نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

دانشگاه ارومیه

10.22105/dmor.2021.308886.1492

چکیده

هدف: امروزه از سیستمهای رباتیک به‌صورت وسیعی در پیشبرد عملیات صنعتی بهره گرفته می شود. بنابراین، اتخاذ تصمیمات کنترلی مناسب جهت تضمین کارایی این سیستم ها امری حیاتی است. لازم است یک کنترل کننده مناسب پیشنهاد شود که با تضمین معیارهایی همچون سرعت پاسخ بالا، مدت زمان عملیات، هزینه کنترلی و خطای سیستم کم، عملیات صنعتی را به صورت کارآمد انجام دهد. لذا هدف اول این مقاله ، کنترل سیستم رباتیک بر اساس حسابان مرتبه کسری به صورتی که قادر باشد با وجود پیچیدگی و غیرخطی گری در سیستم آن را کنترل کند؛ هدف دوم، ارائه الگوریتم فراابتکاری "بهبود یافته گرگ خاکستری" جهت بهینه سازی پاسخ سیستم.

روش‌شناسی پژوهش: ابتدا مدل ریاضی ربات بر مبنای قوانین لاگرانژ ارائه می شود و سپس از حسابان مرتبه کسری جهت طراحی کنترل کننده بهره گرفته می شود. علاوه بر آن، کارایی الگوریتم گرگ خاکستری، با ارائه روش بهبود یافته افزایش می یابد.

یافته ها: توابع هزینه مختلف برمبنای معیارهای عملکردی اصلی سیستم رباتیک معرفی و الگوریتم بهبود یافته بر آن ها اعمال می شود. نتایج حاصل از مقایسه الگوریتم پیشنهادی با الگوریتم های دیگر، نشان دهنده عملکرد مطلوب الگوریتم پیشنهادی هستند. علاوه بر آن، کارایی کنترل کننده مرتبه کسری با معادل مرتبه صحیح آن مقایسه می شود و نتایج نشان دهنده بهبود قابل توجه عملکرد سیستم هستند.

اصالت/ارزش افزوده علمی: کنترل کننده پیشنهادی قادر است با پیچیدگی ها و غیرخطی گری های مدل سیستم مقابله کند و عملکردی مطلوب را نتیجه دهد. علاوه بر آن با الهام از الگوریتم گرگ خاکستری، روش بهینه سازی بهبود یافته ای ارائه می شود که قادر به افزایش کارایی سیستم کنترل شده باشد. نتایج عددی عملکرد مطلوب کنترل کننده و الگوریتم بهینه سازی بهبود یافته را نشان می دهند.

کلیدواژه‌ها

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

عضو هیات علمی

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. An appropriate controller should be proposed to ensure effective industrial operations by satisfying desired performance indices such as high response speed, low operation time, control effort, and tracking error. Therefore, the first objective of this paper is controlling the robotic system based on fractional-order calculus so that it can control the system despite its complexity and non-linearity; The second objective is 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. 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 confront the complexities and non-linearities of the system model and fulfill a satisfactory performance. 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]

  • meta-heuristic algorithm
  • Improved grey wolf algorithm
  • industrial robotic system
  • fractional-order controller