شماره ركورد
34104
پديد آورنده
فربود شكوهي ثابت جلالي
عنوان
گسترش الگوريتم تطبيقي–فازي–مود لغزشي با رويكرد بهبود كاركرد كنترلي و ساخت و پيادهسازي آن بر آونگ وارون روي ارابه با اصطكاك غير خطي بالا
مقطع تحصيلي
دكتري
رشته تحصيلي
دكتري مهندسي مكانيك - گرايش طراحي كاربردي - ديناميك، كنترل و ارتعاشات
سال تحصيل
1404
تاريخ دفاع
1404/07/30
استاد راهنما
دكتر اميرحسين دوايي مركزي
استاد مشاور
دكتر اسماعيل خان ميرزا
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
سيستم آونگ وارون روي ارابه متحرك (IPC) به دليل ماهيت فرو-عملگر، ديناميك غيرِ خطي، كوپلينگهاي ميان درجات آزادي و وجود اصطكاك غيرِ خطي بالا، از چالشهاي اصلي در مهندسي كنترل غيرِ خطي به شمار ميرود. اين سيستم به سبب ناپايداري ذاتي و حساسيت بالا به اغتشاشها، نيازمند طراحي كنترلكنندهاي است كه همزمان پايداري، دقت و مقاومت در برابر عدم قطعيتها را تضمين كند.
در اين پژوهش، كنترلكننده تطبيقي-فازي-مود لغزشي (AFSMC) براي سيستم IPC با اصطكاك غيرِ خطي بالا توسعه مييابد و پيادهسازي ميشود. اين الگوريتم با تركيب مزاياي كنترل مود لغزشي براي تضمين پايداري، منطق فازي براي تقريب بخشهاي نامعين سيستم و بخش تطبيقي براي تنظيم برخط پارامترها، امكان كاهش لرزش، جبران اغتشاشهاي خارجي كراندار و مديريت تغييرات پارامتري را فراهم ميكند. براي بهبود كاركرد AFSMC، نوآوريهايي ارائه ميشود: «طراحي سطح لغزشي نوين (VPERRL) كه همگرايي سريعتر و كاهش نوسانها را فراهم ميكند»، «معرفي تابع تقريب علامت شكوهي-مركزي براي كاهش لرزش ناخواسته در سيگنال كنترل» و «استفاده از تخمين تجربي نيروي اصطكاك براي اصلاح برخط نيروي ورودي كنترلي».
كاركرد كنترلكننده پيشنهادي در محيطهاي شبيهسازي و آزمايشگاهي ارزيابي ميشود و نتايج نشان ميدهد كه AFSMC+ VPERRLتوسعهيافته، در سنجش با كنترلكنندههاي مرسوم SMC و AFSMC، از پايداري و دقت بالاتري برخوردار است. نتيجهها بيانگر كاهش زمان نشست مناسب، فَرا-جَهِش كمينه و خطاي حالت ماندگار در شرايط گوناگون عملياتي و وجود نويز حسگر است.
اين پژوهش بيان ميكند كه روش AFSMC توسعهيافته، چهارچوبي عملي و قابل اعتماد براي كنترل سيستمهاي فرو-عملگر پيچيده با ديناميك غيرِ خطي و اصطكاك شديد فراهم ميآورد و ميتواند مبنايي براي توسعه روشهاي كنترلي تركيبي تطبيقي–فازي–مود لغزشي در كاربردهاي صنعتي و تحقيقاتي باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/12
عنوان به انگليسي
Extension of the Adaptive Fuzzy Sliding Mode Control (AFSMC) Algorithm with an Approach to Improving Control Performance and Its Construction and Implementation on the Inverted Pendulum on Cart with High Nonlinear Friction
تاريخ بهره برداري
10/22/2025 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
فربود شكوهي ثابت جلالي
چكيده به لاتين
The Inverted Pendulum on a Cart (IPC) system represents one of the fundamental challenges in nonlinear control engineering due to its underactuated nature, nonlinear dynamics, coupling between degrees of freedom, and significant nonlinear friction. Given its inherent instability and high sensitivity to disturbances, this system requires a controller design that simultaneously ensures stability, accuracy, and robustness against uncertainties.
In this research, an Adaptive-Fuzzy Sliding Mode Controller (AFSMC) is developed and implemented for the IPC system with high nonlinear friction. By integrating the advantages of sliding mode control for stability guarantee, fuzzy logic for approximating uncertain system components, and an adaptive mechanism for online parameter adjustment, this algorithm effectively mitigates chattering, compensates for bounded external disturbances, and manages parametric variations. The following innovations are introduced to enhance AFSMC performance: 1) design of a novel sliding surface (VPERRL) enabling faster convergence and reduced oscillations, 2) implementation of the Shokouhi-Markazi sign function approximation to suppress unwanted control chattering, and 3) utilization of empirical friction estimation for real-time correction of control input forces.
The performance of the proposed controller is evaluated through both simulations and experimental implementations. Results demonstrate that the developed AFSMC+VPERRL framework achieves superior stability and accuracy compared to conventional SMC and AFSMC controllers. Key improvements include appropriate settling time reduction, minimized overshoot, and reduced steady-state error under various operational conditions and sensor noise.
This study establishes that the developed AFSMC method provides a practical and reliable framework for controlling complex underactuated systems with nonlinear dynamics and significant friction, potentially serving as a foundation for hybrid adaptive-fuzzy-sliding mode control strategies in industrial and research applications.
كليدواژه هاي فارسي
كنترل تطبيقي فازي مود لغزشي , كنترل مود لغزشي , سطح لغزشي , تابع تقريب علامت شكوهي - مركزي , آونگ وارون روي ارابه , آونگ معكوس روي ارابه , پاندول معكوس روي گاري , اصطكاك غيرخطي , كنترل غيرخطي
كليدواژه هاي لاتين
Adaptive Fuzzy Sliding Mode Controller (AFSMC) , Sliding Mode Control (SMC) , Inverted Pendulum on a Cart (IPC) , VPERRL Sliding Surface , Sign Approximation Function , Nonlinear Friction , Nonlinear control
Author
Farbood Shokouhi Sabet Jalali
SuperVisor
Amir Hossein Davaie Markazi