نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسنده
گروه مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران.
چکیده
هدف: امروزه از سیستمهای رباتیک به صورت وسیعی در پیشبرد عملیات صنعتی بهره گرفته میشود؛ بنابراین، اتخاذ تصمیمات کنترلی مناسب جهت تضمین کارایی این سیستمها امری حیاتی است. لازم است معیارهایی همچون مدت زمان عملیات و سرعت پاسخدهی، هزینه کنترلی و خطای سیستم با ارایه روش مناسبی به صورتی کنترل شوند تا عملیات صنعتی به نحو موفقیتآمیزی انجام شود؛ لذا این مقاله دو هدف اصلی را دنبال میکند: 1- کنترل سیستم رباتیک از طریق ارایه یک روش مبتنی بر حسابان مرتبه کسری به صورتی که قادر باشد باوجود پیچیدگی و غیر خطیگری در سیستم آن را کنترل نماید و 2- ارایه الگوریتم فرا ابتکاری "بهبودیافته گرگ خاکستری" جهت بهینهسازی پاسخ سیستم.
روششناسی پژوهش: ابتدا مدل ریاضی ربات بر مبنای قوانین لاگرانژ ارایه میشود و سپس از حسابان مرتبه کسری جهت طراحی کنترلکننده بهره گرفته میشود. علاوهبرآن، کارایی الگوریتم گرگ خاکستری با ارایه روش بهبودیافته افزایش مییابد.
یافتهها: توابع هزینه مختلف برمبنای معیارهای عملکردی اصلی سیستم رباتیک معرفی و الگوریتم بهبودیافته بر آنها اعمال میشود. نتایج حاصل از مقایسه الگوریتم پیشنهادی با الگوریتمهای دیگر، نشاندهنده عملکرد مطلوب الگوریتم پیشنهادی هستند. علاوهبرآن، کارایی کنترلکننده مرتبه کسری با معادل مرتبه صحیح آن مقایسه میشود و نتایج نشاندهنده بهبود قابلتوجه عملکرد سیستم هستند.
اصالت/ارزش افزوده علمی: کنترلکننده پیشنهادی قادر است باوجود پیچیدگی و غیر خطیگری در مدل سیستم، آن را بهخوبی کنترل نماید. علاوهبرآن با الهام از الگوریتم گرگ خاکستری، روش بهینهسازی بهبودیافتهای ارایه میشود که قادر به افزایش کارایی سیستم کنترلشده باشد. نتایج عددی عملکرد مطلوب کنترلکننده و الگوریتم بهینهسازی بهبودیافته را نشان میدهند.
کلیدواژهها
- بهینهسازی
- الگوریتمهای فرا ابتکاری
- الگوریتم گرگ خاکستری بهبودیافته
- سیستم رباتیک صنعتی
- کنترلکننده مرتبه کسری
موضوعات
عنوان مقاله [English]
An improved meta-heuristic algorithm to optimize the fractional-order controller for an industrial manipulator with a parallelogram structure
نویسنده [English]
- Nazila Nikdel
Department of Electrical and Computer Engineering, Urmia University, Urmia, Iran.
چکیده [English]
Purpose: Nowadays, robotic systems are widely used in advanced industrial operations. Therefore, making appropriate control decisions to ensure the efficiency of these systems is critical. Criteria such as operation time and response speed, control cost, and system error need to be controlled by providing appropriate methods to ensure the successful performance of industrial operations. Therefore, this article pursues two main objectives: 1) controlling the robotic system by presenting a method based on fractional-order calculus so that it can control the system despite its complexity and non-linearity, 2) presenting the meta-heuristic algorithm "Improved Grey Wolf" to optimize the system response.
Methodology: First, the mathematical model of the robot is presented based on Lagrange rules, and then the fractional-order calculus is used to design the controller. In addition, the efficiency of the grey wolf algorithm is increased with the introduction of an improved method.
Findings: Different cost functions based on the main performance criteria of the robotic system are introduced, and an improved algorithm is applied to them. The comparison results of the proposed algorithm and other algorithms, indicate its satisfying performance. In addition, the efficiency of the fractional-order controller is compared with its integer-order counterpart, and the results show a significant improvement in system performance.
Originality/Value: The proposed controller can control the system well despite its complexity and non-linearity. In addition, inspired by the Grey Wolf algorithm, an improved optimization method is proposed that can increase the efficiency of the controlled system. Numerical results show the satisfying performances of the proposed controller and the improved optimization algorithm.
کلیدواژهها [English]
- Optimization
- Meta-heuristic algorithm
- Improved Grey Wolf algorithm
- Industrial robotic system
- Fractional-order controller