T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  2 3 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 5 ,   p p .   234 ~ 245   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI :  1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 2 3 i1 . 2 5 9 9 8          234     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //telko mn ika . u a d . a c. i d   Enha nced f u zz y  l o g ic control  f o r o v erco m ing  in trins ic resistan ce   in inv erte d pen du lu m  sy ste m s       T in  L u T r un g ,   H un g   T ho i  L y ,   H un g   Duc   Ng uy en ,   M inh   Duc   P ha m   P o w e r   El e c t r o n i c   R e se a r c h   L a b o r a t o r y ,   F a c u l t y   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c s   En g i n e e r i n g ,   H o   C h i   M i n h   C i t y   U n i v e r si t y   o f   Te c h n o l o g y   ( H C M U T ) ,   V N U - H C M ,   H o   C h i   M i n h   C i t y ,   V i e t n a m       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   2 3 ,  2 0 2 4   R ev i s ed   Oct  2 4 ,  2 0 2 4   A cc ep ted   No v   2 6 ,  2024       T h e   p a p e r  d e lv e s  in to   a n   in - d e p t h   a n a ly sis  o f   th e   in tri n sic   re sista n c e   o f   th e   in v e rted   p e n d u lu m   s y ste m   w h ich   c a u se s  th e   m o d e li n g   o f   th e   s y ste m   to   d iffer   f ro m   th e   a c tu a l  sy ste m .   Ou r  p rim a r y   o b jec ti v e   re v o lv e s  a ro u n d   th e   im p le m e n tatio n   a n d   su b se q u e n t  o p ti m iza ti o n   o f   f u z z y   lo g ic  c o n tro ll e rs   ( F L C) ,  d ra w in g   in sp iratio n   f ro m   h u m a n   p e rc e p tu a l  a ss e ss m e n ts.  T h e   p ro c e ss in g   c o m p rise s  c o m p re h e n siv e   m a th e m a ti c a l  s y ste m   m o d e li n g ,   in tri n si c   re sista n c e   e x a m in a ti o n ,   a n d   im p ro v e d   f u z z y   lo g ic  c o n tro l  w it h   d e tailed   m e m b e rsh ip   f u n c ti o n   a n d   r u le  d e sig n .   I n   a d d it i o n ,   w e   c o n d u c t  a   c o m p a ra ti v e   a n a ly sis w it h   th e   w id e ly   re c o g n ize d   lin ea r   q u ad r atic  r eg u lato r   ( L QR )   a lg o rit h m ,   w h ich   is  c o n si d e re d   t h e   c o n v e n ti o n a l  c o n tro l   a lg o rit h m .   T h e   re su lt   d e m o n stra tes   th a t  th e   im p ro v e d   F L C   o u tp e rf o rm s  t h e   c o n v e n ti o n a l  L QR  a lg o rit h m   o v e rsh o o t   m it ig a ti o n ,   t h e re b y   u n d e rsc o rin g   i ts su p e rio r   e ff ica c y   a n d   o p ti m a li ty .   K ey w o r d s :   Fu zz y   lo g ic  co n tr o l   I n tr in s ic  r esis ta n ce   I n v er ted   p en d u l u m   L i n ea r   q u ad r atic  r eg u la to r   alg o r ith m   No n li n ea r   s y s te m   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Min h   Du c   P h a m   P o w er   E lectr o n ic s   R esear c h   L ab o r ato r y ,   Facu lt y   o f   E lectr ica l a n d   E lectr o n ics  E n g i n ee r in g   Ho   C h i M i n h   C it y   U n iv er s it y   o f   T ec h n o lo g y   ( H C MU T ) ,  V NU - H C M   2 6 8   L y   T h u o n g   Kiet  Stre et,   Di s tr ict  1 0 ,   Ho   C h i M in h   C it y ,   V ietn a m     E m ail: p m d u c @ h c m u t.e d u . v n       1.   I NT RO D UCT I O N     A l m o s t   all  d y n a m ics  s y s te m s   w it h   w id esp r ea d   ap p licatio n s   lik e  air cr af t,  r o b o tics   ar m s ,   h u m a n o id   r o b o ts ,   an d   s atellites  h a v e  m u l ti - d i m en s io n al   s tr u ctu r e s   [ 1 ] .  Ho w e v er ,   it  is   v er y   co m p le x   t o   an al y ze   a n d   s o l v e  th ese  d y n a m ic  eq u atio n s .   So ,   th e  b asic  s in g le - d i m e n s i o n al   s y s te m   w h ich   h as  a  s i m p le  d if f er e n tial  d y n a m ic   eq u atio n   li k e  an   in v er ted   p en d u l u m   i s   th e  f u n d a m en tal  c o n ce p t  in   co n tr o l  th eo r y   [ 2 ] ,   [ 3 ] .  T h e  in v er ted   p en d u lu m   is   a  p r ev alen t  co n tr o l  m o d el  f o r   lear n in g   co n tr o l  th e o r y   b ec au s e  o f   it s   u n s tab le  ch a r ac ter is tic.   B esid es   th at,   it   o cc u r s   i n   s ev er al   s cie n ti f ic  a n d   i n d u s tr ia l  ap p licatio n s   l ik e  h u m a n o id   r o b o ts   an d   s el f - b alan cin g   v e h icles.   I n   Fig u r e   1 ,   th e  o p er atio n   o f   th e  s el f - b ala n ci n g   v eh icle  is   b ased   o n   b alan cin g   th e  i n v er te d   p en d u lu m   in   t h r ee   co o r d i n ates.  T h er ef o r e,   th is   n o n li n ea r   s y s te m   is   a n   i m p o r tan t   an d   r ea lis tic  s y s te m   to   lear n   a b o u t.   I n   r ec en t   r esear ch ,   s ev er al  p r o b lem s   o f   in v er ted   p en d u l u m   s y s te m s   ar e  d is cu s s ed .   T h e  d ir ec tio n al   in v er ted   p e n d u l u m   n o r m all y   k n o w n   a s   t h e  ca r t   an d   p o le  s y s te m   i s   a  t y p ical  m o d el  f o r   ap p l y i n g   a  n e w   n o n li n ea r   co n tr o l  tech n iq u e  [ 4 ] – [ 7 ] .   Do u b le  in v er ted   p en d u l u m   w h ich   is   h ar d er   to   co n tr o l  is   w id el y   u s ed   as  a  m o d el  f o r   test i n g   ad ap tiv e  co n tr o l  an d   i n tellig e n t  co n tr o l  alg o r it h m s   [ 8 ] – [ 1 0 ] .   T h e  r o tar y   in v er ted   p en d u lu m   ( R I P )   is   also   co n s id er ed   an   ex ce llen t  m o d el  f o r   lear n in g   en er g y - b a s ed   co n tr o l  m et h o d s   [ 1 1 ] – [ 1 6 ] .   T h e  co m b in at io n   o f   r o tar y   an d   d o u b le  in v er ted   p en d u l u m   is   also   d ev elo p ed   [ 1 7 ] –   [ 2 0 ] .   Oth er   r esear ch er s   m e n tio n   s w i n g - u p   m et h o d s   f o r   t y p es  o f   i n v er ted   p en d u l u m s   [ 2 1 ] – [ 2 3 ] .   Nev er th eles s ,   th eir   m o d el s   ar e  i m p le m e n ted   w ith o u t  co n s id er i n g   t h e   in tr i n s ic  r e s is ta n ce   t h at  a f f ec t s   th e   s y s te m   w h e n   co n tr o llin g   th e  p e n d u l u m   at  h i g h   s p ee d .   T h e  s lid in g   f r ictio n   an d   r o tatio n al  f r ictio n   o f   th e  p en d u l u m   it s el f   ar e  co n s id er ed   in tr i n s ic  r esis tan ce   o f   an   in v er ted   p en d u lu m .   I t  is   n ec es s ar y   to   co n s id er   t h is   in t r in s ic  r e s is ta n ce   w h e n   estab li s h i n g   t h e  i n v er ted   p en d u l u m   s y s te m   m o d el  f o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         E n h a n ce d   fu z z y  lo g ic  co n tr o l fo r   o ve r co min g   in tr in s ic  r esis t a n ce   in   in ve r ted   p en d u lu m  …  ( Tin   Lu   Tr u n g )   235   s y s te m   ac c u r ac y .   N g u y e n   et .   A l .   [ 2 4 ] ,   Sam b o   et.   A l.  [ 2 5 ]   an al y ze   th e  s tab ilit y   o f   th e  p en d u lu m   s y s te m   w i th o u t   co n s id er in g   t h e  e f f ec t  o f   th e  r e s is ta n ce .   I n   r e f er en ce s   [ 2 6 ] ,   [ 2 7 ]   f o cu s   o n   d esi g n in g   a n   e f f ec t iv e  co n tr o l  m et h o d   to   m ai n tai n   t h e  p en d u lu m   an g l e,   y et  t h e  i n tr i n s ic   r esis tan ce   b et w ee n   t h e  ca r t  a n d   t h e  p lat f o r m   i s   n o t  ad eq u atel y   tak en   i n to   ac co u n t.            Fig u r e   1 .   T h e  in v er ted   p en d u l u m   t h eo r y   ap p lied   in   s el f - b ala n cin g   v eh ic les   [ 2 8 ]       W h en   w e  a n al y ze d   t h e  d y n a m ics  eq u atio n   o f   th e  s y s te m   i n   d etail,   b o th   th e  s lid in g   f r icti o n   b et w ee n   th e  ca r t  a n d   th e  r ai l  an d   t h e  r o t atio n al  f r ictio n   f r o m   th e   p en d u lu m   it s elf   ar e  co n s id er ed   in   a  m at h e m a tical  m o d el.   C o n s id er in g   r o tatio n al  f r ictio n   m ak e s   t h e  s y s te m   m o r e  c o m p le x   a n d   d if f ic u lt  to   b alan ce .   I n   ad d itio n   to   s tab ilizi n g   t h e  in v er ted   p en d u l u m ,   t h e  co n tr o ller   m u s t  b e  f le x ib le  an d   ap p r o p r iate  f o r   s o lv in g   n o n lin ea r   s y s te m   p r o b lem s .   F u zz y   lo g ic  co n tr o l   is   s u itab le  f o r   n o n li n ea r   s y s te m s   li k e  t h e  in v er ted   p e n d u l u m   d u e  to   its   in h er e n t   ca p ac it y   to   m a n ag e  th e   s y s te m   w ith o u t  a   n ee d   f o r   an   ac cu r ate   m at h e m atica l  s y s te m   m o d el.   Fu zz y   lo g ic  co n tr o l   d em o n s tr ate s   it s   p r o m i n en ce   w h e n   co m p ar ed   to   p o p u lar   co n tr o ller s   i n   i n d u s tr ial  ap p licati o n s   s u c h   as   th e   li n ea r   q u ad r atic  r eg u lato r   ( L Q R )   al g o r ith m .   F u zz y   lo g ic  co n tr o l  r eq u ir es  th e  d es ig n er   ex p er ien ce   in   th e  s y s te m   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .   T h e  r u le  b ase  is   th e  m o s t  i m p o r tan t  co n d itio n   to   s tab ilize  th e  s y s te m .   Ot h er   p ar ts ,   s u ch   as  m e m b er s h ip   f u n ctio n s ,   d ef u zz if icatio n   m et h o d ,   an d   f ee d b a ck   g ain   i m p r o v e  th e  p er f o r m a n ce   [ 3 1 ] ,   [ 3 2 ] .   Hen ce ,   d esig n i n g   co m p lica ted   f u zz y   i s   d elib er ated .   T h e  s tu d y   f o cu s   o n   i m p r o v in g   f u zz y   lo g ic  co n tr o l  f o r   s tab ili zin g   th e  i n v er ted   p en d u l u m   s y s te m   w i t h   in tr i n s ic  r es is ta n ce .   Sp ec i f icall y ,   th e   s t u d y   ai m s   to   u n d er s ta n d   h o w   th e  f u zz y   lo g ic  co n tr o l  m et h o d   p er f o r m s   i n   co m p ar is o n   to   th e  co n v e n tio n al  L QR   al g o r ith m   w h e n   ap p lied   to   an   in v er ted   p en d u l u m   s y s te m   af f ec ted   b y   r o tatio n al  f r ictio n   an d   s lid in g   f r ictio n ,   w h ic h   ar e  co n s id er ed   in tr i n s ic  r esis ta n ce .   T h e  f o cu s   is   o n   an al y zi n g   th e   s y s te m ’ s   s tab ilit y ,   o v er s h o o t,  an d   p er f o r m a n ce   u n d er   d if f er en t  in tr in s ic  r esis tan ce   v alu e s .   T h e  r esu lt  s h o w s   th a t  f u zz y   lo g ic  co n tr o l  k ee p s   th e  s tab ilit y   o f   th e  s y s te m   w h en   ap p ly in g   a  s er ies  o f   d if f er en t  in tr in s ic  r esi s tan ce s .   I n   ad d itio n ,  f u zz y  lo g ic  co n tr o l  s u r p ass es  t h e  L Q R   alg o r ith m   i n   ter m s   o f   o v er s h o o t  p er ce n tag e,   o s cillatio n ,   an d   s tab ilit y .   T h e  f ea s ib ili t y   o f   th e  p r o p o s ed   co n tr o l  s ch e m e  was  ass e s s ed   t h r o u g h   s i m u lat io n   r es u lts   co n d u cted   u s i n g   M A T L A B   Si m u li n k .       2.   I NT R I NS I C  R E SI ST A NCE  ANALY SI S O F   T H E   I NV E RT E D  P E NDU L UM   M O DE L   T h e  in v er ted   p en d u l u m   co n s i s ts   o f   a  m o v i n g   ca r t  an d   a  r o tatin g   p en d u l u m .   T h e  r esis tan ce   o f   th e   s y s te m   i n cl u d es t h e  s lid i n g   f r i ctio n   f o r ce   b et w ee n   t h e  ca r r iag e  an d   th e  s lid e  an d   th e  r o tatio n al  f r ict io n   f o r ce   o f   th e  r o tatin g   s h a f t.  T h e  o th er   r esis ta n ce   is   n o t  co n s id er ed .   T h e  m o d el  o f   t h e  i n v er ted   p en d u lu m   is   s h o w n   i n   Fig u r e   2 .   I n   Fi g u r e   2 ,     is   t h e  m as s   o f   t h e  ca r t,    is   t h e  m as s   o f   t h e  p en d u lu m ,     is   th e   co ef f i cien t  o f   s lid in g   f r ictio n ,   β   i s   th e  co e f f ic ien t  o f   r o tatio n al  f r ictio n ,   is   th e  ac ce ler atio n   o f   g r a v it y .     is   th e  f o r ce   ac tin g   o n   th e   ca r t .  T h e  ca r t ’ s   p o s itio n   i s   .   T h e  ca r t v elo cit y   is   ̇ .   T h e  f allin g   an g le  i s     an d   th e  an g u lar   v elo c it y   is   ̇ .   Fro m   Fi g u r e   2 ,   th e  p o s itio n   o f   th e  p en d u l u m   is   d er iv ed :     = +    =          ( 1 )         Der iv ati v e  ( 1 ) ,   w e  g et  t h e  v e lo cit y   o f   t h e  p en d u lu m   as  ( 2 ) :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  23 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 25 :  2 3 4 - 2 4 5   236   ̇ = ̇ + ̇    ̇ = − ̇          ( 2 )             Fig u r e  2 .   Mo d el  o f   in v er ted   p en d u l u m       Sin ce   t h e  v elo cit y   o f   t h e  ca r t a n d   th e  p en d u lu m ,   t h e  k i n etic  e n er g y   o f   t h e  s y s te m   ca n   b e  ex p r ess ed   as   ( 3 ) :     = + = 1 2 ( + ) ̇ + 1 2 2 ̇ 2 +  ̇ ̇    ( 3 )     B esid es,  th e  p o ten tial e n er g y   o f   th e  s y s te m   i s   ca lcu lated   as   ( 4 ) :     = + =     ( 4 )     C o m b i n in g   b o th   k in e tic  en er g y   an d   p o ten tial e n er g y ,   w e  g et   th e  L a g r an g ia n   o f   t h e  i n v er te d   p en d u lu m :     = − = 1 2 ( + ) ̇ 2 + 1 2 2 ̇ 2 +  ̇ ̇  −     ( 5 )     T h e  ef f ec t  o f   t h e  s lid in g   f r icti o n   f o r ce   b et w ee n   th e  ca r r iag e  an d   th e  s lid e  is   co n s id er ed   to g eth er   w ith   th e  e f f ec t  o f   th e  r o tatio n al  f r ic tio n   f o r ce   o f   t h e  r o tatin g   s h a f t .   Hen ce ,   t h e  to tal  r es is ta n ce   e n er g y   ap p lied   to   t h e  in v er ted   p en d u lu m   i s   d er iv ed   as   ( 6 ) :     = 1 + 2 = 1 2 ̇ 2 + 1 2 ̇ 2   ( 6 )     T h e  E u ler - L a g r an g e  eq u atio n s   ar e  u s ed   to   d e r iv e  th e  eq u atio n s   o f   m o tio n   f o r   a  p h y s ica l  s y s te m ,   an d   th ese  eq u a tio n s   ar e  g iv e n   b y :      (  ̇ ) −   +  ̇ =      (  ̇ ) −   +  ̇ = 0         ( 7 )       C o m b i n in g   ( 1 ) – ( 6 )   an d   an aly z in g   ( 7 ) ,   w e  g et  t h e  d if f er en t ial  eq u atio n s   f o r   th e  i n v er ted   p en d u lu m   s y s te m :     ( + ) ̈ +  ̈  = +  2  − ̇   2 ̈ +  ̈  =   − ̇         ( 8 )       So lv i n g   ( 8 ) ,   w e  g et  t h e  d y n a m ic  eq u atio n   o f   t h e  i n v er ted   p en d u lu m   s y s te m :     ̈ = ( +  ̇  − ̇ ) − (   − ̇ )  ( + ) −   2   ( 9 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         E n h a n ce d   fu z z y  lo g ic  co n tr o l fo r   o ve r co min g   in tr in s ic  r esis t a n ce   in   in ve r ted   p en d u lu m  …  ( Tin   Lu   Tr u n g )   237   ̈ = (   − ̇ ) ( + ) − ( +  ̇ 2  − ̇ )   ( + ) 2 − 2 2  2   ( 10 )     Ass u m in g   t h e  s tate  v ar iab les  1 = , 2 = ̇ , 3 = , 3 = ̇ .   T h en ,   th e  s y s te m   s ta te - s p ac e  is   d er iv ed   as   ( 1 1 ) :     ̇ 1 = 2   ̇ 2 = ( +  4 2  3 − 2 ) − (   3 − 4 )  3 ( + ) −   2 3     ̇ 3 = 4   ̇ 4 = (   3 − 4 ) ( + ) − ( +  4 2  3 − 2 )   3 ( + ) 2 − 2 2  2 3         ( 11 )     T h e    an d     v al u es  r ep r esen t  t h e  in tr i n s ic  r esi s ta n ce s   o f   t h e  in v er ted   p en d u lu m   s y s te m ,   co n tr i b u tin g   to   in cr ea s ed   m o d el  co m p le x it y   a n d   th e  n ec es s it y   f o r   ac cu r at e  p ar am eter s   i n   co n v en t io n al  c o n tr o l  s ch e m es.  A s   th e  s y s te m   b ec o m e s   h i g h l y   n o n li n ea r ,   co n v e n tio n al  li n ea r   co n tr o l  th eo r y   is   in ap p licab le.   T h er ef o r e,   th e  ex p lo r atio n   o f   n o n li n ea r   co n tr o l  m eth o d s ,   tailo r ed   to   ad d r ess   th e  co m p le x itie s   in h er en t  in   t h i s   n o n l in ea r   s y s te m ,   b ec o m e s   i m p er ati v e.       3.   CO NVEN T I O NA L   AND  P R O P O SE D  F U Z Z Y   L O G I C  CO NT RO L   M E T H O DS   T h e  ad o p tio n   o f   en h an ce d   f u z z y   lo g ic  co n tr o l  is   p r o p o s ed   f o r   co n tr o llin g   t h e  in v er ted   p en d u lu m   w it h   in tr i n s ic  r e s is ta n ce s .   On e   n o ta b le  f ea t u r e  o f   f u zz y   lo g ic   co n tr o l  is   t h at  it   is   a  m o d el - f r ee   ap p r o ac h ,   w h ich   is   esp ec iall y   u s e f u l  f o r   h an d li n g   th e  s y s te m ’ s   in tr i n s ic  co m p lex it y   a n d   n o n l in ea r it y .   F u z z y   lo g ic  co n tr o l ,   in   co n tr ast  to   co n v en tio n al  co n tr o l  tech n iq u es,  i s   ex ce lle n t  at  c ap tu r in g   an d   m an a g i n g   u n ce r t ain tie s ,   w h ic h   m ak e s   it  a  g o o d   f it  f o r   s itu atio n s   w h er e  it  co u ld   b e  d if f icu lt  to   b u ild   an   ac cu r ate  m at h e m at ical  m o d el.   E f f ec tiv e  co n tr o l   tech n iq u es  f o r   th e  in v er ted   p en d u l u m   s y s te m   w i th   i n h er e n t  r esis ta n ce s   ar e  m ad e  p o s s ib le  b y   t h is   f lex ib le  an d   ad ap tab le  f u zz y   co n tr o l a p p r o ac h ,   p o ten tia ll y   lead in g   to   in cr ea s ed   s tab ilit y   a n d   p er f o r m a n c e.   A  f u zz y   lo g ic  co n tr o ller   ( F L C ) ’ s   ar ch itect u r e  an d   d esi g n i n g   p r o ce s s i n g   ar e  s h o w n   i n   Fig u r e   3 .   I t  co n s is ts   o f   es s en t ial  ele m e n t s :   a  co n tr o l  r u le  b ase,   a  f u zz if ic atio n   p r o ce d u r e  th at  tr an s f o r m s   s y s te m   f ee d b ac k   s ig n al  in to   f u zz y   v al u e s   to   s u p p o r t  r u le - b ased   r ea s o n i n g ,   an d   a  d ef u zz i f icat io n   s tep   t h at  c o n v er ts   th e   i n f er r ed   f u zz y   o u tp u t i n to   a  d is tin ct  a n d   ac cu r ate  co n tr o l sig n al  f o r   t h e  s y s te m .           Fig u r e  3 .   Fu zz y   lo g ic  co n tr ol ’ s   ar ch itect u r e  an d   d esig n i n g   p r o ce s s in g       3 . 1 .     Co nv ent i o na l f uzzy   lo g i c  co ntr o l   I n   th e  co n tr o ller   d esig n i n g   p r o ce s s ,   th e  ch o ice  o f   a n   in ter f e r en ce   s y s te m   i s   i m p o r ta n t  b ec au s e  it  w ill   af f ec t  th e  e f f icien c y   a n d   co m p u tatio n a l  co m p lex i t y   o f   th e  co n tr o ller .   Ma n y   i n v er ted   p en d u l u m   s t u d ies  ar e  u s i n g   Ma m d an i - t y p e  in ter f er en ce   s y s te m s   to   d esig n   t h e  co n tr o ller .   Fo r   th e   m a m d a n i   f u zz y   i n ter f e r en ce   s y s te m   ( FIS) ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  23 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 25 :  2 3 4 - 2 4 5   238   th e  o u tp u t  o f   ea c h   r u le   in   t h e  r u le - b ase  i s   t h e  f u zz y   s et  a n d   t h e  o u tp u t  o f   t h e  m o d el   is   ca lc u lat ed   as  a  co m b i n atio n   o f   th ese  f u zz y   s ets.  So ,   it  r eq u ir es  a  d ef u zz if ica tio n   m et h o d   to   co n v er t  f u zz y   s et  v al u es   in t o   n u m er ical  v a lu e s   f o r   co n tr o l  in   th e  f i n al  s ta g es.   I n   Ma m d a n i  i n ter f er en ce ,   t h e r e  ar e  t w o   p o p u lar   d ef u zz i f ic atio n   m eth o d s :   th e   m ea n   o f   m a x i m a  m et h o d   ( MO M)   an d   th e  ce n tr o id   o f   g r av i t y   ( C OG)   m et h o d   [ 3 3 ] .   T h e  MO M  m et h o d   ca n   b e  r ep r esen ted   th r o u g h   m at h e m a t ical  f o r m u las a s   ( 1 2 ) :     ∗ =  { : ( ) = 1 }   ( 12 )     W h er e  ∗   is   th e  cr is p   o u tp u t  v a lu e,   ( )   is   th e  m e m b er s h ip   f u n ct io n   o f   o u tp u t.  T h e  MO M  d ef u zz i f icatio n   m et h o d s   m a y   in tr o d u ce   n o n li n ea r   b eh av io r   lead in g   to   s y s te m   in s tab ilit y ,   r en d er in g   t h e m   u n s u itab le  f o r   co n tr o l  p r o b lem s   [ 3 4 ] .   I n   t h e   C O G   d ef u z z if i c a ti o n   m et h o d ,   th e   o u t p u t  o f   t h e   c en t r o i d - b a s e d   m e th o d   is   c o m p u t e d   b y   ( 1 3 ) :     ∗ = ∫  ( )  ∞ − ∞ ∫ ( )  ∞ − ∞   ( 13 )     B ec au s e  th e  co m p u ti n g   p r o ce s s   h as  a n   in teg r al  o p er ato r ,   th e  C OG  m eth o d s   r eq u ir e  a  h i g h   c o m p u tatio n   in   d is cr ete  ti m e.   C o n s eq u e n t l y ,   ( 1 3 )   h as  h i g h   co m p u tatio n al  co m p le x it y   b ec a u s e  it  i n v o lv e s   a  co m p lete   f r ac tio n al  ca lc u latio n .   T h at  in cr ea s es  i m p le m en tatio n   co s t s   f o r   th e  p r o ce s s i n g   u n it.  T h er ef o r e,   a  s i m p le r   ca lcu latio n   an d   d ef u zz i f icatio n   m et h o d   n ee d s   to   b e  f o u n d   to   s av e  co s ts   a n d   ca lcu la tio n   ti m e.     3 . 2 .    P r o po s ed  f uzzy   lo g ic  co ntr o l w it h m o d if ied su g e no   inte rf er ence s   T o   o p tim ize  th e  ca lcu latio n   p r o ce s s ,   th e  T ak ag i – Su g e n o – Kan g   ( T SK)   in ter f er en ce s   ar e  ad o p ted   th an k s   to   th eir   s i m p licit y   a n d   ef f icie n c y .   C o m p ar ed   to   th e  co n v e n tio n al  Ma m d a n i  FI S,  th e  Su g e n o   FIS  ca lcu latio n   p r o ce s s   r elies  o n   c r is p   v alu e s   f o r   t h e  co n tr o l,  all o w i n g   u s   to   b y p as s   d ef u zz i f ic atio n   s tep s   w i th o u t  co m p r o m is i n g   th e   s tab ilit y   a n d   ac cu r ac y   o f   th e  co n tr o l  s y s te m .   I n   t h e  p r o p o s ed   m eth o d ,   t h e  co n s eq u e n t  cla u s e     o f   ′ ℎ    r u le  in   r u le - b ase  s y s te m   is   a  m ap p i n g   f u n ct io n   b elo n g in g   to   th e  in p u t  v ar iab le:     = ( 1 , 2 , 3 , 4 )   ( 14 )     I n   g en er al,   th e  m ap p in g   f u n cti o n     in   ( 1 4 )   ca n   b e   a  n o n lin ea r ,   lin ea r   f u n ctio n ,   o r   o n ly   a  co n s ta n t  v al u e.   T h e  f u zz y   o u tp u t  is   d ev id ed   i n to   s ev e n   lev el s   an d   th e  f u n ct io n     is   d ef in ed   as  a  co n s tan t  v alu e  f o r   ea ch   lev el   f o r   s i m p lic it y   i n   t h is   s tu d y .   T h e  o v er all  o u tp u t  v alu e  i s   ca lcu l ated   as  ( 1 5 ) :     ∗ = ∑ ,   ( 15 )     W h er e    is   th e  d eg r ee   o f   tr u th   f o r   th e  i th   r u le.   T h e  co m p u ti n g   p r o ce s s in g   in   T SK  ( 1 5 )   is   m o r e  s i m p le  th a n   m a m d a n i  FIS  o u tp u t  i n   ( 1 3 )   b ec au s e  t h er e  i s   n o   i n te g r al  f u n ctio n   in   ( 1 5 ) .   C o n s eq u e n tl y ,   th e  ad o p tio n   o f   th e   T SK  in ter f er en ce   s y s te m   i s   ad v o ca ted   f o r   its   ab ilit y   to   e x p ed ite  th e  ca lc u latio n   p r o ce s s   i n   t h e  f u zz y   co n tr o ller   d esig n .   T h e  T SK  FIS  h as  m i n i m ized   th e  co m p u ta tio n al  co m p le x it y   o f   th e  co n tr o ller ,   en ab lin g   u s   to   s elec t  ad d itio n al  in p u ts   a n d   estab li s h   m o r e  co n tr o l  r u les.   T o   co n d u ct  a  m o r e  co m p r eh e n s i v e  s y s te m   e v al u atio n ,   t h e   co n tr o ller ’ s   i n p u t s   co m p r is e   th e  an g le,   p o s itio n   a n g u la r   v elo cit y ,   an d   v e lo cit y   o f   th e  c ar t  ( 1 = ;   2 = ̇ ; 3 = ; 4 = ̇ ) .   Usi n g   t h ese  f o u r   p ar a m eter s   m ak e s   t h e  co n tr o ller   m o r e  e f f e ctiv e  a n d   ac cu r ate  b ec au s e  th e  in ter f er en ce   s y s te m   g ets  m o r e  ass ess m en t s   ab o u t  th e  s y s t e m .   R e m i n d in g   th e  s ta te - s p ac e  eq u atio n   d en o ted   as  ( 1 1 ) ,   th e  s tate  v ar iab les   f ea t u r ed   in   th is   eq u atio n   ar e  also   t h e  f u zz y   co n tr o ller ’ s   in p u t  v ar i ab les.  T h e  o b j ec tiv e  o f   th e  co n tr o ller   is   to   m ain tain   eq u ilib r iu m   b y   b alan ci n g   th e  p en d u lu m   at  a  d ef lectio n   a n g l e  o f   ze r o   ( = 0 ).   I n itiati n g   th e  d esig n   p r o ce s s ,   w e  e m b ar k   o n   cr af tin g   a  co n tr o l  r u le  b ase  b y   en u m er atin g   c o n ce iv ab le   co m b i n atio n s   o f   s ta te  v ar iab le s   w i th i n   t h e  s tate  s p ac e  eq u ati o n .   Fu zz y   v al u es  s u c h   as  n e g at iv e  ( NE ) ,   ze r o   ( ZE ) ,   an d   p o s itiv e  ( PO )   ar e  s et  to   d e n o te  th e   d ir ec tio n   o f   th e  s tate  v ar iab le  m o v e m e n t.  Fo r   th e  o u tp u t  v ar i ab le  o f   th e   co n tr o ller ,   w e  also   s et  th e  f u z z y   v al u e s   as  n eg ati v e  b i g   ( NB ),   n eg ativ e  m ed i u m   ( NM ) ,   n eg ati v e  s m all  ( NS ) ,   ze r o   ( ZE ) ,   p o s itiv e  s m al l  ( PS ) ,   p o s itiv e  m ed iu m   ( PM ) ,   p o s itiv e  b ig   ( PB )   to   f ea tu r e  f o r   co n s eq u en t v a lu e s     in   ( 1 3 ) .   Fig u r es   4 ( a)   an d   ( b )   s h o w   m e m b er s h ip   f u n ctio n   o f   t h e  ca r t ’ s   p o s it io n   ( )   an d   m e m b er s h ip   f u n ctio n   o f   t h e   ca r t ’ s   v e lo cit y   ( ̇ ) .  Fi g u r es   4 ( c)   an d   ( d )  s h o w   m e m b er s h ip   f u n ctio n   o f   t h e  f a lli n g   a n g le  ( )   an d   m e m b er s h i p   f u n ctio n   o f   th e  a n g u lar   v elo cit y   ( ̇ ) .   Si m ilar l y ,   t h e  m e m b er s h i p   f u n c tio n   o u tp u t  v ar iab le  is   s h o w n   i n   Fi g u r e   5 .  Fig u r e   6   s h o w s   e x a m p le  co m b i n atio n s   o f   co n tr o l  r u le s   b ased   o n   s tate  v ar iab les  an d   T ab le  1   s h o w s   t h e  co m p o s ed   r u le  b ase  f o r   th e  i n v er ted   p en d u lu m   s y s te m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         E n h a n ce d   fu z z y  lo g ic  co n tr o l fo r   o ve r co min g   in tr in s ic  r esis t a n ce   in   in ve r ted   p en d u lu m  …  ( Tin   Lu   Tr u n g )   239       ( a)   ( b )           ( c)   ( d )       Fig u r e  4 .   P r o p o s ed   m e m b er s h i p   f u n ctio n s   f o r   in p u ts   o f   f u zz y   lo g ic  co n tr o l ;  ( a)   m e m b er s h ip   f u n ctio n   o f   th e  ca r t ’ s   p o s itio n   ( ) ,   ( b )   m e m b er s h ip   f u n c tio n   o f   t h e  ca r t ’ s   v e lo cit y   ( ̇ ) ,   ( c )   m e m b er s h ip   f u n ct i o n   o f   th e  f alli n g   an g le  ( ) ,   an d   ( d )   m e m b er s h ip   f u n ctio n   o f   t h e  a n g u lar   v elo cit y   ( ̇ )           Fig u r e  5 .   Me m b er s h ip   f u n ctio n   o f   t h e  f o r ce   ac tin g   o n   t h e  ca r t ( )           Fig u r e  6 .   E x a m p le  co m b i n atio n s   o f   co n tr o l r u le  b ased   o n   s tat e  v ar iab les       T o   o p tim ize   co n tr o l  r es u lts ,   b esid es  b u i ld in g   m e m b er s h ip   f u n ct io n s   an d   o u tp u t  v al u es  c l ea r l y ,   th e   in p u t  g ai n   a n d   o u tp u t  g ai n   c o ef f icie n t s   ca n   a ls o   b e  co n tr o lled   as  s h o w n   i n   t h e  b lo ck   d i ag r a m   i n   F ig u r e   3 .     A   s i m ilar   th eo r y   o f   tu n i n g   in p u t  an d   o u tp u t  g ain s   is   d escr ib e d   in   th e  b o o k   “ T u n n in g   v ia  Sc alin g   Un iv er s e s   o f   Dis co u r s e”   p r esen ted   b y   P ass i n o   et  a l.   in   [ 3 4 ] .   B ased   o n   th is   co n tr o l  th eo r y ,   it  is   p o s s ib le  to   tu n e  th e s e  g ai n s   to   i m p r o v e  th e  co n tr o l  p er f o r m an ce   o f   th e  i n v er ted   p en d u lu m .   T h e  p r o p o s ed   g ain s   co n s is t  o f   th e  o u tp u t  g a in   ( ) ,   an d   th e  i n p u t  g ain   f o r   ea ch   s y s te m   v ar iab le  ( , ̇ , , )   ar e  s h o w n   in   T ab le  2 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  23 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 25 :  2 3 4 - 2 4 5   240   T ab le  1 .   R u le  b ase  f o r   p en d u l u m   u s in g   T SK   t y p e  f u zz y   i n f e r en ce   s y s te m     : ̇   N E:   NE   N E:   ZE   N E:   PO   Z E:   NE   Z E:   ZE   Z E:   PO   P O :   NE   P O :   ZE   P O :   PO   : ̇   N E:   NE   NB   NB   NM   NB   NM   NS   NM   NS   ZE   N E:   ZE   NB   NM   NS   NM   NS   ZE   NS   ZE   PS   N E:   PO   NM   NS   ZE   NS   ZE   PS   ZE   PS   PM   Z E:   NE   NB   NM   NS   NM   NS   ZE   NS   ZE   PS   Z E:   ZE   NM   NS   ZE   NS   ZE   PS   ZE   PS   PM   Z E:   PO   NS   ZE   PS   ZE   PS   PM   PS   PM   PB   P O :   NE   NM   NS   ZE   NS   ZE   PS   ZE   PS   PM   P O :   ZE   NS   ZE   PS   ZE   PS   PM   PS   PM   PM   P O :   PO   ZE   PS   PM   PS   PM   PB   PM   PB   PB       T ab le  2 .   P r o p o s ed   in p u t g ai n   an d   o u tp u t  g ain s   G a i n s   V a l u e s     100     2 . 5   ̇   0 . 25     0 . 67   ̇   0 . 25       4.   SI M UL AT I O N   R E S UL T S   AND  DIS CUSS I O N   4 . 1 .     I nv er t ed  pend ulu m   pa ra m et er s   a nd   s i m u la t io n pla t f o r m   I n   th i s   s ec t io n ,   w e  as s es s   th e  p er f o r m an ce   o f   t h e  p r o p o s ed   F L C   b y   e m p lo y i n g   M A T L A B   Si m u li n k   to   s i m u late  th e  in v er ted   p en d u l u m   s y s te m .   T h e  s i m u lat io n   ai m s   to   ev al u ate  t h e  e f f ec ti v en e s s   o f   o u r   co n tr o ller   i n   m ai n tai n in g   t h e  s tab ilit y   o f   t h e  p en d u l u m   an d   ac h iev i n g   t h e  s etp o in t  p o s itio n   o f   t h e  ca r t.  Fo r   an   o b j ec tiv e  co m p ar is o n ,   w e  co m p ar ed   o u r   r esu lt s   w it h   t h e  L Q R   co n tr o ll er   d is cu s s ed   in   [3 5]   b ec au s e  t h e  L Q R   co n tr o ller   i s   th e  p o p u lar   m o d el - b ased   co n tr o ller   f o r   n o n li n ea r   s y s te m s .   L QR   i s   a  m o d el - b ased   co n tr o l  s ch e m e  w i t h   o p tim ized   r o o t  lo cu s   p lace m e n t  an d   m i n i m ized   co s t  eq u ati o n   [ 3 6 ] .   Fo r   th is   r ea s o n ,   th e  L Q R   co n tr o l  s c h e m e   o b tain s   a  g o o d   s tead y   s ta te  p er f o r m a n ce .   T h e  s i m u latio n   p ar am eter s   ar e  p r esen ted   i n   T ab le  3 .   I n   th e  s i m u latio n   s ce n ar io ,   th e  v al u e  o f     is   co n s tan t,  w h i le  d if f er en t  v alu e s   o f     ar e  tak en   in to   co n s id er atio n .   T o   ev alu ate  th e   q u alit y   o f   ea ch   co n tr o l  m et h o d ,   w e  an al y z ed   th e  f o llo w i n g   cr iter ia:  o v er s h o o t  o f   th e  in v er ted   p en d u lu m   a n g le   ( )   an d   o v er s h o o t  o f   th e  ca r t  p o s itio n   ( ) ,   an d   th e  s ettli n g   ti m e  o f   in v er ted   p en d u l u m   a n g le  ( )   an d   th e  s ettli n g   ti m e  o f   t h e  ca r t  p o s itio n   ( ) ,   w h ic h   i s   th e   ti m e  w h en   t h e  s y s t em ’ s   r esp o n s e   co n v er g es   an d   s ta y s   w i th i n   5 % o f   th e  r ef er e n ce   v al u e.         T ab le  3 .   Sim u latio n   p ar a m eter s   o f   in v er ted   p en d u l u m   P a r a me t e r s   S y mb o l   V a l u e   M a ss   o f   t h e   c a r t     1 . 0 9 6   K g   M a ss   o f   t h e   r o d     0 . 1 0 9   K g   S l i d i n g   f r i c t i o n   c o e f f i c i e n t     0 . 1   L e n g t h   o f   t h e   r o d     0 . 5   m        4 . 2 .     P er f o rm a nce  ev a lua t io n   ( f uzzy   lo g ic  a nd   co nv ent io na l  lin ea r  qu a dra t ic  re g ula t o r   co ntr o llers)   T o   ev alu ate   t h e  co n tr o l  p er f o r m an ce ,   t h e  s tep   r esp o n s es  o f   th e  ca r t  p o s itio n   ar e  ex a m i n ed   w it h   a  s etp o in t  o f   p o s itio n   is   0 . 1   m .   I n   ad d it io n ,   th e  in tr i n s ic  r es is tan ce   co e f f icien t s   ( )   ar e  v ar ied   to   v er if y   t h e   ef f ec tiv e n e s s   o f   th e  p r o p o s ed   FLC  co n tr o ller .   T h e   s e r ie s   o f   in t r in s i c   r es is t an c e   c o ef f i ci en ts   a r e   s el e c t e d   as   f o l l o w s :   1 = 0 , 2 = 0 . 005 , 3 = 0 . 017 ,   a n d   4 = 0 . 035 .  I n   t e r m s   o f   i n v er t e d   p en d u l u m   an g l e  p e r f o r m an c e,   F ig u r e s   7 ( a )   an d   ( b )   s h o w   t h e   s t e p   r e s p o n s e   o f   th e   in v e r t e d   p en d u lu m   a n g l e   w h en   = 0   a n d   = 0 . 005 .   F ig u r e s   7 ( c )   a n d   ( d )   s h o w   th e   s t e p   r es p o n s e   o f   t h e   in v e r t e d   p en d u lu m   a n g l e   w h e n   = 0 . 017   a n d   = 0 . 035 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         E n h a n ce d   fu z z y  lo g ic  co n tr o l fo r   o ve r co min g   in tr in s ic  r esis t a n ce   in   in ve r ted   p en d u lu m  …  ( Tin   Lu   Tr u n g )   241       ( a)   ( b )           ( c)   ( d )       Fig u r e  7 .  R esp o n s e  o f   p e n d u l u m   an g le  w h en ;   ( a)   = 0 ,   ( b )   = 0 . 005 ,   ( c)   = 0 . 017 ,  an d   ( d )   = 0 . 035       I n   ter m s   o f   i n v er ted   p en d u lu m   ca r t  p o s itio n   p er f o r m a n ce ,   Fig u r es  8 ( a)   an d   ( b )   s h o w   th e  r esp o n s e  o f   ca r t  p o s itio n   w h e n   = 0   an d   = 0 . 005 .   Fig u r e s   8 ( c)   an d   ( d )   s h o w   th e  r esp o n s e  o f   ca r t  p o s itio n   w h en     = 0 . 017   an d   = 0 . 035 .   T o   en h an ce   r ea d er   co m p r eh en s io n ,   th e  r es u lt s   h a v e  b ee n   s u m m ar ized   in   T ab le  4 .   W h en   = 1 = 0 ,   th e  o v er s h o o t  o f   t h e  p en d u l u m   a n g le  ( )   w it h   th e  p r o p o s ed   FL C   co n tr o l  s ch e m e   is   s m aller   th a n   t h at  o f   t h e  co n v en tio n al   L QR   co n tr o l  s c h e m e  d u r in g   t h e  tr an s ie n t  p er io d .   Si m ilar l y ,   t h e  p r o p o s ed   FLC  co n tr o l  s ch e m e  m ai n tain s   th e   s m all  o v er s h o o t   o f   t h e  p en d u lu m   a n g le   w h e n   = 0 . 005 ,   = 0 . 017 ,   an d   = 0 . 035 .   T h ese  r es u lts   h i g h li g h t  t h e  ad v an ta g e  o f   t h e  f u zz y   co n tr o ller   in   t h e  tr a n s ie n t  p er io d   b ec au s e  o f   t h e  d etailed   f u zz y   r u le  an d   m e m b er s h ip   f u n ctio n .   I n   th e   ca r t p o s itio n   p er f o r m a n ce ,   th e  s ettli n g   ti m e  o f   t h e  co n v en t io n al  L Q R   co n tr o l sc h e m e  is   s h o r ter   th an   t h at  o f   t h e  F L C   co n tr o l sch e m e  t h a n k s   to   its   m o d el - b ase d .   Me an w h ile,   t h e  o v er s h o o t o f   ca r t p o s itio n   ( )  w it h   t h e  p r o p o s ed   FL C   c o n tr o l  s ch e m e  is   s m a ller   th an   t h e  co n v e n tio n al  L Q R   ( 0 . 5 6 <0 . 8 )   w h e n     = 1 = 0 .   W h en   in cr ea s i n g   th e  i n tr i n s i c  r esis tan ce   co ef f ic ien t     ( = 0 . 005 , = 0 . 017 ,   an d   = 0 . 035 ) ,   th e  o v er s h o o ts   u s in g   t h e  p r o p o s ed   F L C   co n tr o l  s c h e m e  ar e  al s o   s m aller   t h an   th e   o v er s h o o ts   u s i n g   co n v en tio n al   L Q R .     I t  is   im p o r tan t  to   n o te  th at  th e  L Q R   m ai n l y   d ep en d s   o n   th e  p r io r   k n o w led g e  o f   th e  s tate  s p ac e  eq u atio n ,   an d   th e  d etailed   s y s te m   m o d el   o f   th e  in v er ted   p en d u l u m   i s   c o n s id er ed .   On   th e  o th er   h a n d ,   th e  p r o p o s ed   FL C   d o es  n o t  r e q u ir e  th e  s y s te m   m o d el  an d   p ar a m eter s .   Hen ce ,   th e  L QR   co n tr o l  s ch e m e  m a y   h av e  a  f aster   ca r t   p o s itio n   r esp o n s e  th a n   t h at  o f   th e  F L C   co n tr o l  s ch e m e.   Ho w e v er ,   th e  p r o p o s ed   FLC  co n tr o l  s c h e m e   h a s   a  s m al ler   o v er s h o o t  in   ca r t  p o s it io n   an d   p en d u lu m   a n g le.   I n   t h e  s tead y - s tate  er r o r   is   ze r o   in   b o th   FLC  a n d   L Q R   co n tr o l sch e m es,  w h ic h   en s u r e s   th e  p er f o r m a n ce   i n   th e  s tead y - s tate.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  23 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   20 25 :  2 3 4 - 2 4 5   242       ( a)   ( b )           ( c)     ( d )       Fig u r e  8 .   R esp o n s e  o f   ca r t p o s itio n   w h e n ;   ( a)   = 0 ,   ( b )   = 0 . 005 ,   ( c)   = 0 . 017 ,  an d   ( d )   = 0 . 035       T ab le  4 .   Sim u latio n   r esu lt     C o n t r o l l e r   P e n d u l u m a n g l e   C a r t   p o si t i o n     ( r a d )     ( s)     ( m)     ( s)   0   F L C   0 . 0 8   6 . 0 1   0 . 5 6   12   L Q R   0 . 1 4 6   6 . 1 2   0 . 8   7 . 3   0 . 0 0 5   F L C   0 . 0 8   6 . 0 3   0 . 6   12   L Q R   0 . 1 5   6 . 1 4   0 . 8 4   7 . 3 1   0 . 0 1 7   F L C   0 . 0 9   6 . 0 3   0 . 7   1 2 . 7 7   L Q R   0 . 1 6   6 . 2   0 . 9 5   7 . 1   0 . 0 3 5   F L C   0 . 0 8   6 . 0 1   0 . 5 8   1 2 . 2 1   L Q R   0 . 1 8   6 . 1 4   0 . 9 6   7       4 . 3 .     Dis cus s io n o f   f ind ing s   a nd   po t ent ia l f uture   re s ea rc h   T h r o u g h   t h i s   w o r k ,   w e  co n tr i b u te  to   ad v a n cin g   t h e  u n d er s t an d in g   a n d   co n tr o l  o f   i n v er ted   p en d u l u m   s y s te m s ,   p ar ticu lar l y   i n   t h e  p r esen ce   o f   i n tr in s ic  r es is ta n ce .   Fo r   th e  p u r p o s e  o f   co m p ar is o n ,   t h e  L QR   co n tr o l  alg o r ith m   is   s elec ted   b ec au s e  o f   its   w ell - estab li s h ed   ef f ec ti v en es s   in   o p ti m izi n g   th e  p er f o r m an ce   o f   d y n a m i c   s y s te m s ,   esp ec iall y   t h e  i n v er ted   p en d u lu m   s y s te m .   I n   ter m s   o f   i m p r o v ed   p er f o r m an ce ,   t h e   p r o p o s ed   f u zz y   lo g ic   co n tr o l  h as  ad v an ta g es  in   ter m s   o f   o v er s h o o t  p er ce n tag e,   o s ci llatio n ,   an d   s tab ilit y   co m p ar ed   t o   th e  L QR   alg o r ith m .   I n   ter m s   o f   u n i m p r o v ed   p er f o r m a n ce   p ar a m eter s ,   th e  s ettli n g   ti m e  f o r   th e  p en d u lu m   a n g le  is   n ea r l y   id en tical  f o r   b o th   th e  p r o p o s ed   f u zz y   lo g ic  co n tr o l  an d   th e  L QR   co n tr o l a lg o r it h m .   Ho w e v er ,   th e  L Q R   co n t r o l   alg o r ith m   e x h ib its   a  s ig n i f ica n t  o v er s h o o t,  y e t  its   o s cillatio n   d ec ay   ap p ea r s   to   b e  f a s ter   co m p ar ed   to   th at  o f   th e   p r o p o s ed   FL C .   Fo r   p o ten tial   f u t u r e  r esear ch ,   f r o m   t h e  au t h o r ’ s   p er s p ec tiv e,   T y p e - 2   f u zz y   lo g ic  m a y   e n h a n ce   s y s te m   p er f o r m a n ce   w h ile  m ai n tai n i n g   s y s te m   s tab ilit y .   T y p e - 2   f u zz y   lo g ic  i s   m o r e  co m p lic ated   th an   T y p e - 1 ,   in v o l v i n g   t h e  m a n a g e m en t  o f   n o t  o n l y   t h e  u n ce r tain t y   i n   th e  v ar iab le  b u t  also   th e  u n ce r tai n t y   i n   t h e  m e m b er s h ip   f u n ctio n .   I t  ex ten d s   tr ad itio n al  f u zz y   lo g ic  co n ce p ts   to   h an d le  ev en   h ig h er   lev els  o f   u n ce r tai n t y ,   o f f er i n g   a  m o r e   n u a n ce d   an d   f le x ib le  ap p r o ac h   to   m o d elin g   co m p lex   s y s te m s .   Ho w e v er ,   th i s   ad v a n ce m e n t  c o m e s   at  th e  co s t  o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l         E n h a n ce d   fu z z y  lo g ic  co n tr o l fo r   o ve r co min g   in tr in s ic  r esis t a n ce   in   in ve r ted   p en d u lu m  …  ( Tin   Lu   Tr u n g )   243   in cr ea s ed   co m p u ta tio n al  co m p lex it y .   T h e  ch o ice  b et w ee n   T y p e - 1   an d   T y p e - 2   f u zz y   lo g ic  h i n g e s   o n   th e  s p ec if i c   r eq u ir e m en ts   a n d   th e  le v el  o f   u n ce r tai n t y   p r esen t i n   t h e  p r o b le m   at  h a n d .       5.   CO NCLU SI O N   An   i n v er ted   p en d u lu m   m o d el  w it h   i n tr i n s ic  r es is ta n ce   is   e s tab lis h ed   in   t h i s   s t u d y ,   alo n g   w it h   t h e   d esig n   o f   an   en h an ce d   F L C   w it h   d etailed   m e m b er s h ip   f u n ctio n s   an d   r u les.  T h e  s tu d y   e m p lo y s   t h e  E u ler - L a g r an g e  m e th o d   f o r   d er iv i n g   d y n a m ic  eq u atio n s ,   an d   f u zz y   lo g ic  co n tr o l  is   i n tr o d u ce d   as  a  m o d el - f r ee   ap p r o ac h ,   ad ep t  at  ad d r ess in g   th e  i n h er e n t  co m p lex i t y   o f   t h e   in v er ted   p en d u l u m   s y s te m .   MA T L A B   S i m u li n k   h as  o f f er   a  co m p r eh e n s i v e  ev a lu atio n   o f   th e  p r o p o s ed   FL C   i n   co m p ar is o n   to   th e  L Q R ,   an d   th e  r esu l t  f o cu s   o n   o v er s h o o t  an d   s ettli n g   ti m e   u n d er   v ar io u s   in tr i n s ic   r esi s tan ce   co e f f icien ts .   T h e  d etailed   FLC  s c h e m e   co n s is ten tl y   o u tp er f o r m s   th e  c o n v e n tio n al  L Q R ,   n o tab l y   m i n i m izi n g   o v er s h o o t  b y   3 0   p er ce n tag e  i n   b o th   th e   in v er ted   p en d u lu m   a n g le  an d   ca r t  p o s itio n .   T h is   ad v an ta g e  is   p ar ticu lar l y   p r o n o u n ce d   u n d er   co n d itio n s   o f   v ar y i n g   i n tr in s ic  r es is ta n ce   c o ef f icie n t s .   W h ile   t h e  L Q R   s h o w ca s es   f a s ter   ca r t  p o s itio n   r esp o n s e  d u e   to   it s   m o d el - b ased   co s t  f u n ctio n ,   th e   FLC  m ai n tain s   s tab ilit y   w it h   r ed u ce d   o v er s h o o t,  d e m o n s tr ati n g   its   e f f ec ti v en e s s   in   n a v i g ati n g   t h e  in tr i n s ic  co m p lex i t y   a n d   n o n li n ea r it y   o f   th e  s y s te m .   B y   s p ec if ical l y   ad d r ess in g   ch alle n g es   in tr o d u ce d   b y   s lid i n g   a n d   r o tatio n al  f r ic tio n ,   o u r   s t u d y   f o cu s es  o n   e n h a n ci n g   s tab ilit y   a n d   p er f o r m a n ce ,   p ar ticu lar l y   in   ap p licatio n s   s u ch   as   s el f - b alan ci n g   v eh ic les.  T h eo r etica l  an al y s is   a n d   s i m u latio n   r es u lt s   h av e   va lid ated   th e  e f f icac y   o f   t h e  p r o p o s ed   co n tr o l sch e m e.       ACK NO WL E D G E M E NT S   W e  ac k n o w led g e  Ho   C h i  Mi n h   C it y   Un iv er s it y   o f   T ec h n o lo g y   ( H C MU T ) ,   VNU - HC M  f o r   s u p p o r tin g   th is   s t u d y .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   I .   C h a w l a   a n d   A .   S i n g l a ,   “ R e a l - T i me   S t a b i l i z a t i o n   C o n t r o l   o f   a   R o t a r y   I n v e r t e d   P e n d u l u m   U si n g   L Q R - B a se d   S l i d i n g   M o d e   C o n t r o l l e r , ”   Ara b i a n   J o u r n a l   f o r  S c i e n c e   a n d   En g i n e e r i n g ,   v o l .   4 6 ,   n o .   3 ,   p p .   2 5 8 9 – 2 5 9 6 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s1 3 3 6 9 - 020 - 0 5 1 6 1 - 7.   [ 2 ]   D .   H .   V u ,   S .   H u a n g ,   a n d   T .   D .   T r a n ,   “ H i e r a r c h i c a l   r o b u st   f u z z y   sl i d i n g   mo d e   c o n t r o l   f o r   a   c l a ss   o f   s i mo   u n d e r - a c t u a t e d   sy st e ms  w i t h   mi sm a t c h e d   u n c e r t a i n t i e s,”   T EL K O MN I K A  ( T e l e c o m m u n i c a t i o n   C o m p u t i n g   E l e c t r o n i c s  a n d   C o n t r o l ) ,   v o l .   1 7 ,   n o .   6 ,   p p .   3 0 2 7 – 3 0 4 3 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 2 9 2 8 / t e l k o mn i k a . v 1 7 i 6 . 1 3 1 7 6 .   [ 3 ]   A .   L a w a l ,   K .   A b e d - M e r a i m,  Q .   M a y y a l a ,   N .   I q b a l ,   a n d   A .   Z e r g u i n e ,   “ B l i n d   M M S E  E q u a l i z e r   f o r   N o n l i n e a r   S I M O   S y st e ms,”   2 0 2 1   1 8 t h   I n t e rn a t i o n a l   Mu l t i - C o n f e r e n c e   o n   S y st e m s,   S i g n a l s  &   D e v i c e s   ( S S D ) ,   2 0 2 1 ,   M o n a s t i r ,   T u n i s i a ,   p p .   5 1 0 – 5 1 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / S S D 5 2 0 8 5 . 2 0 2 1 . 9 4 2 9 3 8 2 .   [ 4 ]   H .   W .   L e e ,   “ P e r f o r man c e   t h e   b a l a n c e   o f   c i r c u l a r   i n v e r t e d   p e n d u l u m   b y   u s i n g   L Q R   c o n t r o l l e d   t h e o r y , ”   i n   2 0 1 7   I E EE  I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   C o n s u m e r  El e c t ro n i c s  -   T a i w a n   ( I C C E - T W) ,   T a i p e i ,   T a i w a n ,   2 0 1 7 ,   p p .   4 1 5 – 4 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C C E - C h i n a . 2 0 1 7 . 7 9 9 1 1 7 2 .   [ 5 ]   B .   A .   S h a r i f   a n d   A .   U c a r ,   “ S t a t e   f e e d b a c k   a n d   L Q R   c o n t r o l l e r s  f o r   a n   i n v e r t e d   p e n d u l u m  sy st e m,”   i n   2 0 1 3   T h e   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   T e c h n o l o g i c a l   A d v a n c e s  i n   E l e c t r i c a l ,   El e c t r o n i c s  a n d   C o m p u t e r  En g i n e e ri n g   ( T A EE C E) ,   K o n y a ,   T u r k e y ,   2 0 1 3 ,   p p .   2 9 8 – 3 0 3 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T A EEC E. 2 0 1 3 . 6 5 5 7 2 9 0 .   [ 6 ]   J.  S u g a y a ,   Y .   O h b a ,   a n d   T .   K a n mac h i ,   “ S i m u l a t i o n   o f   s t a n d i n g   u p r i g h t   c o n t r o l   o f   a n   i n v e r t e d   p e n d u l u m u s i n g   i n e r t i a   r o t o r   a n d   t h e   sw i n g   t y p e   i n v e r t e d   p e n d u l u m   f o r   e n g i n e e r i n g   e d u c a t i o n , ”   2 0 1 7   9 t h   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   I n f o rm a t i o n   T e c h n o l o g y   a n d   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g   ( I C I T E E) ,   P h u k e t ,   T h a i l a n d ,   2 0 1 7 ,   p p .   1 – 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C I T EED . 2 0 1 7 . 8 2 5 0 4 3 6 .   [ 7 ]   M .   A l i ,   A .   O g l a h ,   a n d   M .   M a r i e ,   “ O p t i mal   F O P I - F O P D   c o n t r o l l e r   d e si g n   f o r   r o t a r y   i n v e r t e d   p e n d u l u m   sy st e m  u si n g   g r e y   w o l v e s’   o p t i m i z a t i o n   t e c h n i q u e , ”   T ELKO MN I K A  ( T e l e c o m m u n i c a t i o n   C o m p u t i n g   El e c t r o n i c s   a n d   C o n t ro l ) ,   v o l .   2 1 ,   n o .   3 ,   p p .   6 5 7 - 6 6 6 ,   A u g .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 2 9 2 8 / t e l k o mn i k a . v 2 1 i 3 . 2 4 3 8 3 .   [ 8 ]   N .   L i ,   Y .   L i ,   a n d   W .   X i a n g ,   “ T h e   a d a p t i v e   f u z z y   t r a c k i n g   c o n t r o l   f o r   d o u b l e   i n v e r t e d   p e n d u l u ms   i n   t h e   p r e se n c e   o f   u n k n o w n   c o n t r o l   d i r e c t i o n s, ”   i n   2 0 2 0   2 n d   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   I n d u s t ri a l   Art i f i c i a l   I n t e l l i g e n c e   ( I AI ) ,   S h e n y a n g ,   C h i n a ,   2 0 2 0 ,   p p .   1 – 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I A I 5 0 3 5 1 . 2 0 2 0 . 9 2 6 2 2 3 8 .   [ 9 ]   M .   K .   H a b i b   a n d   S .   A .   A y a n k o so ,   “ M o d e l i n g   a n d   C o n t r o l   o f   a   D o u b l e   I n v e r t e d   P e n d u l u m   u si n g   L Q R   w i t h   P a r a m e t e r   O p t i m i z a t i o n   t h r o u g h   G A   a n d   P S O , ”   2 0 2 0   2 1 st   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   R e se a rc h   a n d   E d u c a t i o n   i n   Me c h a t r o n i c s   ( RE M) ,   C r a c o w ,   P o l a n d ,   2 0 2 0 ,   p p .   1 – 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / R E M 4 9 7 4 0 . 2 0 2 0 . 9 3 1 3 8 9 3 .   [ 1 0 ]   S .   S i n g h   a n d   A .   S w a r u p ,   “ C o n t r o l   o f   R o t a r y   D o u b l e   I n v e r t e d   P e n d u l u m   u s i n g   S l i d i n g   M o d e   C o n t r o l l e r , ”   2 0 2 1   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   I n t e l l i g e n t   T e c h n o l o g i e s (CO N I T ) ,   H u b l i ,   I n d i a ,   2 0 2 1 ,   p p .   1 - 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C O N I T 5 1 4 8 0 . 2 0 2 1 . 9 4 9 8 5 2 5 .   [ 1 1 ]   B .   T o mar,  N .   K u mar,  a n d   M .   R .   S r e e j e t h ,   “ O p t i mal   C o n t r o l   o f   R o t a r y   I n v e r t e d   P e n d u l u m  U si n g   C o n t i n u o u s  L i n e a r   Q u a d r a t i c   G a u ssi a n   ( L Q G )   C o n t r o l l e r , ”   2 0 2 3   1 4 t h   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   C o m p u t i n g   C o m m u n i c a t i o n   a n d   N e t w o r k i n g   T e c h n o l o g i e s   ( I C C C N T ) ,   D e l h i ,   I n d i a ,   2 0 2 3 ,   p p .   1 - 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C C C N T 5 6 9 9 8 . 2 0 2 3 . 1 0 3 0 6 4 4 9 .   [ 1 2 ]   B .   T h o n g sa k u l ,   A .   N u mso mr a n ,   V .   T i p su w a n p o r n ,   a n d   J.  C h a o r a i n g e r n ,   “ E v e n t - B a se d   L Q R   C o n t r o l   f o r   R o t a r y   I n v e r t e d   P e n d u l u m   U si n g   W i r e l e ss  N e t w o r k e d   C o n t r o l   S y st e m,   ”   2 0 2 3   2 3 r d   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   C o n t r o l ,   Au t o m a t i o n   a n d   S y st e m s   ( I C C A S ) ,  Y e o su ,   K o r e a ,   R e p u b l i c   o f ,   2 0 2 3 ,   p p .   5 7 3 - 5 7 8 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / I C C A S 5 9 3 7 7 . 2 0 2 3 . 1 0 3 1 7 0 6 9 .   [ 1 3 ]   P .   F a r a d j a ,   G .   Q i ,   a n d   M .   T a t c h u m ,   “ S l i d i n g   mo d e   c o n t r o l   o f   a   R o t a r y   I n v e r t e d   P e n d u l u m   u s i n g   h i g h e r   o r d e r   d i f f e r e n t i a l   o b se r v e r , ”   2 0 1 4   1 4 t h   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   C o n t ro l ,   Au t o m a t i o n   a n d   S y s t e m s  ( I C C A S   2 0 1 4 ) ,   G y e o n g g i - d o ,   K o r e a   ( S o u t h ) ,   2 0 1 4 ,   p p .   1 1 2 3 - 1 1 2 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C C A S . 2 0 1 4 . 6 9 8 7 5 4 8 .   [ 1 4 ]   B .   S ü t ö   a n d   Z .   L e n d e k ,   “ S w i t c h i n g   c o n t r o l   o f   a   r o t a r y   i n v e r t e d   p e n d u l u m, ”   2 0 2 2   2 6 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   S y s t e m   T h e o r y ,   C o n t r o l   a n d   C o m p u t i n g   ( I C S T C C ) ,   S i n a i a ,   R o ma n i a ,   2 0 2 2 ,   p p .   1 1 1 – 1 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C S T C C 5 5 4 2 6 . 2 0 2 2 . 9 9 3 1 8 1 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.