طراحی کنترل‌کننده مد لغزشی انتگرالی فازی مبتنی بر پسیویتی برای سیستم‌های فازی T-S با در نظرگرفتن اشباع محرک

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر - دانشگاه صنعتی شیراز

چکیده

در این مقاله، یک کنترل‌کننده مدلغزشی انتگرالی فازی (FISMC) مبتنی بر معیار پسیویتی برای دسته‌ای از سیستم‌های غیرخطی به‌همراه عدم‌قطعیت‌های سازگار و ناسازگار و اغتشاشات خارجی و با در نظرگرفتن قید اشباع محرک ارائه می‌شود. هدف کنترل آن است که با طراحی یک کنترل‌کننده مقاوم پایداری متغیرهای حالت را درحضور نایقینی‌ها تضمین کرده و با اعمال قید روی دامنه ورودی کنترلی محدودیت‌های عملی برآورده شوند. به‌منظور اعمال قید روی محرک از مدل فازی T-S برای نشان‌دادن رفتار غیرخطی تابع اشباع استفاده می‌گردد. قابلیت انتخاب مناسب مقدار ماکزیمم دامنه سیگنال ورودی از دیگر مزیت‌های روش پیشنهادی می‌باشد. شرایط پایداری با استفاده از تئوری لیاپانوف و با در نظرگرفتن معیار پسیویتی، استخراج‌شده و به‌صورت نامساوی‌های ماتریسی خطی بیان می‌گردد. درنهایت، نتایج شبیه‌سازی اثربخشی و برتری روش پیشنهادی را نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Dissipativity-based Fuzzy Integral Sliding Mode Control Design for T-S Fuzzy Systems with Actuator Saturation

نویسندگان [English]

  • S. Keshavarzi
  • M. Shasadeghi
  • T. Binazadeh
Faculty of Electrical and Computer Engineering, Shiraz University of Technology, Shiraz, Iran,
چکیده [English]

In this paper, a dissipativity-based fuzzy integral sliding mode control (FISMC) is proposed for a class of nonlinear systems with matched/unmatched uncertainties and external disturbance and with consideration actuator saturation. The control aim is to design a robust controller such that guarantees the stability of the state variables in the presence of uncertainties and applying the constraint on the control input amplitude, to overcome  the practical limitation. To do this, Takagi-Sugeno fuzzy model is used to represent the nonlinear behavior of a saturated actuator. Ability to appropriate select the maximum control input amplitude is another advantage of the proposed idea .By using Lyapunov theory, stability conditions are derived with a strictly dissipative performance and expressed as linear matrix inequality (LMI) conditions. Finally, simulation results illustrates the effectiveness and priority of the proposed approach.

کلیدواژه‌ها [English]

  • T-S fuzzy system
  • fuzzy integral sliding mode control
  • matched/unmatched uncertainty
  • actuator saturation
  • linear matrix inequality (LMI)
  • dissipativity

مراجع

[1]      K. Tanaka and H. O. Wang, Fuzzy control systems design and analysis: a linear matrix inequality approach. John Wiley & Sons, 2004.
[2]      افروز ناصری و محمدحسن آسمانی، «کنترل‌کننده مبتنی بر رؤیت‌گر در سیستم‌های فازی TS با متغیرهای مقدم قواعد نامعلوم در حضور اشباع ورودی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 48، شماره 1، صفحه 335-343، بهار 97.
[3]      G. Liu, X. Liu and Y. Zeng, "A new fuzzy lyapunov function approach to stability analysis and control synthesis for Takagi-Sugeno fuzzy systems," 25th Chinese Control and Decision Conference (CCDC), Guiyang, China, pp. 3068-3073, 2013.
[4]      K. D. Young, Variable structure systems, sliding mode and nonlinear control. Edited by Ümit Özgüner. Vol. 247. London: Springer, 1999.
[5]      H. Mirza Tariq, C. Edwards and H, Alwi, Fault tolerant control schemes using integral sliding modes, Springer, 2016.
[6]      E.S. Sinekli and R. Coban, "Dynamic integral sliding mode control of an electromechanical system." Mechanical, System and Control Engineering (ICMSC), 2017 International Conference on. IEEE, 2017.
[7]      W. Gao and JC. Hung, "Variable structure control of nonlinear systems: A new approach," vol. 40, no. 1, pp. 45-55, 1993.
[8]      علی کرمی ملائی، «طراحی کنترل‌کننده حالت لغزشی دینامیکی در حضور نامعینی‌های سازگار و ناسازگار بدون چترینگ برای سیستم‌های غیرخطی مرتبه دوم»، مجله کنترل، جلد 9، شماره 1، 1394.
[9]      Y. Pan, C. Yang, L. Pan and H. Yu, "Integral sliding mode control: performance, modification, and improvement," vol. 14, no. 7, pp. 3087-3096, 2018.
[10]      Oveisi, Atta and Tamara Nestorović. "Robust observer-based adaptive fuzzy sliding mode controller." Mechanical Systems and Signal Processing,  vol. 76, pp. 58-71, 2016.
[11]      W. J. Chang and F. L. Hsu, "Sliding mode fuzzy control for Takagi–Sugeno fuzzy systems with bilinear consequent part subject to multiple constraints." Information Sciences vol. 327, pp. 258-271, 2016.
[12]      Q. Gao, L. Liu, G. Feng, Y. Wang and J. Qiu, “Universal fuzzy integralsliding-mode controllers based on T-S fuzzy models,” IEEE Trans. Fuzzy Syst., vol. 22, no. 2, pp. 350-362, 2014.
[13]      Y. Wang, H. Shen, H. R. Karimi and D. Duan, "Dissipativity-based fuzzy integral sliding mode control of continuous-time TS fuzzy systems." IEEE Transactions on Fuzzy Systems, vol. 26 , no. 3, pp. 1164-1176,2018.
[14]      Q. Gao, G. Feng, Z. Xi, Y. Wang and J. Qiu, “Robust H-inf control of T-S fuzzy time-delay systems via a new sliding-mode scheme,” IEEE Trans. Fuzzy Syst., vol. 22, no. 2, pp. 459-465, 2014.
[15]      Q. Gao, G. Feng, Z. Xi, Y. Wang and J. Qiu, “A new design of robust H_inf sliding mode control for uncertain stochastic T-S fuzzy time-delay systems,” IEEE Trans. Cybern., vol. 44, no. 9, pp. 1556-1566, Sep. 2014.
[16]      S. Bezzaoucha, B. Marx, D. Maquin and J. Ragot, "Linear feedback control input under actuator saturation: A Takagi-Sugeno approach," 2nd International Conference on Systems and Control( ICSC), Marrakech, Morocco, 2012.
[17]      S. Bezzaoucha, B. Marx, D. Maquin and J. Ragot, "Stabilization of nonlinear systems subject to uncertainties and actuator saturation." American Control Conference (ACC), IEEE, 2013.
[18]      S. Bezzaoucha, B. Marx, D. Maquin and J. Ragot, "State and output feedback control for Takagi–Sugeno systems with saturated actuators," International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, vol. 30, no. 6, pp. 888-905, 2016.
[19]      D. Saifia , M. Chadli, S. Labiod and T. M. Guerra. "Robust H∞ static output feedback stabilization of TS fuzzy systems subject to actuator saturation." International Journal of Control, Automation and Systems, vol. 10, no. 3, pp. 613-622, 2012.
[20]      Y. Ma, and M. Chen. "Memory feedback  H∞ control of uncertain singular T–S fuzzy time-delay system under actuator saturation." Computational and Applied Mathematics , vol. 36, no. 1, pp. 493-511, 2017.
[21]      X. Zhang and J. Zhao. “Guaranteed cost control of uncertain discrete-time Switched linear systems with actuator  saturation’’, Control and Decision Conference (CCDC), 2013 25th Chinese. IEEE, 2013.
[22]      L. Yu, Q-L. Han and M-X. Sun. "Optimal guaranteed cost control of linear uncertain systems with input constraints." International Journal of Control, Automation, and Systems, vol. 3, no. 3, pp. 397-402, 2005.
[23]      H. Li, J. Wang and P. Shi. "Output-feedback based sliding mode control for fuzzy systems with actuator saturation." IEEE Transactions on Fuzzy Systems, vol. 24, no. 6, pp. 1282-1293,2016.
[24]      مریم شهریاری کاهکشی، «کنترل سطح دینامیکی دسته‌ای از سیستم‌های غیرخطی نامعین در حضور اشباع عملگر و اغتشاش خارجی نامعین»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 47، شماره 4، صفحه 1537-1549، زمستان 96.
[25]      F. Castaños and. C. Fridman, "Analysis and design of integral sliding manifolds for systems with unmatched perturbations," vol. 51, no. 5, pp. 853-858, 2006.
[26]      T. Binazadeh and M. Bahmani, "Robust time-varying output tracking control in the presence of actuator saturation," Transactions of the Institute of Measurement and Control ,vol. 40, no. 1, pp. 61-70, 2018.
[27]      H.-N. Wu and K.-Y. Cai, "H2 guaranteed cost fuzzy control for uncertain nonlinear systems via linear matrix inequalities,"Fuzzy sets and systems, vol. 148, no. 3, pp. 411-429, 2004.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار