Tổng hợp luật điều khiển trượt lai Super-Twisting và thích nghi bậc phân số cho hệ truyền động đầu tự dẫn đảm bảo khả năng chống nhiễu và độ chính xác cao
200 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.113.2026.58-65Từ khóa:
Gimbal hai trục; Điều khiển trượt bậc phân số; Thuật toán Super-Twisting; IIR Seeker; Chattering.Tóm tắt
Bài báo nghiên cứu tổng hợp luật điều khiển trượt lai Super-Twisting thích nghi bậc phân số (Adaptive Fractional-Order Super-Twisting Sliding Mode Control - AFOSTSMC) nhằm nâng cao hiệu suất ổn định đường ngắm (LOS) cho hệ truyền động gimbal hai trục của đầu tự dẫn quang điện tử. Hệ thống gimbal có động lực học phi tuyến mạnh, chịu ảnh hưởng bởi mô-men quán tính biến thiên theo góc quay, hiện tượng ảnh hưởng chéo giữa hai kênh Yaw-Pitch và các nhiễu loạn bất định. Luật điều khiển đề xuất là sự kết hợp giữa ba kỹ thuật: (1) Đạo hàm bậc phân số Caputo giúp tăng tốc độ hội tụ và độ mượt của đáp ứng sai số; (2) Thuật toán Super-Twisting (STA) giúp triệt tiêu hiện tượng chattering; và (3) cơ chế thích nghi giúp tự động hiệu chỉnh hệ số của bộ điều khiển trực tuyến để bù các thành phần nhiễu chưa biết biên. Tính ổn định của hệ thống được chứng minh thông qua lý thuyết Lyapunov và tiêu chuẩn hội tụ Mittag-Leffler. Kết quả khảo sát trên mô hình hệ truyền động kích thước nhỏ cho thấy ưu điểm của luật lai AFOSTSMC so với các phương pháp STSMC và AFOSMC.
Tài liệu tham khảo
[1]. Hilkert, J., “Inertially stabilized platform technology concepts and principles”, IEEE Control Systems Magazine, 28, 1, 26-46, (2008). DOI: https://doi.org/10.1109/MCS.2007.910256
[2]. Altan, A. and R. Hacioğlu, “Modeling of three-axis gimbal system on unmanned air vehicle (UAV) under external disturbances”, 2017 25th Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU), (2017). DOI: https://doi.org/10.1109/SIU.2017.7960196
[3]. Ekstrand, B., “Equations of motion for a two-axes gimbal system”, IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 37, 3, 1083-1091, (2001). DOI: https://doi.org/10.1109/7.953259
[4]. Bai, Y., et al., “Design and analysis of Roll-Swing imaging seeker scan scheme”, 2010 The 2nd International Conference on Industrial Mechatronics and Automation, (2010).
[5]. Jiang, H., H. Jia, and Q. Wei, “Analysis of zenith pass problem and tracking strategy design for roll–pitch seeker”, Aerospace Science and Technology, 23, 1, 345-351, (2012). DOI: https://doi.org/10.1016/j.ast.2011.08.011
[6]. Abdo, M.M., et al., “Stabilization loop of a two axes gimbal system using self-tuning PID type fuzzy controller”, ISA transactions, 53, 2, 591-602, (2014). DOI: https://doi.org/10.1016/j.isatra.2013.12.008
[7]. Seong, K.-J., et al., “The stabilization loop design for a two-axis gimbal system using LQG/LTR controller”, 2006 SICE-ICASE International Joint Conference, (2006). DOI: https://doi.org/10.1109/SICE.2006.315268
[8]. Utkin, V., J. Guldner, and J. Shi, “Sliding mode control in electro-mechanical systems”, CRC press, (2017). DOI: https://doi.org/10.1201/9781420065619
[9]. Phuong, N.V., et al., “Designing a Robust Control System Based on Sliding Mode Control for Two-axis Gimbal Systems”, 2024 Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElCon), (2024). DOI: https://doi.org/10.1109/ElCon61730.2024.10468229
[10]. Utkin, V., et al., “Conventional and high order sliding mode control”, Journal of the Franklin Institute, 357, 15, 10244-10261, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jfranklin.2020.06.018
[11]. Rivera, J., et al., “Super-twisting sliding mode in motion control systems”, Sliding mode control, 1, 237-254, (2011). DOI: https://doi.org/10.5772/14532
[12]. Gonzalez, T., J.A. Moreno, and L. Fridman, “Variable gain super-twisting sliding mode control”, IEEE Transactions on Automatic Control, 57, 8, 2100-2105, (2011). DOI: https://doi.org/10.1109/TAC.2011.2179878
[13]. Thinh Huynh, Young-Bok Kim, “A study on gimbal motion control system design based on super-twisting control method”, Journal of the Korean Society for Precision Engineering, 38, 2, 115-122, (2021). DOI: https://doi.org/10.7736/JKSPE.020.077
[14]. Naderolasli, A. and M. Tabatabaei, “Stabilization of the two-axis gimbal system based on an adaptive fractional-order sliding-mode controller”, IETE Journal of Research, 63, 1, 124-133, (2017). DOI: https://doi.org/10.1080/03772063.2016.1229581
[15]. Olsson, H., et al., “Friction models and friction compensation”, Eur. J. Control, 4, 3, 176-195, (1998). DOI: https://doi.org/10.1016/S0947-3580(98)70113-X
[16]. Hoang Anh Tan, et al., “Improvement of ride quality for a wheel loader with semi-active cab isolation system via fuzzy self-tuning of PID controller”, Journal of Military Science and Technology, FEE, 197-203, (2023). DOI: https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.FEE.2023.197-203
