Deep reinforcement learning with reward shaping for tracking control and vibration suppression of flexible link manipulator

控制理论(社会学) 强化学习 计算机科学 稳健性(进化) 卡尔曼滤波器 控制工程 人工智能 工程类 控制(管理) 生物化学 基因 化学
作者
Joshi Kumar Viswanadhapalli,Vinodh Kumar Elumalai,S. Shivram,S. Shah,Dhruv Mahajan
出处
期刊:Applied Soft Computing [Elsevier BV]
卷期号:152: 110756-110756 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.asoc.2023.110756
摘要

This paper puts forward a novel deep reinforcement learning control using deep deterministic policy gradient (DRLC-DDPG) framework to address the reference tracking and vibration suppression problem of rotary flexible link (RFL) manipulator. Specifically, this study attempts to address the continuous action space DRLC problem through DDPG algorithm and presents a Lyapunov function based reward shaping approach for guaranteed deep reinforcement learning (DRL) convergence and enhanced speed of training. The proposed approach synthesizes the hard and soft constraints of the flexible manipulator as a constrained Markov decision problem (MDP) and evaluates the performance of DRLC-DDPG framework through hardware in loop (HIL) testing to realize precise servo tracking and suppressed vibration of the flexible manipulator. For identifying the dynamical model of the RFL, an empirical Auto-Regressive eXogenous (ARX) model using the closed loop identification technique is built. Moreover, to extract the true states (servo angle and deflection angle) from the actual measurements, which typically have the influence of sensor noise, an adaptive Kalman filter (AKF) is augmented with the DRLC scheme. The experimental results of DRLC-DDPG scheme compared with those of the model predictive control (MPC) for several test cases reveal that the proposed scheme is superior to MPC both in terms of trajectory tracking and robustness against the external disturbances and model uncertainty.

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