كنترل غيرخطي بهينه براي سيستم زيرفعال جرثقيل دو بعدي بر مبناي الگوريتم جستجوي هارموني

Optimal Nonlinear Control for a 2D Under-Actuated Crane System Based on Harmony Search Algorithm

جرثقيل دوبعدي، يك سيستم زير فعال است و از اين رو مسئله كنترل چنين سيستم‌هايي تا حدودي پيچيده مي‌باشد. در اين مقاله به طراحي كنترل كننده‌هاي خطي سازي فيدبك جزئي و مود لغزشي براي يك سيستم جرثقيل كانتينر دو بعدي با طول كابل متغير پرداخته شده است. از آنجايي كه مدل ديناميكي سيستم بيان دقيقي از رفتار واقعي سيستم نيست و سيستم داراي عدم قطعيت مي‌باشد، لذا كنترل كننده‌اي طراحي شده كه تا حدودي اثرات عدم قطعيت مدل و اغتشاشات خارجي را كاهش داده و در مقابل اين عوامل مقاوم باشد. از آنجا كه سيستم مورد مطالعه، يك سيستم زيرفعال است، به منظور طراحي كنترل كننده، ابتدا ديناميك سيستم به دو بخش فعال و غيرفعال تفكيك و سپس، پايداري كنترل كننده‌هاي طراحي شده مورد بررسي قرار گرفته است. در ادامه، يك تابع هدف به صورت تركيب معيار انتگرال خطا و نرخ تغيير سيگنال كنترلي در نظر گرفته شده است. تابع هدف معرفي شده، به كمك الگوريتم‌هاي جستجوي هارموني و ازدحام ذرات، مينيمم شده و مقادير بهينه براي پارامترهاي كنترلي استخراج شده است، تا امكان مقايسه عملكرد كنترلرها در شرايط بهينه آنها فراهم شود. نتايج شبيه سازي، حاكي از عملكرد مناسب كنترل كننده‌هاي خطي سازي فيدبك جزئي و مود لغزشي بهينه شده به كمك الگوريتم جستجوي هارموني در حضور عدم قطعيت پارامتري، اغتشاش خارجي متغير با زمان، و نويز سنسورها مي باشد.

Container crane is an under-actuated system, which is why it is much more difficult to control such systems. In this paper, partial feedback linearization and sliding mode controllers are employed to control a 2D container crane with varying cable length. Since, the dynamic model of the system cannot present the real one and the system contains some uncertainties, a controller is designed to reduce the effect of model uncertainties and external disturbances. Since the considered system is under-actuated, in order to design controller, first, dynamics of the system is divided into two parts, actuated and under-actuated. Then, stability of the controllers is discussed. An objective function is considered as the combination of integral of absolute error and rate of variation of control signal. The introduced objective function is minimized employing Harmony Search and particle swarm optimization algorithms and optimum values for parameters of the designed controllers are determined to make it possible to compare performance of the mentioned controllers in their optimum conditions. Simulation results show suitable performance of the designed controllers by harmony search algorithm for the 2D crane in the presence of mass uncertainty, actuator disturbances and sensor noises.