Direct adaptive fractional-order non-singular terminal sliding mode control strategy using extreme learning machine for position control of 5-DOF upper-limb exoskeleton robot systems

控制理论(社会学) 稳健性(进化) 终端滑动模式 奇点 滑模控制 外骨骼 自适应控制 工程类 计算机科学 数学 非线性系统 人工智能 模拟 控制(管理) 量子力学 生物化学 基因 物理 数学分析 化学
作者
Morteza Mirzaee,Reza Kazemi
出处
期刊:Transactions of the Institute of Measurement and Control [SAGE Publishing]
卷期号:46 (12): 2313-2323 被引量:7
标识
DOI:10.1177/01423312231225605
摘要

This paper presents an innovative adaptive fractional-order (FO) terminal sliding mode (TSM) controller designed for a 5-degree-of-freedom (5-DOF) upper-limb exoskeleton robot. The primary focus is on addressing the challenges posed by nonlinearities and uncertainties in parameter values. The proposed approach integrates several key elements, including a novel fractional-order non-singular terminal sliding mode (FONSTSM) surface, an exponential reaching law, and the utilization of the extreme learning machine (ELM). This comprehensive strategy guarantees not only finite-time convergence but also robust stability, effectively alleviating the well-known chattering phenomenon. Furthermore, it successfully overcomes the singularity issues typically observed in conventional TSM controllers. The incorporation of the ELM with rectified linear unit (ReLU) activation function enhances robustness by facilitating the estimation of parameters related to the exponential control law. Numerical simulations provide compelling evidence of improved tracking, increased robustness against uncertainties, achievement of finite-time convergence, and notable reductions in control signal oscillations and singularity problems.
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