TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.4, April 201 4, pp. 2613 ~ 2 6 2 1   DOI: http://dx.doi.org/10.11591/telkomni ka.v12i4.4342          2613     Re cei v ed Se ptem ber 6, 2013; Re vi sed  Octob e r 14, 2 013; Accepte d  Octob e r 31,  2013   Robust Adaptive Sliding Mode Control Based on Fuzzy  Compensation for Robot      Yufeng LI 1 *, Kui w u  LI 2 , Yutian PAN 1 , Kelei LI 1   1 School of Co mputer an d Co ntrol Eng i n eeri ng, Nort h Un iv ersit y  of C h in a,  T a i y u an 0 3 0 0 51, Chi n a   2 North w est Institute of Mecha n ical & El ectr ic al Eng i ne eri ng,  Xia n y a ng 7 1 2 099, Ch in a   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : 1133 46 71@ q q .com       A b st r a ct   Aimed at the  prob le ms of l o w   control ac curacy an d w eak rob u stnes s influe nce d  b y  externa l   disturb ance, fri c tion, lo ad c h a nges,  mo de lin g errors  an d o t her issu es i n   ammuniti on  au to-loa din g  ro b o t   control system, a new robus t  adaptive fu z z y  s l iding  mo de  controller based on  fu z z y  compensation is   proposed. The  control  arc h itec ture em ploys fu z z y  system s t o  com p ensate  adaptively for plant unc ertainties   to disti ngu ish  different  distur banc e co mpe n s ation  ter m s a nd  appr oxi m at e e a ch  of the m  r e spectiv e ly.  T h e   stability of the r obust ad aptiv e fu zz y  sli d i ng  mode co ntrol (S MC) and the c onver genc e of the tracking  error s   are e n sure d b y  usin g the L y apu nov th eor y. By analy z i n g an d co mp ar ing th e si mu la tion res u lts, it is   obviously  shown that  the c o ntrol system  c an lighten t he  effect  on the c ontrol syst em   caused by  diff erent   disturbance fac t ors and elim inate the  system chattering  inst ead  of traditional SMC. As  a r e sult, the contr o system  has gr eat  dy nam i c   fe atures  and robust stabilit y and  m eets the r e quir e ment  that  the actual  motion  of amm u nition  auto- loading robot quick ly tracks the scheduled trajectory.     Ke y w ords : fu z z y  co mp ens ati on, slid ing  mo d e  contro l, no nl i near syste m , u n certai nty distu r banc e      Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  It is wid e ly reco gni zed th at rob o tic  ro bot  have to  face m any u n ce rtaintie s i n  their  dynamics,in particula r structur ed un ce rtainty,su ch as payloa d  para m eter, a nd  u n structu r ed   one,such a s  f r iction  a nd  di sturb a n c e  [1]. It is  di fficult t o  obtai n the   desi r ed   control pe rforman c whe n  the  co ntrol alg o rith m is only b a se d on  th e  robot dyn a m ic mo del.  To overcom e  this   probl em,  a n  adaptive co ntrol of  robot robot  u s in fu zzy co mpe n sator wa s de si gned   in  [1], a nd  the adaptive  control sch e m es utili zed  an fuzzy l ogi c syst em (FL S ) as a  com pen sator fo any  uncertainty. I n  [2] a  fuzzy  co mpe n satio n  ba se d o n   comp uted  torque  co ntrolle r i s  d e si gne d  to   handl in evitable un certai nties,an the  fuzzy co mp e n sative  co ntroller i s  u s ed  for  app roxima ting  lumped  un ce rtainty. A practical a nd  effective co mpen sato r b a se d o n  a d a p tive fuzzy l ogi system s is e m ployed to compen sate t he joint fricti on in [3-6]. The basi c  ide a  of the adaptive   fuzzy logi c co ntrol ari s e s  from the fact a wide  cla s s of nonlinea r sy stem  ca n be  approximated  to   arbitrary cl osene ss  by a fuzzy lo gic  syst em. Adaptive  fuzzy e s tima tor provide s  a  tool for ma ki ng  use  of the fuzzy info rmati on in a  syst ematic a nd e fficient mann er.Hsu  Chu n - Fei et al [7,  8]  sug g e s ted th e method s of  robu st wavel e t-ba s ed ada ptive  neural  controlle r de si gn with a fu zzy  comp en sato r. But the  structure  of ne ural  network   and   the ad aptive l a ws h a ve to  be fou nd  by the   trial-a nd-erro r method. To  overcome th ese difficu ltie s, in [9] a ro bust ad aptive  fuzzy control  o f   robot s ba sed  on fuzzy com pen sation  wa s pro p o s ed.   In the re cent  decade, slidi ng mod e  con t rol (SM C which  has  goo d co ntrol p e rf orma nce   for nonlin ea r system s, wa s used in ro botic robot  control in [10,  11], and the most sig n ificant  prop erty of S M C i s  it s rob u stne ss.In fa ct, a p u re  S M C suffers  f r om some   di sadvantag es. First,  there is the  probl em of chattering, which is  the hi gh-frequency oscilla tions  of the controller  output, bro u g h t about by the high  spe e d  swit chin n e ce ssary for  the establi s h m ent of a sli d ing  mode. Se con d , an SM C is extremely vu lnera b le to m easure  noi se  sin c e th e in put dep end on   the sig n  of  a mea s u r ed   variable  that  is very  clo s e to zero. T h ird, the SM C may e m pl oy  unne ce ssarily  larg e contro l sign als to  overcome th e pa ramet r ic uncertai n tie s . To  attenu ate   these  difficult ies,  seve ral  method we re p r opo se d i n  [12 - 14].To   overcome  th ese  difficultie s, in  this pap er  we pro p o s e th e rob u st ad a p tive fu zzy sl iding mo de control  schem es which utili ze  fuzzy lo gic  sy stem s as  co mpen sato rs f o r any u n cert ainty to alleviate the chattering  and  red u ce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 4, April 2014:  2613 – 2 621   2614 the tra ckin g  errors, and  re strain f r iction,dist urban ce, loa d  variations  and  other n onlin ea influen cing fa ctors.   This p ape r is organi zed  as follows:  Section 2  provide s  the  dynamic m odel of  ammunition auto-loading robot.In  section 3  classi cal sliding mode contro ller f o r robot and its  stability are g i ven. Section 4 pre s ent s ro bust ad apt ive  fuzzy slidi n g  mode co ntro llers  with fuzzy  comp en satio n  are give n. Finally, experiment re sults  and con c lu si ons a r e give n  in se ction 5  and  6 r e spec tively.      2. D y namic  Model of Am m unition Au to-loa ding Robot  The ammunition auto-loading robot is  s h ow n in Fig.1.Its  dynamic  model  may be   expre s sed in  the followin g  Lagrang e form:    ) , , ( ) ( ) , ( ) ( q q q F q G q q q C q q D                                                                         (1)    Whe r e   ] , , [   T n 1 q q q is an 1 n vector of join t position, T n 1 ]   ,..., [   q q q is an 1 n vec t or of joint veloc i ty,  ] , , [ 1 n q q q is an 1 n vector of j o int accel e rat i on, ) ( q D is an n n inertia matrix, ) , ( q q C is an n n matrix resulting from  Cori o lis a nd centrifugal forces, ) ( q G is an 1 n gravity vecto r , is the  contro l input. ) , , ( q q q F is the   uncertainty  g enerated  by f r iction r F load chan ge s and the distu r ban ce d addi ng  on the       Figure 1. Ammunition Auto -loadi ng Rob o     3. Classical  Sliding Mode Con t roller for Ro bot  In the design  of sliding mode controll e r   for ammunit i on auto-l oadi ng rob o t, the control   obje c tive is t o  drive th e jo int positio q  to the d e si red  positio d q . So by definin g the tra c king   error to  be  in  the follo wing  form:  q q e d .The  sl iding su rface can   be written  a s : e e s ,where  , ] , , , ,. diag[ 1 n i in whi c h i is a  po sitive co nsta nt. T he control ob jective can   now be  achie v ed by  choo sing the  co ntrol input  so  th at the  sliding   surfa c e  satisf ies th e follo wi ng   s u ffic i ent c o ndition: i i i s s dt d 2 1 ,where i is a  po sitive co nsta nt,which i ndi cate s that the   energy of s sho u ld de cay a s   long a s s is  not zero.  To set up  the co ntro l , define the  referen c states to b e : e q s q q d r ,and  e q s q q d r .Now th e cont rol inp u t can b e   c h os en to be in the following form:     s K sgn ˆ , ˆˆ ˆ ˆ rr Dq C q G A s                                                        ( 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Rob u st Adapt ive Sliding M ode Control B a se on Fu zzy Com pen sati on for Ro bot (Yufeng LI)  2615 Whe r e ] , , , ,. diag[ 11 nn ii k k k K is a  di agon al po siti ve definite m a trix in  whi c h   s k ii ' are  po sitive con s tant s an ] , , , ,. diag[ 1 n i a a a A is a  diag onal  po sitive defi n ite matrix in   whi c s a i ' are also positive con s tants. So we  have:    s K f s A C s D sgn ) (                         (3)                                                            Whe r e G G G C C C D D D G q C q D f r r ˆ , ˆ , ˆ , . It c an be  proved  that b y  cho o si ng K su ch t h at bound ii i f k ,where  bound i f is th e b ound ary of  i f , the  overall sy ste m  is asympto t ically stable.   A Lyapun ov functio n  is  scala r  fun c tion (x) L defined on  a  regio n   D  that is contin uou s ,   pos itive definite, ( (x) L >0  f o a l l 0 y ), and  ha contin uou s fi rst-ord e r pa rtial de rivatives at  every point o f   D . The deriva t ive of L with res p ec t to the  s y s t em  (x ) x f , written as  (x) L is   defined  a s  th e dot  produ ct . The  existe n c of a  Lyap unov fun c tion  for  whi c h (x) 0 L on som e   regio n D contain i ng  the origi n guarantee s the  stability o f  the ze ro  sol u tion of  (x ) x f , while   the existen c e  of a Lya pun ov function  for  whi c (x) L  is  negative d e finite on  som e  regi on  D contai ning the origin guarantees the asy m pt otical stability of the zero sol u tion of  (x ) x f Con s id er a L y apunov function candi dat Ds s L T 2 1 ,s inc e D is sy mmetric and  positive   definite, then for 0 , 0 L s . It can be proved that:     0 ))) ( sgn ( ( ) ) ( sgn ) ( ( 2 1 1 As s As s s K f s Cs s K f s A C s s D s s D s L T T i ii i i n i T T T                            (4)    Thus, Equ a tion (4 ) gua ra ntees the d e c ay of the e nergy of s as l ong a s 0 s .  T he  s u ffic i ent c o ndition is  thus  s a tis f ied.      4. Sliding M ode Con t roll er Bas e d on  Fuzz y  Compensa tion   Select the L y apunov fun c tion a s : ) ~ ~ ( 2 1 1 n i i i T i T Ds s L , where i i i * ~ * i  is the desi r e d  para m eter,  0 i .We have:     r r q D F G q C q D q D s D                                                        (5)    ) ~ ~ 2 1 1 n i i i T i T T s D s s D s L n i i i T i r r T F G q C q D s 1 ~ ~ ) (       (6)    Whe r e ) , , ( q q q F  is un known no nline a r fun c tion. ) | , , ( ˆ q q q F based  on the m u lti input- multi output (MIMO) fu zzy  system  i s  ad opted to ap proximate to ) , , ( q q q F . In orde r to elim inate  the influence  of approximation error and keep  st abili zation, robust  adaptive fuzzy sliding mode   controlle r is d e sig ned a s :     ) sgn( ) | , , ( ˆ ) ( ) , ( ) ( s W s K q q q F q G q q q C q q D D r r      (7)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 4, April 2014:  2613 – 2 621   2616 Whe r e ) ( i D K diag K , , 2 , 1 , 0 n i K i n i w w w diag W i Mi M M n , , 2 , 1 , ], , , [ 1 1 , and:    ) , , (           ) , , ( ) , , ( ) | , , ( ˆ              ) | , , ( ˆ ) | , , ( ˆ ) | , , ( ˆ T n T 2 T 1 2 2 1 1 q q q q q q q q q q q q F q q q F q q q F q q q F n n                                                              (8)     Fuzzy app rox i mating erro r is  ) | , , ( ˆ ) , , ( F * 1 q q q F q q q , and we h a v e:    n i i i T i T s W s q q q F q q q s L 1 D 1 ~ ~ )) sgn( K ) | , , ( ˆ ) , , ( F   (   )) , , ( ~ ~ ~ ( ) K ( 1 D q q q s s W s s T i i n i i i T i T                                                 (9)    Whe r ) , , ( , ~ * q q q is the fuzzy sy sterm .  The adaptive rule is:     n i q q q s i i , 2 , 1 ), , , ( ~ 1                                                                                              (10)    Therefore, we have:    0 K K D D s s s W s s s L T T T                                                 (11)    Becau s e th e  unce r tainty of ammunitio n  auto-l oadin g  rob o t, inclu d ing fri c tion, external   disturban ce, and  l oad ch a nge exist  si m u ltaneo usly, we  ca con s i der  th e ca se of  rob u st ada ptive   fuz z y   c o mpens a tion  with res p ec t to fric t i on, ex tern al  disturban ce  a nd lo ad  cha n ge. Becau s the  load  chan ge i s  rel a tive to velocity, the fu zzy  sy stem which app roxi mate  extern al   disturban ce can   b e  w r itte as ) | , , ( ˆ 1 q q q F . In orde r to   decrea s e  the  num ber of f u zzy rule s, th e un ce rtaintie s   are  de com p o s ed  an d the   method  ba se d on  the t r ad itional fu zzy  comp en satio n  is ad opted  to  desi gn the  controlle r. The r efor e, the d y namic e quat ion for am m unition auto - l oadin g  co uld  be   descri bed a:                                      d ) ( ) t , , , ( ) ( ) , ( ) ( q F q q q e q G q q q C q q D r                                          (12)    Whe r e, ( , ) ( , , ) ; () ( , ) ; ( , , , t ) [ ()] [ ( , ) ] [ () ] nn D C G C q q C m q q G q G m q e q q q e D qq e C qqq e G q   ( , ) ( , ) ; ( ,, ) ( ,, ) ; ( , ) ( , ) Dn c n C n c n G n c n e D m q q D mq q e C m q q q C mq q q e G m q G m q    ; and n m is known   nom inal value an d nc m is a c tual val ue. The un ce rtain pa rts ca n be expre ssed as:                      d ) ( ) t , , , ( ) , , ( q F q q q e q q q F r                                                                                      (13)    The above  formula  can b e  di vided into: ) , ( ) , ( ) , , ( 2 1 q q F q q F q q q F .                        Whe r e, d C 1 ) ( )] ( [ e ] ) , ( [ ) , ( q F q G q q q C e q q F r C , ] ) ( [ ) , ( 2 q q D e q q F D . The rob u st  adaptive fuzzy adaptive sli d ing mode  controller is designed as:     ) sgn( ) | , ( ˆ ) | , ( ˆ ) ( ) , ( ) ( 2 2 1 1 s W s K q q F q q F q G q q q C q q D D r r       (14)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Rob u st Adapt ive Sliding M ode Control B a se on Fu zzy Com pen sati on for Ro bot (Yufeng LI)  2617 Whe r . , , 2 , 1 , ], , , [ 2 1 1 1 n i w w w diag W i i m m m i n The a daptive rule i s   n i q q s q q s i i i i i i , 2 , 1 ), , ( ), , ( 2 1 2 2 1 1 1 1                                       (15)    Select the Lyapun ov functi on as:      ) ~ ~ ) ~ ~ ( 2 1 1 2 2 2 1 1 1 1 n i i i T i n i i i T i T Ds s L                       (16)       Therefore:     n i i i T i n i i i T i r T F G q C q D s L 1 2 2 2 1 1 1 1 ~ ~ ~ ~ ) (                        (17)     Fuzzy app rox i mating erro r is  ) | , ( ˆ ) , ( * 1 1 1 1 q q F q q F , ) | , ( ˆ ) , ( * 2 2 2 2 q q F q q F   Therefore,     ) ) , ( ~ ~ ~ ( )) , ( ~ ~ ~ ( ) ( K 1 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 1 2 1 D n i T i i i i T i T i n i i i i T i T T q q s q q s w s s s L         ) ( K 2 1 D w s s s T T                                                                                                                 (18)              The FLS is  compo s ed  of four mai n  co mpone nts: a  fuzzifie r , a fuzzy rule ba se , a fuzzy  inferen c e e n g i ne and a d e fuzzfier a s  sh own in Fig u re  2.          Figure 2. Block  Diag ram o f  Fuzzy Lo gic Systems      And the fuzzy system is:     ) | , ( ˆ ) | , ( ˆ              ) | , ( ˆ ) | , ( ˆ ) | , ( ˆ ) | , ( ˆ ) | , , ( ˆ 2 2 1 2 2 2 2 1 2 2 2 1 2 1 1 1 1 n n n n q q F q q F q q F q q F q q F q q F q q q F                           (19)      5. Experiments fo r Amm unition Au to -loading Rob o The kin e tics equatio n of ammunition a u t o-loadi ng rob o t is:      2 1 2 1 2 2 1 1 2 1 2 12 1 2 12 2 2 12 2 1 2 22 2 12 2 21 2 11 ) , , ( ) ( ) ( 0 ) )( ( C - ) ( C ) ( C - ) ( ) (       ) ( ) ( q q q F g q q g g q q g q q q q q q q q q q D q D q D q D  (20 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 4, April 2014:  2613 – 2 621   2618 ), cos( 2 ) ( ) ( 2 2 1 2 2 2 2 2 1 2 1 2 11 q r r m r m r m m q D ), cos( ) ( ) ( 2 2 1 2 2 2 2 2 21 2 12 q r r m r m q D q D , ) ( 2 2 2 2 22 r m q D ). sin( ) ( 2 2 1 2 2 12 q r r m q C Whe r e 1 m and 2 m are  the mass of link 1  and lin k 2 , and  1 r and 2 r are the le ngths of lin k1  and link2. Le T T T q q q q x q q y ] , , , [ , ] , [ , ] , [ 2 2 1 1 2 1 2 1 The paramet ers: kg m kg m m r m r 5 . 1 , 1 , 8 . 0 , 1 2 1 2 1 . The  co n t rol obj ect s  t o  ma ke  the outp u ts 2 1 , q q track  the des i red trajec tories t y d sin 3 . 0 1 and t y d sin 3 . 0 2 r e spec tively.   The memb ership fun c tion  as sho w n in  Figure 3 is de fined as:      ) ) 24 / ( exp( ) ( 2 l i i i l i x x x A                                                                                        (21)     Whe r e l i x are  12 / , 0 , 12 / , 6 / and 6 / , res p ec tively, 5 , 4 , 3 , 2 , 1 i , l i A is the  fuzzy set incl uding  NB,NS,ZO,PS,PB belong to the fuzzy rule.                                          Figure 3.   Membershi p  Fun c tion       The control b a se d on fri c ti on, external  dist urban ce  a nd loa d  ch an ges  com pen sation is  use d  for th e  ca se  with f r iction,  external di sturb a n c e a nd lo ad  cha nge s, a nd the  cont roller   para m eters a r e:  . 0001 . 0 , 10 , 10 2 1 2 1 I K D   The initial  states are: . 0 ) 0 ( ) 0 ( ) 0 ( ) 0 ( 2 1 2 1 q q q q The fric tion is   ]. 2 , 2 [ , ) 20 sin( 1 . 0 ) 20 sin( 05 . 0 , ) sgn( 6 15 ) sgn( 6 15 ) ( 2 2 1 1 dia W t t q q q q q F d The fu zzy slidi ng  mode   controlle r is  given in Eq uation  (14 ) , and the  ada ptive rule i s  given in E quation  (15 ) . T he   simulatio n  re sults  by matla b  are  sh own i n  Figu re 4 - Fi gure  8, and t he sli d ing m o de control  (S MC)   without  fu zzy compe n sation an d with a daptive fuzzy  comp en satio n  are  appli e d  respe c tively for  tracking  control of am muni tion auto - loa d i ng robot i n   t he ca se with friction,  exte rnal  di sturban ce  and loa d  ch a nge s.  It is seen in Figure 4 and 5 that tracki n g  ac curacy with adaptive fuzzy comp en sation is  more hi ghe r than that in S M C with out fuzzy co m pen sation, an d tracking  traje c tory and d e si red  trajec tory almos t  c o inc i de completely in the former.   -0 . 8 -0 . 6 -0 . 4 -0 . 2 0 0. 2 0. 4 0. 6 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1 x M e m b er s h i p  f u nc t i o n  de gr ee Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Rob u st Adapt ive Sliding M ode Control B a se on Fu zzy Com pen sati on for Ro bot (Yufeng LI)  2619      (a)                                                                                     (b)  Figure 4. Position Tra cki ng  of Joints 1 a nd 2   (a) SM C with out comp en sation and (b)  SMC with ad aptive fuzzy compen satio n            (a)                                                                                               (b)  Figure 5. Position Tra cki ng  Error of Joint s  1 and 2   (a) SM C with out comp en sation and (b)  SMC with ad aptive fuzzy compen satio n      (a)                                                                                            (b)  Figure 6. Speed Tra c king o f  Links 1 a nd  (a) SM C with out comp en sation and (b)  SMC with ad aptive fuzzy compen satio n        In Figure 6 th e sp eed  traje c tory  without  fu zzy com p e n satio n   ha s seriou s ch attering  an great e r ror,  but there i s   a slig ht error at  the begi nning  of the  spe ed tra c ki ng in SM with   adaptive fuzzy compensati on,  then tracking effect i s  better.Re ferring to Fi gure 7, the  contro l   torque  inp u ts ch attering  i s  effe ctively eliminated  by  usi ng the  a daptive fu zzy  com pen sati on   whi c ca well re du ce th e influe nce o f  friction,exte rnal  distu r b a n ce  an d lo ad  ch ang e o n  t h e   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0 . 4 -0 . 2 0 0. 2 0. 4 ti m e ( s ) P o s i t i on t r ac k i n g   1     I dea l  pos i t i on s i g nal pos i t i on t r ac k i ng 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0 . 4 -0 . 2 0 0. 2 0. 4 ti m e ( s ) P o s i t i on t r ac k i ng 2     I dea l  pos i t i on s i g nal pos i t i on t r ac k i ng 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0. 4 -0. 2 0 0. 2 0. 4 ti m e ( s ) P o s i t i on  t r ac k i ng 1     I d e a l  po s i t i on s i gnal pos i t i o n  t r ac k i ng 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0. 4 -0. 2 0 0. 2 0. 4 ti m e ( s ) P o s i t i on t r ac k i n g  2     I d e a l  po s i t i on s i gnal pos i t i o n  t r ac k i ng 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0 . 0 5 0 0. 05 0. 1 0. 15 tim e ( s ) P o s i t i on  t r ac k i ng  er r o r   of   j o i n t  1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0 . 0 1 0 0. 01 0. 02 0. 03 tim e ( s ) P o s i t i on t r ac k i ng er r o r   o f  j o i n t   2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0 . 0 2 0 0. 02 0. 04 ti m e ( s ) P o s i t i on  t r ac k i ng  e r r o r  o f   j o i n t   1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0 . 0 2 -0 . 0 1 0 0. 01 0. 02 ti m e ( s ) P o s i t i on  t r ac k i ng  e r r o r  o f   j o i n t   2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0 . 4 -0 . 2 0 0. 2 0. 4 ti m e ( s ) S p eed t r ac k i ng  f o r  Li nk  1     I d ea l  S p e e d s i gna l S p ee d  t r ac k i ng 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0 . 4 -0 . 2 0 0. 2 0. 4 ti m e ( s ) S p eed t r a c k i ng  f o r  Li n k  2     I d ea l  S p e e d s i gna l S p ee d  t r ac k i ng 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0. 4 -0. 2 0 0. 2 0. 4 ti m e ( s ) S p e ed t r a c k i ng  f o r  Li n k  1     I deal  S p e ed s i gnal S p e ed t r ac k i ng 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -0. 4 -0. 2 0 0. 2 0. 4 ti m e ( s ) S peed t r ac k i n g  f o r  L i nk  2     I deal  S p e ed s i gnal S p e ed t r ac k i ng Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 4, April 2014:  2613 – 2 621   2620 system.F ricti on,external d i sturb a n c e a nd load  cha nge fuzzy compen satio n  F p1  and F p2  are  sho w n in Fi g.8, and th e adaptive  fuzzy  comp e n satio n  ca n  comp en sat e  the effect  o f   friction,extern al disturban ce and loa d   ch ange s in am munition auto - loadi ng robot     (a)                                                                                                          (b)  Figure 7. Con t rol Torque In puts of links 1  and 2   (a) SM C with out comp en sation and (b)  SMC with ad aptive fuzzy compen satio n      Figure 8. Friction, External Distu r ba nce and Lo ad Ch ange  Fuzzy Com p ensation F p a nd F p 2     Table  1 su mmari ze s a  nume r ical  comp ari s o n  of  the  two  control sche mes, with   maximum of  absolute val ue an d root-mean -squa re  (rm s) val u e  of the tra cki ng e rro rs. F r om  these  com p a r ative simulati on re sult s, it is foun that the propo se control sch e me is  sup e ri o r  to   the traditiona l SMC witho u t compe n sa tion. C onseq uently, we have found  that the SMC with  adaptive fu zzy comp en sati on  sch eme f o r a mmunitio n  auto - loa d in g ro bot i s  fea s ible  and  ro b u st  to the friction s, external di sturb a n c e s   a nd load  cha n ges throug h the simul a tion s.      Table 1. Co m pari s on of the  Trackin g  Errors  T y pe of  Cont roller  Trac k i ng Erro r ( m ax)   Trac k i ng Erro r (r ms Joint1  Joint 2  Joint 1  Joint 2  SMC w i thout  Fuz z y  Compensatio 0.0521   0.0252   0.0315   0.0123   SMC  w i th Adapti v e Fuzzy   Compe n sation  0.0375   0.0181   0.0156   0.0052   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -1 0 0 10 20 30 ti m e ( s ) C o n t r o l in p u t  o f  lin k   1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -5 0 5 10 15 ti m e ( s ) C ont r o l  i n p u t  of  l i n k  2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 5 10 15 20 ti m e ( s ) C ont r o l  i n p u t  of  l i nk  1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -5 0 5 10 ti m e ( s ) C o nt r o l  i nput  o f  l i n k  2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -2 0 2 4 6 ti m e ( s ) F 1  and  F p 1     Pr a c ti c a l  F Es ti m a ti o n  o f  F 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -2 -1 0 1 2 ti m e ( s ) F 2  and  F p 2     Pr a c ti c a l  F Es ti m a ti o n  o f  F Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Rob u st Adapt ive Sliding M ode Control B a se on Fu zzy Com pen sati on for Ro bot (Yufeng LI)  2621 6. Conclusio n   In this pa pe r, a  slidi n g   mode  cotrol  with  ro bu st ada ptive fu zzy  co mpe n s ation  is  pre s ente d  to compe n sate  the effect of fr iction, external di stu r b ance and lo ad ch ange on  ammunitio n  auto-lo adin g  robot. The control ar chite c ture e m ploy s adaptive fu zzy sy stems to  comp en sate   adaptively for plant  un ce rtainties to  di st ingui sh different  di sturban ce co mpe n sa tion  terms and  a pproxim ate e a ch  of them  respe c ti vely.  Re sults are comp ared wi th  SMC with out  f u zzy   comp e n sat i o n ,  whi c h sh ow s t h a t  f u zzy   com pen sation i s  essential fo r obtaini ng l o w   trajec tory track i ng errors . It is  s h own that the  control  system ca n lig hten the effect on the control  system  cau s ed by differe nt dist urban ce facto r s a n d  eliminate t he sy stem chattering th at the   traditional SM C witho u t fuzzy com pen sa tion can n o t accompli sh.       Ackn o w l e dg ements   This proje c is  sup p o r ted  by the  National  Natu re   Scien c e  Fou ndation  of  China  (No.  5127 5489     Referen ces   [1]  Yoo BK, H a m W C . Adapt ive C ontrol  of  Rob o t Man i p u lator  Usin F u zz y   Comp e n sator.  IEEE   Tra n s a c ti on s on  Fu z z y System s . 20 00; 8(2):  186-1 99.   [2]  Z uoshi S o n g , Jian qi ang  Yi,  Don g b i n Z h a o . A comp ute d  torqu e  c ont roller  for u n c e rtain r o b o tic  mani pul ator s y stems: F u zzy   a ppro a ch.  F u zzy Sets and Systems . 20 05; 15 4(5): 208- 22 6.  [3] Chen  Juang.  A  robust frictio n   control sc he me  of robot  ma nip u lators . Proc eedings of IEEE international  confere n ce o n  robotics a nd a u tomatio n . 200 3; 345-5 67.   [4]  Euntai Kim.  Output feedb a ck tracking co ntrol of  rob o t manip u lat o rs  w i th m ode uncerta int y  v i a   ada ptive a fuzz y lo gic.  IEEE Tran.Fu z z y  Syst 2004; 12: 36 8 - 378.    [5]  Yongfu  W a n g , T i an you  Ch ai.  Comp ens atin g Mo del in g  a n d  C ontrol  of R obot J o int  F r iction  Base o n   Adaptiv e F u zzy S y stems.  Chi nese Jo urn a l o f  Scientific Instrument.  200 6; 2 7 (2): 186- 19 0.  [6]  J Ohri, L De w an, MK Soni. F u zz y  Ada p tiv e  D y namic F r i c tion Com pens ator for Robot.  Internation a l   Journ a l of S y st ems Appl icatio ns, Engin eer in g & Devel opm ent. 200 8; 4(2): 157-1 61.   [7]  Hsu Ch un-F e i, Che ng Ku o-H s ian g .Rob ust W a velet- Bas e d  Adaptiv e Ne u r al Co ntroll er  Desig n   w i t h   a   F u zz y  Com p e n s ator.  N e u r o c om pu ti ng .  200 9; 73(7): 423- 43 1.  [8]  Chu n -F ei Hs u, Chih-M in  Lin,  Ming-C h i a  Li.   Adaptiv e D y n a mic RBF  F u z z y  N eur al C o n t roller D e si g n   w i t h  a Co nstru c tive Lear nin g .   Internatio na l Journ a l of F u zzy Systems . 20 11; 13(3): 1 75- 184.   [9]  Lih ong   D ong.  Rese arch on   the Rob u st  A d aptiv e  F u zz Contro l of  Ma nip u lator  s B a sed  on  F u zz Comp ensati on.   Computer En g i ne erin g & Scie nce.  201 2; 32( 1): 169-1 73.   [10]  Bekit BW , W h i dbor ne JF , S e nevir atne  LD.   F u zz y  s l i d in mo de  contr o l f o r a  rob o ma nip u lator.  Proc   the IEEE Internatio nal S y Comp utation a Intelli genc e in  Rob o tics and  Automatio n  (CIRA’9 7 ). 1997;   320- 325.   [11]  Gao Guoq in, Ren Yi, Z h o u  Hai y a n . Smooth S lid in g Mode C ontro l for T r ajector y   T r acking of   Greenh ous e Spra yi ng Mob i l e  Robot.  T E LKOMNIKA Indonesi an Jo urna l   of Electrical  Engi neer in g 201 3; 11(2): 64 2-65 2.  [12]   Huan g S h iu h- Jer, Ch en  Hu n g -Yi. Ad aptiv Slid i n g  C ontrol l e w i t h  S e lf-tun ing  F u zz Com pens atio n for   Vehic l e Sus p e n sio n  Contro l.  Mechatro nics . 200 6; 16(6): 60 7-62 2.  [13]  Min x iu Y an, Xiaofa n  Z hen g,  Jing Z hen.  S y nc hro n izati o n of  H y perch aotic S y stems  under Activ e   Adaptiv e Sl idi n g Mo de  Contr o l.   T E LKOMNIKA Indo nesi a n  Jour nal   of El ectrical E n g i ne erin g . 2 013;  11(1 1 ): 642- 65 2.  [14] Ha Qua ng T h i nh N go, Ji n-Ho  Shin, W on- Ho  Kim.  F u zz y  s l i d in g mod e  co n t rol for a ma ni pul ator rob o t.   Artif Life Robot ics . 2008; 1 3 : 124-1 28.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.