Tracking Control of Euler-Lagrangian Systems with Prescribed State, Input, and Temporal Constraints

要約

状態、入力、および時間的（SIT）制約によって誘導される厳しい動作領域を持つオイラーラグランジアン（EL）システムのスムーズな追跡制御ポリシーの統合は、非常に困難な作業です。
ELモデルのパラメーターと不確実性の境界に関する事前知識を利用する既存の方法とは対照的に、この研究では、状態および入力制約の下での追跡エラーの局所規定の時間収束を確保するために、近似のない適応バリア機能ベースの制御ポリシーを提案します。
提案された制御ポリシーは、フィルタリングされた追跡エラーに埋め込まれたスムーズな時間ベースのジェネレーター関数を利用することによりこれを達成します。これは、制御アクションを制限し、フィルタリングされた追跡エラーの時間変数を施行することにより規定の制限内に状態を制限する飽和関数と組み合わせます。
重要なことに、最小制御機関に関連する対応する実現可能性条件、制御ポリシーの最大妨害除去能力、および初期条件の実行可能なセットが導出され、SIT制約の相互作用から生じるELシステムの狭い動作ドメインを照らします。
提案されたスキームの有効性を実証するために、3つの異なるロボットマニピュレーターを用いた数値検証研究が採用されています。
提案されたスキームの優れたパフォーマンスを説明するために、主要な代替デザインを使用した詳細なパフォーマンス比較研究も行われます。

要約(オリジナル)

The synthesis of a smooth tracking control policy for Euler-Lagrangian (EL) systems with stringent regions of operation induced by state, input and temporal (SIT) constraints is a very challenging task. In contrast with existing methods that utilize prior knowledge of EL model parameters and uncertainty bounds, this study proposes an approximation-free adaptive barrier function-based control policy to ensure local prescribed time convergence of tracking error under state and input constraints. The proposed control policy accomplishes this by utilizing smooth time-based generator functions embedded in the filtered tracking error, which is combined with a saturation function that limits control action and confines states within the prescribed limits by enforcing the time-varying bounds on the filtered tracking error. Importantly, corresponding feasibility conditions pertaining to the minimum control authority, maximum disturbance rejection capability of the control policy, and the viable set of initial conditions are derived, illuminating the narrow operating domain of the EL systems arising from the interplay of SIT constraints. Numerical validation studies with three different robotic manipulators are employed to demonstrate the efficacy of the proposed scheme. A detailed performance comparison study with leading alternative designs is also undertaken to illustrate the superior performance of the proposed scheme.

arxiv情報

提供元, 利用サービス

arxiv.jp, Google