Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs

Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs

Introduction. In this paper, the adaptive finite time controller is designed for flexible-joint manipulator (FJM) to stabilize oscillations and track the desired trajectory based on synergetic control theory (SCT) under disturbance inputs. The problem of the proposed work consists in the development...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2025
Автори: Nguyen, X. C., Le, D. T.
Формат: Стаття
Мова:English
Опубліковано: National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025
Теми:
flexible-joint manipulator
synergetic control theory
finite-time control
Lyapunov function
adaptive control
Онлайн доступ:http://eie.khpi.edu.ua/article/view/323742
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Electrical Engineering & Electromechanics

Репозитарії

Electrical Engineering & Electromechanics
id eiekhpieduua-article-323742
record_format ojs
institution Electrical Engineering & Electromechanics
baseUrl_str
datestamp_date 2025-05-01T21:16:03Z
collection OJS
language English
topic flexible-joint manipulator
synergetic control theory
finite-time control
Lyapunov function
adaptive control
spellingShingle flexible-joint manipulator
synergetic control theory
finite-time control
Lyapunov function
adaptive control
Nguyen, X. C.
Le, D. T.
Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs
topic_facet гнучко-шарнірний маніпулятор
синергетична теорія управління
кінцевий час управління
функція Ляпунова
адаптивне управління
flexible-joint manipulator
synergetic control theory
finite-time control
Lyapunov function
adaptive control
format Article
author Nguyen, X. C.
Le, D. T.
author_facet Nguyen, X. C.
Le, D. T.
author_sort Nguyen, X. C.
title Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs
title_short Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs
title_full Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs
title_fullStr Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs
title_full_unstemmed Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs
title_sort adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs
title_alt Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs
description Introduction. In this paper, the adaptive finite time controller is designed for flexible-joint manipulator (FJM) to stabilize oscillations and track the desired trajectory based on synergetic control theory (SCT) under disturbance inputs. The problem of the proposed work consists in the development of a mathematical model of the flexible joint while ignoring the nonlinear components of the actuator and synthesizing the control law that ensures the system stability within a settling time. The aim of this study is to use finite-time synergetic controller to ensure the reduction of system tracking error, avoid vibration and achieve steady state in a certain time period. An adaptive synergetic law is developed to solve the problem of uncertainty in the mathematical model of the actuator of FJM and input disturbances. Methodology. First, based on SCT the finite-time controller is constructed via the functional equation of the first manifold. The control law is designed to ensure the movement of the closed-loop system from an arbitrary initial state into the vicinity of the desired attractive invariant manifold, that is, the target attracting manifold. Secondly, to adjust the control law online, an adaptive law is developed to estimate the disturbance acting on the input. Then, the Lyapunov function is used to prove that the system can be stabilized in a sufficiently small neighborhood of the origin within finite time under input disturbances. Novelty. The implemented controller is effective in ensuring stability over a given time, minimizing the jitter problem while maintaining tracking accuracy and system robustness in the presence of input noise. Results. Numerical simulation and experimental results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed method. The research directions of the model were determined for the subsequent implementation of the results in experimental samples. References 25, table 1, figures 7.
publisher National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
publishDate 2025
url http://eie.khpi.edu.ua/article/view/323742
work_keys_str_mv AT nguyenxc adaptivefinitetimesynergeticcontrolforflexiblejointrobotmanipulatorwithdisturbanceinputs
AT ledt adaptivefinitetimesynergeticcontrolforflexiblejointrobotmanipulatorwithdisturbanceinputs
first_indexed 2025-07-17T11:50:39Z
last_indexed 2025-07-17T11:50:39Z
_version_ 1850412223323701248
spelling eiekhpieduua-article-3237422025-05-01T21:16:03Z Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs Adaptive finite-time synergetic control for flexible-joint robot manipulator with disturbance inputs Nguyen, X. C. Le, D. T. гнучко-шарнірний маніпулятор синергетична теорія управління кінцевий час управління функція Ляпунова адаптивне управління flexible-joint manipulator synergetic control theory finite-time control Lyapunov function adaptive control Introduction. In this paper, the adaptive finite time controller is designed for flexible-joint manipulator (FJM) to stabilize oscillations and track the desired trajectory based on synergetic control theory (SCT) under disturbance inputs. The problem of the proposed work consists in the development of a mathematical model of the flexible joint while ignoring the nonlinear components of the actuator and synthesizing the control law that ensures the system stability within a settling time. The aim of this study is to use finite-time synergetic controller to ensure the reduction of system tracking error, avoid vibration and achieve steady state in a certain time period. An adaptive synergetic law is developed to solve the problem of uncertainty in the mathematical model of the actuator of FJM and input disturbances. Methodology. First, based on SCT the finite-time controller is constructed via the functional equation of the first manifold. The control law is designed to ensure the movement of the closed-loop system from an arbitrary initial state into the vicinity of the desired attractive invariant manifold, that is, the target attracting manifold. Secondly, to adjust the control law online, an adaptive law is developed to estimate the disturbance acting on the input. Then, the Lyapunov function is used to prove that the system can be stabilized in a sufficiently small neighborhood of the origin within finite time under input disturbances. Novelty. The implemented controller is effective in ensuring stability over a given time, minimizing the jitter problem while maintaining tracking accuracy and system robustness in the presence of input noise. Results. Numerical simulation and experimental results are presented to illustrate the effectiveness of the proposed method. The research directions of the model were determined for the subsequent implementation of the results in experimental samples. References 25, table 1, figures 7. Вступ. У роботі розроблено адаптивний кінцевий регулятор часу для гнучкого шарнірного маніпулятора (FJM) для стабілізації коливань та відстеження бажаної траєкторії на основі синергетичної теорії управління (SCT) при вхідних збуреннях. Завдання пропонованої роботи полягає у розробці математичної моделі гнучкого шарніра з ігноруванням нелінійних складових приводу та синтез закону управління, що забезпечує стійкість системи протягом часу встановлення. Метою даного дослідження є використання кінцевочасного синергетичного регулятора для забезпечення зниження помилки відстеження системи, виключення вібрації та досягнення стійкого стану за певний проміжок часу. Розроблено адаптивний синергетичний закон для вирішення проблеми невизначеності в математичній моделі приводу FJM та вхідних збурень. Методологія. По-перше, на основі SCT будується кінцевий регулятор часу за допомогою функціонального рівняння першого різноманіття. Закон управління розроблений для забезпечення переміщення замкнутої системи з довільного початкового стану в область бажаного притягуючого інваріантного різноманіття, тобто цільового різноманіття. По-друге, для налаштування закону управління в режимі онлайн розробляється адаптивний закон для оцінки обурення, що діє на вході. Потім за допомогою функції Ляпунова доводиться, що система може бути стабілізована у досить малої околиці початку координат за кінцевий час при вхідних збуреннях. Новизна. Реалізований регулятор ефективний для забезпечення стійкості протягом заданого часу, мінімізуючи проблему коливань, зберігаючи точність відстеження та надійність системи за наявності вхідного шуму. Результати. Наведено чисельне моделювання та експериментальні результати для ілюстрації ефективності запропонованого методу. Визначено напрями досліджень моделі для подальшої реалізації результатів у експериментальних зразках. Бібл. 25, табл. 1, рис. 7. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025-05-02 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/323742 10.20998/2074-272X.2025.3.07 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 3 (2025); 45-52 Электротехника и Электромеханика; № 3 (2025); 45-52 Електротехніка і Електромеханіка; № 3 (2025); 45-52 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/323742/317132 Copyright (c) 2025 X. C. Nguyen, D. T. Le http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0

Схожі ресурси