصطلح القوي لوحدة التحكم، تستخدم هذه الورقة وظيفة tanh</ italic> (الظل الزائدي)، ما يسمى وظيفة الوضع شبه المنزلق الجديدة، بدلاً من وظيفة التبديل. يتم استخدام RBFNN لتقريب المكون غير الخطي في وحدة تحكم PID - SMC - NQ. يعتبر RBFNN وحدة تحكم تكيفية. يتم تدريب أوزان الشبكة عبر الإنترنت بسبب التعليقات الواردة من إشارات خرج الروبوت باستخدام خوارزمية نزول التدرج. تم إثبات استقرار النظام من خلال نظرية ليابونوف. تُظهر نتائج المحاكاة في MATLAB/Simulink فعالية وحدة التحكم المقترحة، وتتقارب الاستجابة الفعلية للروبوت مع المرجع مع ارتفاع الوقت إلى 307.711 مللي ثانية، و 364.192 مللي ثانية في الإحداثي x في الحركة ثنائية الأبعاد للروبوت<مائل>،</ مائل> خطأ الحالة الثابتة هو 0.0018 م و 0.00007 م، والتجاوز هو 0.13 ٪ و 0.1 ٪ في الإحداثي y، ويتم تقليل ظواهر الثرثرة. </ abstract>
Translated Description (French)
Cet article conçoit un contrôleur de mode coulissant PID basé sur le nouveau mode Quasi coulissant (PID-SMC-NQ) et le réseau neuronal à fonction de base radiale (RBFNN) pour robot mobile omnidirectionnel. Il s'agit de véhicules holonomes qui peuvent effectuer des mouvements de translation et de rotation indépendamment et simultanément. Le PID-SMC est conçu pour s'assurer que la trajectoire réelle du robot suit la trajectoire souhaitée dans un temps fini, l'erreur convergeant vers zéro. Pour diminuer les phénomènes de bavardage autour de la surface de glissement, dans le terme robuste de contrôleur, cet article utilise la fonction tanh (tangente hyperbolique), appelée nouvelle fonction de mode quasi-glissant, à la place de la fonction de commutation. Le RBFNN est utilisé pour approximer le composant non linéaire dans le contrôleur PID-SMC-NQ. Le RBFNN est considéré comme un contrôleur adaptatif. Les poids du réseau sont formés en ligne en raison du retour des signaux de sortie du robot à l'aide de l'algorithme Gradient Descent. La stabilité du système est prouvée par la théorie de Lyapunov. Les résultats de simulation dans MATLAB/Simulink montrent l'efficacité du contrôleur proposé, la réponse réelle du robot converge vers la référence avec le temps de montée atteignant 307,711 ms, 364,192 ms en coordonnée x dans le mouvement bidimensionnel du robot, l'erreur en régime permanent est de 0,0018 m et 0,00007 m, le dépassement est de 0,13 % et 0,1 % en coordonnée y, et les phénomènes de bavardage sont réduits.
Translated Description (Spanish)
Este artículo diseña un controlador de modo deslizante PID basado en el nuevo modo cuasi deslizante (PID-SMC-NQ) y la red neuronal de función de base radial (RBFNN) para un robot móvil omnidireccional. Se trata de vehículos holonómicos que pueden realizar movimientos de traslación y rotación de forma independiente y simultánea. El PID-SMC está diseñado para garantizar que la trayectoria real del robot siga la deseada en un tiempo finito con el error converge a cero. Para disminuir los fenómenos de parloteo alrededor de la superficie deslizante, en el término robusto del controlador, este documento utiliza la función tanh (tangente hiperbólica), llamada la nueva función de modo cuasi deslizante, en lugar de la función de interruptor. El RBFNN se utiliza para aproximar el componente no lineal en el controlador PID-SMC-NQ. El RBFNN se considera como un controlador adaptativo. Los pesos de la red se entrenan en línea debido a la retroalimentación de las señales de salida del robot utilizando el algoritmo Gradient Descent. La estabilidad del sistema está probada por la teoría de Lyapunov. Los resultados de la simulación en MATLAB/Simulink muestran la efectividad del controlador propuesto, la respuesta real del robot converge a la referencia con el tiempo de subida alcanza 307.711 ms, 364.192 ms en la coordenada x en el movimiento bidimensional del robot, el error de estado estacionario es 0.0018 m y 0.00007 m, el sobreimpulso es 0.13% y 0.1% en la coordenada y, y el fenómeno de parloteo se reduce.
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التحكم في الوضع الانزلاقي PID التكيفي استنادًا إلى الوضع الانزلاقي شبه الجديد والشبكة العصبية لوظيفة القاعدة الشعاعية للروبوت المتنقل متعدد الاتجاهات
- Translated title (French)
- Contrôle adaptatif du mode coulissant PID basé sur le nouveau mode Quasi coulissant et le réseau neuronal de la fonction de base radiale pour robot mobile omnidirectionnel
- Translated title (Spanish)
- Control de modo deslizante PID adaptativo basado en el nuevo modo cuasi deslizante y la red neuronal de función de base radial para robot móvil omnidireccional
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4361800930
- DOI
- 10.3934/electreng.2023007
References
- https://openalex.org/W1983625179
- https://openalex.org/W2621200412
- https://openalex.org/W2911079232
- https://openalex.org/W2921132629
- https://openalex.org/W2922045976
- https://openalex.org/W3019102787
- https://openalex.org/W3046579973
- https://openalex.org/W3101126134
- https://openalex.org/W3106742432
- https://openalex.org/W3114098008
- https://openalex.org/W3127321997
- https://openalex.org/W3167875842
- https://openalex.org/W3176470191
- https://openalex.org/W3202115967
- https://openalex.org/W3210172867
- https://openalex.org/W4200317315