Robust adaptive fuzzy type-2 fast terminal sliding mode control of robot manipulators in attendance of actuator faults and payload variation

Abstract

This study presents a robust control method for the path following problem of the PUMA560 robot. The technique is based on the Adaptive Fuzzy Type-2 Fast Terminal Sliding Mode Control (AFT2FTSMC) algorithm and is designed to handle actuator faults, uncertainties (such as payload change), and external disturbances. The aim of this study is to utilize the Fast Terminal Sliding Mode Control (FTSMC) approach in order to ensure effective compensation for faults and uncertainties, minimize tracking error, reduce the occurrence of chattering phenomena, and achieve rapid transient response. A novel adaptive fault tolerant Sliding Mode Control (SMC) approach is developed to address the challenges provided by uncertainties and actuator defects in real robotics tasks. Originality. The present work combined the AFT2FTSMC algorithm in order to give robust controllers for trajectory tracking of manipulator’s robot in presence parameters uncertainties, external disturbance, and faults. We use an adaptive fuzzy logic system to estimate the robot’s time-varying, nonlinear, and unfamiliar dynamics. A strong adaptive term is created to counteract actuator defects and approximation errors while also guaranteeing the convergence and stability of the entire robot control system. Novelty. The implemented controller effectively mitigates the chattering problem while maintaining the tracking precision and robustness of the system. The stability analysis has been conducted using the Lyapunov approach. Results. Numerical simulation and capability comparison with other control strategies show the effectiveness of the developed control algorithm.У роботі представлено надійний метод керування для проблеми слідування шляху робота PUMA560. Методика базується на алгоритмі адаптивного нечіткого типу 2 швидкого ковзного керування терміналом (AFT2FTSMC) і призначена для обробки несправностей приводу, невизначеностей (таких як зміна корисного навантаження) та зовнішніх завад. Метою статті є використання підходу швидкого ковзного режиму керування терміналом (FTSMC) для забезпечення ефективної компенсації помилок і невизначеностей, мінімізації помилок відстеження, зменшення виникнення явищ деренчання та досягання швидкої реакції на перехідні процеси. Розроблено новий адаптивний відмовостійкий підхід до керування ковзним режимом для вирішення проблеми, що пов’язана з невизначеністю та дефектами приводу в реальних роботах. Оригінальність. Ця робота об’єднала алгоритм адаптивного нечіткого типу 2 і швидкого кінцевого ковзного режиму керування з метою створення надійних контролерів для відстеження траєкторії робота-маніпулятора в умовах невизначеності параметрів присутності, зовнішніх завад і несправностей. Використано систему адаптивної нечіткої логіки для оцінки змінної в часі нелінійної та невідомої динаміки робота. Створено сильний адаптивний термін для протидії дефектам приводу та помилкам апроксимації, а також для гарантії конвергенції та стабільності усієї системи керування роботом. Новизна. Реалізований контролер ефективно пом’якшує проблему тріскання, зберігаючи при цьому точність відстеження та надійність системи. Аналіз стабільності проведено за підходом Ляпунова. Результати. Чисельне моделювання та порівняння можливостей з іншими стратегіями керування показують ефективність розробленого алгоритму керування.