I AE S In t er na t io na l J o urna l o f   Ro bo t ics a nd   Aut o m a t io n  ( I J RA)   Vo l.  1 5 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 ,   p p .   5 9 7 ~ 6 0 6   I SS N:  2722 - 2 5 8 6 ,  DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /i jr a . v 1 5 i 3 . pp 5 9 7 - 606           597       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij r a . ia esco r e. co m   Perf o rma nce   a ss ess ment of  fraction a l order  PID   co nt ro l  for a   2 DO F  fle x ible  j o i nt  ro bo tic  ma nip ula tor under  va rio us  o pera ting co nditi o ns       Ahm ed  Alk a m a chi,  Ali H us s ien Ma ry   M e c h a t r o n i c s  En g i n e e r i n g   D e p a r t me n t ,   A l - K h w a r i z mi   C o l l e g e   o f   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t y   o f   B a g h d a d ,   B a g h d a d ,   I r a q       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   2 0 ,   2 0 2 6   R ev is ed   J u l 2 9 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Au g   6 ,   2 0 2 6       F lex ib le   jo in t   ro b o t   m a n i p u lat o rs (F JM)  e x h ib it   h ig h   n o n li n e a r  d y n a m ics   a n d   c o u p l in g   e ffe c ts,  wh ich   m a k e   th e ir  c o n tr o l  a   c h a ll e n g i n g   tas k .   T h is  p a p e r   p ro p o se s  a   fra c ti o n a l  o r d e r  P ID   (F OPID)  c a sc a d e   c o n tro l  stra t e g y   fo r  a   2 DO F   F JM.   Th e   c o n tr o ll e r  p e rfo rm a n c e   is  c o m p a re d   with   th a t  o f   a   slid i n g   m o d e   c o n tr o ll e r  ( S M C)  u n d e r  id e n ti c a l  o p e ra ti n g   c o n d it io n s.  Bo t h   c o n tro ll e rs’  p a ra m e ters   a r e   o p ti m a ll y   tu n e d   u sin g   th e   p a rti c le  sw a rm   o p ti m iza ti o n   ( P S O)  a lg o rit h m   to   e n su re   a   fa ir  p e rf o rm a n c e   e v a lu a ti o n .   T h e   p ro p o se d   c o n tro l   c o n sists   o f  a n   i n n e r  l o o p   t h a t  re g u late s  m o to r   d y n a m ics   a n d   a n   o u ter  lo o p   th a t   e n su re s  a c c u r a te  li n k   p o siti o n   trac k i n g .   Ad d it io n a ll y ,   a   g ra v it y   c o m p e n sa t o r  is  i n teg ra ted   to   imp ro v e   c o n tro l   e fficie n c y   b y   re d u c in g   th e   n o n li n e a r  lo a d   o n   t h e   c o n tro ll e r.   Bo t h   c o n tr o ll e rs  a re   e v a lu a t e d   u n d e r   n o m in a l  c o n d it i o n s,  e x tern a l  d ist u rb a n c e s,  a n d   v a riab le  p a y l o a d s.  Nu m e rica l  re su lt s  sh o w  a   p e rfo rm a n c e   trad e - o ff:  u n d e r  n o m in a l  c o n d i ti o n s,  F OPID   a c h iev e d   su p e ri o r  trac k in g   p e r fo rm a n c e   (IT AE  =   0 . 1 1 6 5   f o r   li n k   1 )   c o m p a re d   to   S M C  (IT AE  =   0 . 2 4 2 3 ),   w h il e   S M C  p ro v id e d   a   sm o o th ,   z e ro - o v e rsh o o t  re sp o n se   a n d   c o n s u m e d   m u c h   les s  a c tu a to r  e n e rg y   (IS C E  =   2 3 . 3 5   v s.  F O P ID' s  1 5 4 . 7 8 ).   F u rth e rm o re ,   wh e n   s u b jec ted   to   a   se v e r e   1 . 0   N.m   e x tern a l  d istu r b a n c e ,   F OPID   sh o we d   su p e r b   r o b u stn e ss   b y   m a i n t a in in g   a n   ITAE   o f  0 . 1 7 8 ,   wh e re a s  S M C  su ffe re d   se v e re   p e rfo rm a n c e   d e g ra d a ti o n .   Th e se   fin d i n g s  il lu stra te  t h e   trad e - o ffs  b e twe e n   e n e rg y   e fficie n c y   a n d   r o b u st   p re c isio n   i n   F JM  c o n tro l .   K ey w o r d s :   Fra ctio n al  o r d er   PID   Flex ib le  jo in t m an ip u lato r   No n lin ea r   r o b o tic  s y s tem s   Par ticle  s war m   o p tim izatio n   Sli d in g   m o d e  c o n tr o l   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 :   Ah m ed   Alk am ac h i   Me ch atr o n ics E n g i n ee r in g   De p ar tm en t,  Al - Kh war izm i Co ll eg e  o f   E n g in ee r i n g ,   Un i v er s ity   o f   B ag h d ad   Al - J ad r iy a,   Kar r ad a,   B ag h d ad ,   I r aq   E m ail:  ah m ed 7 8 @ k ec b u . u o b a g h d ad . ed u . i q       1.   I NT RO D UCT I O N   Flex ib le  jo in t  m an ip u lato r s   ( FJ Ms)   h av e  attr ac ted   co n s id er ab le  in ter est  d u e  to   th eir   lig h t  weig h t   s tr u ctu r e,   lo w  en er g y   c o n s u m p tio n ,   an d   s u itab ilit y   f o r   h ig h - s p ee d   au to m ated   ap p licat io n s .   Ho wev er ,   th e  p r esen ce   o f   f lex ib le   jo in t  in tr o d u ce s   s tr o n g   n o n lin ea r ities ,   co u p lin g   ef f ec ts ,   a n d   c o m p le x   d y n am ics,  m ak i n g   co n tr o ller   d esig n   ch alle n g in g   [ 1 ] ,  [ 2 ] .   FJ Ms  ar e  g r o win g ly   em p lo y ed   in   lig h t  weig h t  in d u s tr ial  r o b o tic  a r m s ,   p ar ticip ated   r o b o ts ,   an d   a u to m ated   m an u f ac tu r in g   an d   ass em b ly   s y s tem s   th at  r eq u ir e  l o w  weig h t,  en er g y   ef f icien cy ,   an d   s af e  in ter ac tio n .   R ec en t  s tu d ies  h av e  p r o p o s ed   ad v an ce d   v ib r atio n   s u p p r e s s io n   an d   tr ajec to r y   tr ac k in g   tech n iq u es  f o r   FJ M  t o   im p r o v e  th ei r   s tab ilit y   an d   t r ac k in g   p er f o r m an ce   u n d er   n o n lin ea r   d y n am ics,  d is tu r b an ce s ,   an d   u n ce r tai n ties   [ 3 ] ,  [ 4 ] .   C lass ical  PID   b ased   co n tr o ller s   ar e  wid ely   u s ed   d u e  to   th eir   s im p licity   an d   ea s e  o f   im p le m en tatio n ,   an d   th ey   h a v e  b e en   ap p lied   to   d if f er en t  r o b o tic  s y s tem s   [ 5 ] ,  [ 6 ] .  Nev er th eless ,   th eir   p er f o r m an ce   is   o f ten   d eg r ad ed   wh en   d e alin g   with   n o n lin ea r   s y s tem s   s u ch   as  FJ Ms.  T o   o v er co m e  t h ese  lim itatio n s ,   r esear ch er s   d ev elo p e d   ad v a n ce d   co n tr o l  tec h n iq u es.  Neu r al  n etwo r k   b ased   a n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m ,  Vo l .   1 5 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   5 9 7 - 6 0 6   598   ad ap tiv e  co n tr o l  m eth o d s   h a v e  b ee n   em p l o y ed   to   esti m ate  s y s tem   u n ce r tain ties   an d   im p r o v e  tr ac k in g   p er f o r m an ce   [ 7 ] – [ 9 ] .   Ad ap tiv e  f u zz y   an d   lea r n in g   b ased   co n tr o l m eth o d s   h av e  b ee n   also   p r o p o s ed   to   im p r o v e   r o b u s tn ess   an d   co m p en s ate  f o r   m o d el  u n ce r tain ties   [ 1 0 ] ,  [ 1 1 ] .   M o d el  b ased   a p p r o ac h es  s u ch   as  lin ea r   p ar am eter   v ar y i n g   ( L PV)   m eth o d s   h av e   also   b ee n   in t r o d u ce d   in   [ 1 2 ]   to   s im p lif y   n o n lin ea r   s y s tem   d y n am ics.   Fu zz y   lo g ic  b ased   co n tr o l  co n s id er ed   an o th er   im p o r tan t  d ir e ctio n ,   wh er e  it  h as  b ee n   u s ed   f o r   s tate  f ee d b ac k   co n tr o l  an d   o n lin e  tu n i n g   o f   co n tr o ller   p a r am eter s   [ 1 3 ] ,  [ 1 4 ] .   I n   ad d itio n ,   s lid in g   m o d e  co n tr o l  ( SMC )   h as  b ee n   wid ely   em p lo y ed   to   co n tr o l  FJ Ms  s y s tem s   d u e  to   it s   r o b u s tn ess   ag ain s t  d is tu r b an ce s   an d   p ar am ete r   v ar iatio n s .   T o   ad d r ess   s o m e  o f   th e  p r o b lem s   ass o ciate d   with   class ical  SM C   an d   f u r th er   im p r o v e  its   p er f o r m an ce ,   h y b r id   a p p r o ac h es  co m b in in g   SMC   with   f u zz y   lo g ic  o r   o b s er v er s   h av e   b ee n   p r o p o s ed   in     [ 1 5 ] – [ 1 7 ] .   Dis tu r b a n ce   o b s er v er   b ased   an d   o b s er v e r   ass is ted   s lid in g   m o d e   ap p r o ac h es  h a v e  r ec en tly   ap p lied   to   FJ M  an d   s h o wn   an   i m p r o v e d   r o b u s tn ess   an d   r ed u ce d   s en s itiv ity   to   u n ce r tain ties   [ 1 8 ] ,  [ 1 9 ] .   Alo n g s id e  co n tr o ller   d esig n ,   p ar am eter   tu n in g   r em ain s   an   im p o r tan t  p ar t  o f   th e  d esig n   ch allen g e.   Op tim izatio n   alg o r ith m s   s u ch   as  p ar ticle  s war m   o p tim izati o n   ( PS O)   an d   g e n etic  alg o r ith m s   ( GA)   h av e  b ee n   wid ely   u s ed   to   d eter m in e  o p tim al  co n tr o ller   p ar am eter s   in   co m p lex   n o n lin ea r   s y s tem s   [ 2 0 ] ,  [ 2 1 ] .   R ec en t  s tu d ies  p r o p o s ed   a  co n tr o ller   th at  co m b in es  PS O  wi th   ad v an ce d   n o n lin ea r   co n tr o l  tech n iq u es  to   s u p p r ess   v ib r atio n   a n d   en h an ce   tr ajec to r y   tr ac k in g   ch ar ac te r is tics   [ 3 ] ,  [ 2 2 ] .   Mo s t  ex is tin g   s tu d ies  f o c u s   o n   s in g le   co n tr o ller ,   with o u t   p r o v id in g   f air   co m p ar ativ e  ev alu atio n s   u n d er   id e n tical  tu n in g ,   o p er ati n g   co n d itio n s ,   an d   test   s ce n ar io s .   I n   co n tr ast,  th is   p ap er   p r e s en ts   a  s y s tem atic   co m p ar ativ e  s tu d y   b etwe en   a   ca s ca d ed   FOPID  co n tr o ller   a n d   SMC   f o r   a  2 DOF  f lex ib le   jo in t  m an ip u lato r .   B o th   co n tr o ller s   ar e  im p lem e n ted   u s in g   s im ilar   ca s ca d e  f r a m ewo r k   a n d   tu n ed   u s in g   PS O  with   s am e  s ettin g s   an d   co n d itio n s   to   en s u r e  a  f ai r   co m p ar is o n .   T h e  m ain   co n tr ib u tio n   o f   th is   wo r k   is   to   ev al u ate  th e  tr ad e - o f f s   b etwe en   tr ac k in g   p er f o r m an ce ,   r o b u s tn ess ,   an d   co n tr o l  co n s u m ed   e n er g y .   Simu latio n   r esu lts   co llected   u n d e r   n o m in al  c o n d itio n s ,   ex ter n al  d is tu r b an ce s ,   an d   v ar ia b le  p ay lo ad s   r ev ea l  th at   FOPID  p r o v id es  s u p er i o r   tr ac k in g   ac cu r ac y   an d   r o b u s tn ess ,   wh er ea s   SMC   o f f er s   s m o o th er   ac tu at o r   r esp o n s es  with   lo wer   co n tr o l   en er g y .   T h ese  r esu lts   p r o v id e  p r ac tical  g u id e  to   s elec t  s u it ab le  co n tr o l  s ch em e  an d   d ete r m in e  th e  r eq u ir e d   ac tu ato r s   en er g y   r atin g   to   b e  u s ed   in   f lex ib le  r o b o tic  s y s tem s .       2.   M AT H E M AT I CA L   M O D E L I NG   O F   2 DO F   F J M   T h e  d y n am ic  eq u atio n s   o f   th e  2 DOF  f lex ib le  jo in t  m an ip u lato r ,   as  s h o wn   in   Fig u r e  1 ,   wer e  o b tain ed   b ased   o n   th e  r o tatio n al  m o tio n   f o r   ea c h   lin k .   Du e  t o   th e   f lex ib le  jo i n t  s tr u ctu r e,   th er e  ar e  two   s ep a r ate   d y n am ic  e q u atio n s   f o r   ea ch   j o in t:  o n e  f o r   th e  lin k   s id e  an d   t h e  o th er   f o r   th e   m o to r   s id e.   T h e  v ar ia b les  u s ed   in   th e  s y s tem   ar e:  1 , 2 :  lin k   an g les,  1 , 2 :  m o to r   an g les,  an d   1 , 2 :  m o to r   in p u t  to r q u es.  T h e  o th er   s y s tem   p ar am eter s   u s ed   in   t h e  s tu d y   a r e  g iv en   i n   T ab le  1 ,   ass u m in g   th at  b o th   lin k s   ar e  id en tical.     I n   r ea l  2 DOF  r o b o t  s y s tem s ,   th e  m o v em e n t  o f   o n e  jo i n t  af f ec ts   th e  o th er .   T o   in clu d e   th i s   ef f ec t  in   th e  m o d el,   t h e  g r a v ity   ter m s   ar e  ar r an g e d   as  ( 1 ) :     1 = 1 1 [ s in ( 1 ) + s in ( 1 + 2 ) ]     2 = 2 2 s in ( 1 + 2 )        ( 1 )     wh er e    r ep r esen ts   th e  co u p lin g   co ef f icien t.  T h en ,   th e  lin k   s id e  d y n am ics ca n   b e  ex p r ess ed   a s   ( 2 ) .     ̈ 1 = − 1 1 1 − 1 1 ( 1 − 1 ) + 1 1 1 + 1 ̇ 2     ̈ 2 = − 1 2 2 − 2 2 ( 2 − 2 ) + 1 2 2 + 2 ̇ 1      ( 2 )     On   th e  o th er   s id e  is   th e  m o to r   s id e  d y n am ics wh ich   ca n   b e  d eter m in ed   u s in g   ( 3 ) .     ̈ 1 = 1 1 ( 1 − 1 ) + 1 1 1      ̈ 2 = 2 2 ( 2 − 2 ) + 1 2 2      ( 3 )     A  f ee d   f o r wa r d   g r av ity   b ala n ce r   is   d esig n ed   in   t h e  s y s tem   to   r ed u ce   th e  ef f ec t  o f   g r av ity   an d   im p r o v e  co n tr o l  p er f o r m a n ce .   T h an k s   to   th is   s tr u ctu r e,   th e  co n tr o ller   is   en ab led   to   f o c u s   o n ly   o n   th e  tr ac k in g   er r o r .   Gr a v ity   co m p en s ato r   c o n tr o l in p u ts   ar e  d ef in e d   as  ( 4 ) :     1 = 1 ( 1 − 1 ) + 1   2 = 2 ( 2 − 2 ) + 2      ( 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         P erfo r ma n ce   a s s ess men t o f fr a ctio n a l o r d er P I D  c o n tr o l fo r   a   2 DOF   flexib le   jo in t   …   ( A h med   A lka ma ch i )   599   I n   th is   ap p r o ac h ,   th e  f i r s t  ter m   co m p en s ates  f o r   th e  f lex i b le  jo in t  ef f ec t,  wh ile  th e  s e co n d   ter m   co m p en s ates  f o r   th e  g r av ity   ef f ec t.  T h e   r esu ltin g   m o d el   t ak es  in to   ac co u n t  f lex ib le  jo in t  d y n a m ics  an d   co u p lin g   b etwe en   lin k s .   I n   th is   way ,   it  o f f er s   a  m o r e  r ea lis tic  s tr u ctu r e  in   ter m s   o f   b o t h   co n tr o l  d esig n   a n d   s y s tem   an aly s is .   I n   p a r ticu lar ,   th e  in clu s io n   o f   g r av ity   co u p li n g   in   th e  m o d el  p r o v id es  a  s ig n if ican t  ad v an tag e   in   ev alu atin g   t h e  p er f o r m a n ce   o f   m u ltiv ar iate  c o n tr o l a l g o r it h m s .           Fig u r e  1 .   T wo   lin k s   f lex ib le  j o in t m an ip u lato r   [ 2 3 ]       T ab le  1 .   Flex ib le  jo in t   m an ip u lato r   p ar am eter s   [ 2 4 ]   P a r a me t e r   D e scri p t i o n   V a l u e   1 , 2   Li n k   mass   0 . 2 5   K g   1 , 2   Li n k   l e n g t h   0 . 3 5   m   1 , 2   Jo i n t   sp r i n g   c o n s t a n t   2 0   N · m/ r a d   1 , 2   Li n k   mo m e n t   o f   i n e r t i a   0 . 2   K g . m 2   1 , 2   M o t o r   mo me n t   o f   i n e r t i a   1   K g . m 2     G r a v i t a t i o n a l   a c c e l e r a t i o n   9 . 8   m / s 2     G r a v i t a t i o n a l   c o e f f i c i e n t   0 . 3   N · m/ K g   1 , 2   V e l o c i t y   c o u p l i n g   c o e f f i c i e n t   0 . 0 5   N · m· s./ r a d       3.   CO NT RO L L E R  DE SI G N   3 . 1 .     F O P I D  co ntr o ller  des ig n   T h e  FOPID  co n tr o ller s   h av e   m o r e  ad j u s tab le  p ar am eter s   co m p ar e d   to   class ical  PID   co n tr o ller s .   T h ey   o f f e r   a  m o r e  f lex i b le  co n tr o l  p er f o r m a n ce ,   esp ec ially   in   n o n lin ea r   a n d   co u p led   s y s tem s   s u ch   as  F J M  s y s tem s ,   b ec au s e  th e  o p er at o r s   ( , )   p r o v id e  a d d itio n al  d eg r e es  o f   f r ee d o m   h elp in g   in   ca n ce l  o u t  f lex ib le   jo in t  elasticiti e s .   I n   th is   s ec tio n ,   th e  d esig n   d etails  o f   FOPID  ar e  d is cu s s ed .   T h e  o u tp u t  o f   co n tr o ller   b ased   o n   th e  d if f er e n ce   b etwe en   th e  d es ir ed   o u tp u t a n d   ac tu al  o u t p u t.  T h e  tim e  d o m ai n   r ep r esen tatio n   o f   FOPID  is   ( 5 ) ,      = ( ) + − ( )  − + ( )       ( 5 )     wh er e  ,  ,   an d     d en o te  th e  p r o p o r tio n al  g ain ,   in teg r al  g ain   an d   d er iv ativ e  g ain   r esp ec tiv ely .     r ef er s   to   th e  f r ac tio n al  in te g r al  s ca lar   a n d     r ef er s   to   th e  f r ac tio n al  d e r iv ativ e  s ca lar .   ( )   r ep r esen ts   th e  er r o r   s ig n al.   T h e  p r o p o s ed   c o n tr o l  a r ch ite ctu r e  co n s is ts   o f   two   lay er s :  I n n er   lo o p   wh ic h   will  b e  r es p o n s ib le  o f   co n tr o llin g   m o to r   an g les,  wh i le  th e  o u ter   l o o p   c o n tr o ls   lin k   an g les.  T h u s ,   th e  s y s tem   in clu d es  f o u r   FOPID  co n tr o ller s   in   to tal.   T h e  p u r p o s e  o f   th e  in n er   lo o p   is   to   en s u r e  th at  th e  m o to r   an g les  f o llo w  th e  r ef er en ce   v alu es  q u ick ly   a n d   s tead ily .   I n   th is   lo o p ,   t h e  er r o r   s ig n al  is   d ef in ed   as  = , − .   T h e  in n er   lo o p   i s   cr itical  to   s u p p r ess   th e  f ast  d y n am ics  o f   th e  s y s tem   an d   r ed u ce   o s cillatio n s   ca u s ed   b y   elasticity .   T h e  p u r p o s e   o f   th e  o u ter   lo o p   is   to   b r i n g   th e  lin k   an g les to   th e   d esire d   r ef er en ce   v alu es.  T h e  o u t p u t p r o d u ce d   in   t h is   lo o p   is   th e  r ef er e n ce   m o to r   a n g les  f o r   th e  in n er   lo o p ,   an d   th e  er r o r   s ig n al  in   t h is   lo o p   is   d ef in ed   as  = − .   T h e   d ec en tr alize d   ca s ca d e  c o n tr o l  s tr u ctu r e  ca n   b e  s ca led   ef f ec tiv ely   to   m u lti  DOF  in d u s tr ial  r o b o ts   an d   co llab o r ativ e  s y s tem s   ( c o b o ts ) .   Sp litt in g   co n tr o l   ac tio n s   in t o   an   in n er   lo o p   an d   an   o u ter   lo o p ,   lead s   to   th e  p o s s ib ilit y   o f   ap p ly in g   th e  c o n tr o ller   i n d ep e n d en tly   o n   a  jo in t - by - j o in t   b asis .   I n   o r d er   to   in cr ea s e  co n tr o l   p er f o r m an ce ,   t h e  FOPID  co n t r o ller   s tr u ctu r e  is   u s ed   to g eth e r   with   th e  g r av ity   s tab ilizer .   I n   th is   ca s e,   th e  to tal  co n tr o l in p u t is ex p r ess ed   as  ( 6 ) :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m ,  Vo l .   1 5 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   5 9 7 - 6 0 6   600   = , + , ,           = 1 , 2        ( 6 )     wh er e  ,   is   th e  FOPID  co n tr o ller   o u tp u t,  a n d   ,   is   th e  g r av ity   b alan cin g   ter m .   Fo llo win g   th is   ap p r o ac h ,   th e  c o n tr o ller   f o cu s es  o n ly   o n   th e  tr ac k in g   e r r o r   with o u t  h a v in g   to   c o m p e n s ate  f o r   th e  e f f ec t  o f   g r av ity .   T h is   p r o v id es  a  s ig n if ican t  p er f o r m an ce   in cr ea s e,   esp ec ially   in   s y s tem s   wh er e   n o n lin ea r   ef f ec ts   d o m in ate,   wh ile  e n s u r in g   s m o o th   co n tr o l sig n als th at  p r e v en t a ctu ato r   th er m al  s tr ess .     3 . 2 .     L y a pu no v   s t a bil it y   a na ly s is   o f   F O P I D  co ntr o ller   I n   th is   s ec tio n ,   th e  s tab ilit y   o f   th e  clo s ed   lo o p   s y s tem   u n d er   th e  FOPID  co n t r o ller   is   a n aly ze d   u s in g   L y ap u n o v   a p p r o ac h .   C o n s id er   th e  f o llo win g   p o s itiv e  d ef i n ite  L y ap u n o v   f u n ctio n :     = 1 2 2       ( 7 )     B y   tak in g   th e  f ir s t d e r iv ativ e  o f   ( 7 ) :     ̇ = ̇       ( 8 )     T h e  FOPID  co n tr o ller   g e n er at es a   co n tr o l a ctio n   b ased   o n   p r o p o r tio n al,   in teg r al,   an d   d er iv ativ e  ter m s :     = , + , − + ,          ( 9 )     T h is   co n tr o l  law  ac ts   to   r ed u c e  b o th   t h e  er r o r   an d   its   r ate  o f   ch an g e.   W ith   p r o p er ly   tu n ed   co n tr o lle r   g ain s ,   th e  p r o p o r tio n al  ter m   r ed u ce s   th e  in s tan tan eo u s   er r o r   wh ile  th e  f r ac tio n al  in teg r al  an d   th e  f r ac tio n al  d er iv ativ e  ter m   elim in ates  s tead y   s tate  er r o r   an d   p r o v id es  d am p in g   r esp ec tiv el y .   I n   th is   co n tex t,  th e  c o n tr o l   in p u t  en s u r es  th at  ̇ < 0 ,   wh ich   im p lies   ̇ < 0 .   T h er e f o r e,   th e  e r r o r   d y n am ics  ar e  s tab le  in   th e  s en s e  o f   L y ap u n o v ,   a n d   th e   tr ac k in g   er r o r   co n v er g es to war d   ze r o .       3 . 3 .     Sli di ng   m o de  co ntr o ller  des ig n   Sli d in g   m o d e  co n tr o ller   ( SM C )   with   b o u n d ar y   lay er   is   em p lo y ed   as  a  co m p ar is o n   b e n ch m ar k   f o r   m o r e  co m p r eh e n s iv e  ev alu ati o n   o f   th e  p r o p o s ed   ca s ca d ed   FOPID  co n tr o ller .   Similar   to   t h e  FOPID  d esig n ,   a  ca s ca d e  co n tr o l  ar c h itectu r e   is   em p lo y e d   wh e r e  th e   o u ter   l o o p   is   r esp o n s ib le   f o r   lin k   p o s itio n   tr ac k in g .   T h e   s lid in g   s u r f ac e  is   d ef in e d   as   ( 1 0 ) :     1 = 2 +  1       ( 1 0 )     wh er e  1 = 1 , − 1 ,  2 = ̇ 1 , − ̇ 1 ,   an d    > 0   is   th e  s lid in g   s u r f ac e  g ain .   A  v ir tu al  ac ce l er atio n   in p u t  1   is   d esig n ed   as   ( 1 1 ) :     1 = ̈ 1 , −  2 − 1 ,    s at ( 1 1 , )       ( 1 1 )     Usi n g   th e  lin k   s id e  d y n am ics,  th e  d esire d   m o t o r   an g le  1 ,   is   o b tain ed   as   ( 1 2 ) :     1 , = 1 + 1 1 + 1 1 s i n ( 1 ) 1         ( 1 2 )     T h e  in n er   lo o p   en s u r es  th at  th e  m o to r   an g le  tr ac k s   th e  r ef er en ce   g en er ate d   b y   th e  o u te r   lo o p .   T h e  s lid in g   s u r f ac e  f o r   th e  in n er   lo o p   is   d ef in e d   as   ( 1 3 ) :     2 = ̇ 3 +  3       ( 1 3 )     wh er e  3 = 1 , − 1   is   th e  m o to r   tr ac k in g   er r o r ,   ̇ 3 = ̇ 1 , − ̇ 1 ,   an d    > 0 .   T h en   th e  co n tr o l  law  wh ich   r ep r esen ts   th e  m o to r   to r q u e  in p u t is d esig n ed   as   ( 1 4 ) :     1 = − ,  3 − ,  ̇ 3 − 2 ,    s at ( 2 2 , )        ( 1 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         P erfo r ma n ce   a s s ess men t o f fr a ctio n a l o r d er P I D  c o n tr o l fo r   a   2 DOF   flexib le   jo in t   …   ( A h med   A lka ma ch i )   601   wh er e   1 ,    an d   2 ,    d ef in e   th e  b o u n d ar y   lay e r   th ick n ess es  f o r   t h e  o u ter   a n d   in n er   lo o p s ,   r esp ec t iv ely .   Fo r   th e  p u r p o s e  o f   f air   co m p a r is o n ,   th e  p r o p o s ed   SMC   i s   co m b in ed   with   g r av ity   co m p en s atio n   s im ilar   to   th e   FOPID  s tr u ctu r e:     =  , + , , = 1 , 2       ( 1 5 )     wh er e   ,   is   s lid in g   m o d e  co n tr o l   in p u t,  a n d   , = ( −  ) +     3 . 4 .     P a ra m e t er   t un ing   wit h o ptim iza t io n a l g o rit hm s   T h e  FOPID  ca s ca d e  c o n tr o l   s tr u ctu r e   p r o p o s ed   in   t h is   s tu d y   i n clu d es  a   to tal  o f   2 0   ad ju s tab le  p ar am eter s .   Dete r m in in g   th ese   p ar am eter s   with   class ical  m et h o d s   is   q u ite  d if f icu lt a n d   tim e   co n s u m in g   d u e  to   th e  n o n lin ea r   an d   co u p led   s t r u ctu r e  o f   th e  s y s tem .   I n   th i s   co n tex t,  a  p a r ticle  s war m   o p tim izatio n   ( PS O)   alg o r ith m   [ 2 5 ]   is   u tili ze d   to   s ea r ch   th e  p ar a m eter   s p ac e  e f f icien tly   an d   clo s e  to   g lo b al   o p tim a.   I n teg r al  o f   ab s o lu te  er r o r   ( I AE )   f o r   t h e  t wo   lin k s ’   an g les  wer e  tak e n   i n to   co n s id er atio n   to g et h er   in   o r d er   t o   ev alu ate  th e   co n tr o l p e r f o r m an ce .     = ∫ ∣ 0 1 ( ) ∣  + ∫ ∣ 0 2 ( ) ∣      ( 1 6 )     T h e  o p er atio n al   PS O  p ar am et er s   u s ed   th r o u g h   th e   tu n i n g   p r o ce s s   ar e  s war m   s ize  o f   4 0 ,   8 0   iter atio n s ,   i n er tia  weig h t  o f   0 . 9 ,   an d   co g n itiv e /s o cial  co ef f icien ts   o f   2 .   B ased   o n   th ese   co n f i g u r atio n s ,   t h e  f in al   o p tim ize d   co n tr o ller   p ar am eter s   f o r   b o t h   th e  FOPID  an d   SMC   f r am ewo r k s   ar e  lis ted   in   T ab le  2 .       4.   SI M UL A T I O N  R E S UL T S   T o   illu s tr ate  th e  ef f ec tiv en ess   o f   th e  p r o p o s ed   co n t r o ller ,   d if f er en t  s ce n ar io s   h a v e  b ee n   d o n e  t o   ch ec k   th e  ab ilit y   o f   co n tr o ller   in   tr ajec to r y   tr ac k i n g   an d   in   t h e  ex is ten ce   o f   ex ter n al  d is tu r b an ce   an d   p ay lo a d   v ar iatio n s .   T h e  f o llo win g   p er f o r m an ce   m etr ics  a r e  u s ed   to   ev alu ate   co n tr o ller   p er f o r m a n ce :  in teg r al   tim e   ab s o lu te  er r o r   ( I T AE )   ev alu at es  tr an s ien t  p er f o r m an ce   q u ali ty ,   Stead y   s tate  er r o r   m ea s u r e s   tr ac k in g   ac cu r ac y ,    %   r ep r esen ts   p er ce n tag e  m ax i m u m   o v er s h o o t,     d en o tes  s e ttli n g   tim e,      in d icate s   r i s e  ti m e,   an d   in teg r al  o f   s q u ar ed   c o n tr o l e f f o r t  ( I SC E )   g iv es a n   i n d icatio n   o n   th e  e n er g y   co n s u m e d   b y   th e  ac tu ato r .       T ab le  2 .   FOPID  an d   SMC   co n tr o ller s   tu n ed   p a r am eter s   F O P I D   S M C   P a r a me t e r s   F O P I D   ( 1 )   F O P I D   ( 2 )   P a r a me t e r s   S M C   ( 1 )   S M C   ( 2 )   O u t e r   I n n e r   O u t e r   I n n e r     5 6 . 9 3 9   9 2 . 6 9 8   4 9 . 2 8 1   8 6 . 1 6 3      6 . 3 0 7 2   9 . 2 2 8 5     1 1 . 8 5 4   1 . 3 0 8 1   5 . 9 0 3 4   1 . 5 7 5 8   1 ,    1 7 . 7 4 9   1 2 . 7 0 1     1 7 . 8 2 2   2 . 3 2 0 4   2 . 9 0 8 0   1 2 . 8 5 0   1 ,    0 . 5 0 0 0   0 . 4 6 7 9     0 . 9 9 0 9   1 . 5 6 6 2   1 . 3 8 7 1   1 . 1 3 5 9   ,    6 1 . 1 1 6   4 3 . 5 4 3     0 . 3 4 8 7   1 . 6 5 8 0   0 . 5 3 6 1   1 . 2 6 9 5   ,    2 . 4 6 5 1   2 6 . 7 9 5             2 ,    5 . 3 8 4 7   5 . 6 4 5 5                6 . 9 0 7 1   8 . 2 3 9 2             2 ,    0 . 0 1 4 4   0 . 0 2 8 4       4 . 1 .     Scena rio   1 :   no m ina l sy s t em  ( no   dis t urba nce,   no   pa y lo a d )   I n   th e  f ir s t te s t,  th e  s y s tem   wa s   ev alu ated   u n d er   id ea l n o m in al  co n d itio n s .   A  s tep   r ef er en ce   o f   0 . 5   r ad   was  ap p lied   to   lin k   1   at  = 0   s ,   an d   a  0 . 2   r ad   s tep   was  ap p lied   to   lin k   2   at  = 2   s .   Per f o r m an ce   in d ices  f o r   b o th   co n tr o ller s   ar e  lis ted   in   T ab le  3 .   T h e  lin k s ’   an g les  r esp o n s es  an d   th e  ac tu ato r s ’   r esp o n s es  ar e  d ep icted   in   Fig u r e  2   an d   Fig u r e  3   r esp ec tiv ely .   T h e  r esu lts   r ev ea l  a  clea r   d if f er en ce   in   th e  tr a n s ien t  b eh av io r   o f   th e  two   co n tr o ller s .   Fo r   lin k   1 ,   th e  S MC  d em o n s tr ated   an   en tire ly   d am p ed   r esp o n s e  with   0 %  o v er s h o o t,  wh er ea s   th e   FOPID  co n tr o ller   e x h ib ited   an   o v er s h o o t   o f   8 . 5 5 %.   Similar   b eh a v io r   was  o b s er v ed   in   lin k   2 .   Ho wev e r ,   FOPID  ac h iev ed   s u p er io r   o v e r all  tr ac k in g   ac c u r ac y ,   m in im i zin g   th e   I T AE   er r o r   co m p ar ed   to   SMC ' s .   FOPID   also   m ai n ta in ed   a  t ig h t e r   s te a d y   s ta te  er r o r   ( 0 . 0 0 1 9 )   t h an   SMC   ( 0 . 0 0 3 7 ) .   M o s t  n o ta b l y ,   th e  c o n t r o l  e f f o r t  ( I SC E )   w h e r e   SMC   e x p e n d e d   s ig n i f ic a n tl y   less   e n e r g y   c o m p ar ed   t o   FOPI D' s   h ig h l y   a g g r es s iv e   c o n t r o l  ac ti o n .     As  s h o wn   in   Fig u r e s   3 ( a)   a n d   3 ( b ) ,   th e  ac t u ato r   s ig n als   ass o ciate d   with   FOPID  ex h ib it  m o r e  f lu ctu atio n s ,   ex p lain i n g   th e  h ig h   v alu e  o f   I SC E   wh en   co m p ar ed   with   th o s e  o f   SMC .   I n   p r ac tical  r o b o tic   s y s tem s ,   h ig h   co n tr o l  ac tiv ity   lead s   to   a n   in cr ea s e  i n   ac tu at o r   p o wer   co n s u m p tio n   an d   th er m al  s tr ess ,   wh ich   ca n   r ed u ce   ac tu ato r   e f f icien cy   an d   r eq u ir e  lar g e r   m o t o r   r atin g s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m ,  Vo l .   1 5 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   5 9 7 - 6 0 6   602   T ab le  3 .   Per f o r m an ce   in d ices  f o r   n o m in al  s y s tem   test   ( Scen ar io   1 )   P e r f o r ma n c e   me t r i c   S M C   ( 1 )   F O P I D   ( 1 )   S M C   ( 2 )   F O P I D   ( 2 )   I TA E  e r r o r   0 . 2 4 2 3   0 . 1 1 6 5   0 . 5 7 4 9   0 . 1 9 6 2   S t e a d y   st a t e   e r r o r   0 . 0 0 3 7   0 . 0 0 1 9   0 . 0 0 7 7   0 . 0 0 1 5   M P %   0   8 . 5 5 2 9   0   9 . 2 3 7 9 8   Ts   1 . 1 9 7 3   0 . 9 7 8 7   1 . 1 2 5   1 . 0 0 3 6 9   Tr   0 . 5 5 2 4   0 . 2 2 9 1   0 . 5 6 5 2   0 . 2 2 9 3 6   I S C E   2 3 . 3 5   1 5 4 . 7 8   8 . 8 6   4 5 . 2 9           Fig u r e  2 .   L i n k   an g le  tr ac k in g   r esp o n s es o f   th e  n o m in al  s y s tem           ( a)   ( b )     Fig u r e  3 .   C o n tr o l sig n al  ( ac tu a to r   ef f o r t)   u n d er   n o m in al  s y s te m :   (a )   f ir s t lin k   a n d   ( b )   s ec o n d   lin k       4 . 2 .     Scena rio   2 :   dis t urba nce  a t   lin k   1   T o   test   d is tu r b a n ce   r ejec tio n ,   ex ter n al  lo a d   p er tu r b atio n s   w er e  ap p lied   to   th e  s y s tem .   T h e  co m p lete   lin k   an g le  tr ac k in g   r esp o n s e s   an d   th eir   co r r esp o n d in g   co n tr o l  ef f o r t  s ig n als  ar e  s h o wn   in   Fig u r e  4   an d     Fig u r e  5   r esp ec tiv ely ,   wh ile  th e  p er f o r m a n ce   in d ices  v alu es  ar e  lis ted   in   T ab le  4 .   First,  a   0 . 5   N. m   d is tu r b an ce   was  in jecte d   at  l in k   1   at  = 5   s .   FOPID  s u cc ess f u lly   s u p p r ess ed   th e  d is tu r b an ce   with   n eg l ig ib le  im p ac t  ( Fig u r e  4 ( a) ) ,   m ain tain in g   a n   I T AE   o f   0 . 1 4 6 1 .   SMC   s h o wed   a  s lig h t  d eg r ad atio n   in   p er f o r m an ce ,   with   its   I T AE   in cr ea s in g   to   0 . 3 7 9 3   a n d   s tead y - s tate  er r o r   r is in g   t o   0 . 0 0 7 5   o n   lin k   1 .   T h e   co n t r o l  ef f o r t  f o r   SMC   s lig h tly   in cr ea s ed   to   3 1 . 7 6   to   co m p en s ate  f o r   t h e  d is tu r b an c e,   ac co m p an ie d   b y   s ig n al  ch at ter in g   in   its   ac tu ato r   s ig n al  af ter   = 5   s   wh ile  FO PID 's e f f o r t r e m ain ed   h ig h   f o r   b o th   li n k s   as illu s tr ated   in   Fig u r e s   5 ( a)   an d   5 ( b ) .   W h en   th e  d is tu r b an ce   o n   lin k   1   was  in cr ea s ed   to   1 . 0   N. m   at  = 5   s ,   th e  lim itatio n s   o f   th e  S MC   d esig n   b ec am e  h ig h l y   ev id en t.  As  s h o wn   in   th e  p lo tted   r esp o n s es  in   Fig u r e  4 ( b )   an d   th e  co r r esp o n d i n g   co n tr o l  s ig n al   b eh a v io r s   in   Fig u r e s   5 ( c )   an d   5 ( d ) ,   th e  SM C   f ailed   to   s u p p r ess   th e  d is t u r b an ce ,   lead in g   to   s ev er e  ch atter in g ,   c o n tin u o u s   s atu r atio n   in   th e  ac tu at o r   s ig n al  ( ± 20   . . )   an d   s ev er e  in s tab ilit y   i n   lin k   1 .   T h e  n u m er ical  r esu lts   f o r   th is   test   in   T ab le  4   clea r ly   in d icatin g   th e  lo s s   o f   tr ac k in g .   C o n v er s ely ,   th e  FOPID   co n tr o ller   ex h ib ited   r em a r k ab l e  r o b u s tn ess .   Desp ite  th e  s ev e r e  1 . 0 N  d is tu r b a n ce ,   it   m ain tai n ed   s tab le  tr ac k in g   an d   in   th e   s am e  tim e  k ep t th e   co n tr o l e f f o r t sm o o th ly   d a m p e d   with in   s af e  o p e r atio n al  lim it s .       T ab le  4 .   Per f o r m an ce   in d ices  f o r   d is tu r b a n ce   test s   ( Scen ar io   2 )   P e r f o r ma n c e   me t r i c   0 . 5   N . m   d i st u r b a n c e   1 . 0   N . m   d i st u r b a n c e   S M C   ( 1 )   F O P I D   ( 1 )   S M C   ( 2 )   F O P I D   ( 2 )   S M C   ( 1 )   F O P I D   ( 1 )   S M C   ( 2 )   F O P I D   ( 2 )   I TA E   0 . 3 7 9 3   0 . 1 4 6 1   0 . 5 8 0 4   0 . 1 9 6 2   3 9 . 4 4   0 . 1 7 8   0 . 8 4 3 1   0 . 1 9 6 2   S t e a d y   st a t e   e r r o r   0 . 0 0 7 5   0 . 0 0 2 2   0 . 0 0 7 9   0 . 0 0 1 5   N a n   0 . 0 0 2 5   0 . 0 2 5   0 . 0 0 1 5   I S C E   3 1 . 7 6   1 8 6 . 3 4   9 . 0 5 6   5 3 . 1 4   9 9 4 . 8   1 9 2 . 7 6   2 9 . 4 4   6 7 . 4 9   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         P erfo r ma n ce   a s s ess men t o f fr a ctio n a l o r d er P I D  c o n tr o l fo r   a   2 DOF   flexib le   jo in t   …   ( A h med   A lka ma ch i )   603           ( a)   ( b )     Fig u r e  4 .   L i n k   an g le  tr ac k in g   r esp o n s es u n d er   d is tu r b an ce   te s ts : ( a)   0 . 5   N. m   d is tu r b a n ce   an d     ( b )   1   N. m   d is tu r b a n ce               ( a)   ( b )             ( c)   ( d )     Fig u r e  5 .   C o n tr o l sig n al  ( ac tu a to r   ef f o r t)   u n d er   d if f er e n t e x te r n al  lo ad   d is tu r b an ce s   ( a)   lin k   1   with   0 . 5   N . m ,   ( b )   lin k   2   with   0 . 5   N . m ,   ( c)   lin k   1   with   1 . 0   N· m ,   an d   ( d )   lin k   2   with   1 . 0   N . m       4 . 3 .   Scena rio   3 :   v a ria ble pa y lo a d   I n   th e  f in al  s ce n ar io ,   th e  s y s te m   was  s u b jecte d   to   a  v ar iab le  p ay lo ad ,   s tep p in g   to   0 . 1   k g   a t  = 5   s ,   an d   f u r th er   to   0 . 3   k g   at  = 7   s .   As  s h o wn   in   Fig u r e  6 ,   b o th   c o n tr o ller s   s u cc ess f u lly   ad ap ted   to   th e  p ar am etr i c   v ar iatio n s   with o u t  lo s in g   s tab ilit y .   FOPID  o n ce   ag ain   p r o v id ed   s u p er io r   tr ac k in g ,   k ee p in g   th e  I T AE   o n   lin k   1  at  0 . 1 0 8 2 .   SMC   h an d led   th e   p ay lo ad   c h an g es   ad eq u ately   b u t  r esu lted   in   h ig h er   tr ac k in g   d ev iatio n s   as  s h o w n   in   T ab le   5 .   C o n tr o l   ef f o r t  s h o wn   in   Fig u r e   7   f o llo wed   th e   e s tab lis h ed   tr en d ,   with   SMC   o p er atin g   ef f icien tly   v er s u s   FOPID ' s   h ea v y   en er g y   u s ag e.   Fo r   b o th   lin k s ,   SMC   i n tr o d u ce s   h ig h   f r e q u en c y   ch a tter in g   r ea ctio n s   at  th e  p ay l o ad   tr an s itio n   p o in ts   ( = 5   s )   a n d   ( = 7   s )   as  s h o wn   in   Fig u r e s   7 ( a )   an d   7 ( b ) .   Ov e r all,   t h e  to ta l   en er g y   m etr ics  in   T ab le  6   s h o w  th at  SMC   o p er atin g   with   lo wer   cu m u lativ e   n u m er ical  in d i ce s   v er s u s   FOPID' s   h ig h er   en er g y   u s ag e.   T o   illu s t r ate  th e  ac t u ato r   en er g y   r eq u ir em en ts   o f   b o th   co n tr o ller s ,   Fi g u r e  8   p r esen ts   th e   I SC E   v alu es o b tain ed   u n d er   al l th e  ab o v e  s ce n ar io s .   I t c an   b e  o b s er v ed   th at  th e  SMC   g en er ally   r eq u ir es lo wer   co n tr o l e n e r g y   co m p a r ed   to   F OPI D  u n d er   all  test s .       T ab le  5 .   Per f o r m an ce   in d ices  f o r   p a y lo ad   v ar iatio n   test   ( Sce n ar io   3 ) .   P e r f o r ma n c e   me t r i c   Th e t a   1   S M C   Th e t a   1   F O P I D   Th e t a   2   S M C   Th e t a   2   F O P I D   I TA E   0 . 6 7 4 6   0 . 1 0 8 2   0 . 9 5 8 7   0 . 2 3 5 3   S t e a d y   st a t e   e r r o r   0 . 0 1 9   0 . 0 0 1 4   0 . 0 2   0 . 0 0 2 1   I S C E   3 5 . 9 5   1 9 2 . 7 6   2 5 . 8 8   5 4 . 7 1     c on t i n u o u s     r ail - to - r ail   ac t u a t or   s at u r at i on   P oin t   of   ap p lyi n g    0. 5   N. m   d is t u r b a n c e   P oin t   of   ap p lyi n g    1. 0   N. m   d is t u r b a n c e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m ,  Vo l .   1 5 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   5 9 7 - 6 0 6   604       Fig u r e  6 .   L i n k   an g le  tr ac k in g   r esp o n s es u n d er   p ay lo ad   v ar iat io n s           ( a)   ( b )     Fig u r e  7 .   C o n tr o l sig n al  ( ac tu a to r   ef f o r t)   u n d er   p ay lo a d   v ar ia tio n   ( a)   f i r s t  lin k ,   ( b )   s ec o n d   lin k           Fig u r e  8 .   C o m p a r is o n   o f   ac tu a to r   ef f o r t ( I SC E )   u n d er   d i f f er e n t o p er atin g   co n d itio n s       5.   CO NCLU SI O N   T h e  m ain   n o v elty   o f   th is   wo r k   is   a  f air   co m p ar ativ e  e v alu a tio n   b etwe en   ca s ca d ed   FOPID  an d   SMC   co n tr o ller s   ap p lied   t o   f lex i b le  jo in t  m a n ip u lato r .   B o th   co n t r o ller s   wer e  p r o v i d ed   with   g r av ity   co m p en s ato r   an d   tu n ed   u n d e r   id en tical  co n d itio n s   u s in g   PS O  an d   ex a m in ed   u n d er   id en tical  co n d it io n s   to   en s u r e  f air   ass es s m en t.  T h r ee   d i f f er en t   s im u latio n   s ce n ar io s   wer e   co n d u cted   r ev ea lin g   a  p r ac tically   s ig n if ican t  tr ad e - o f f .   Un d er   n o m in al  co n d itio n s ,   S MC  p r o v id ed   s m o o th ,   ze r o   o v er s h o o t  tr a n s ien t  r esp o n s es  with   lo wer   co n tr o l  ef f o r t,  m ak in g   it  s u itab le  f o r   en er g y   s av in g   ap p licatio n s   in   co n t r o lled   e n v ir o n m en ts .   Ho wev er ,   wh e n   s u b jecte d   to   a  r elativ ely   h ig h   ex ter n al  d is tu r b an ce ,   SMC   ex h ib ited   s ev er e   ch atter in g   a n d   i n s tab ilit y ,   wh er ea s   FOPID  m ain tain ed   s tab le  an d   ac cu r ate  tr ac k in g ,   d em o n s tr atin g   h ig h   r o b u s tn ess .   Similar   s u p er io r ity   was  o b s er v ed   u n d er   v a r iab le  p ay l o ad   co n d itio n s ,   wh er e  FOPID  ac h iev ed   lo wer   I T AE   an d   s tead y   s tate  er r o r s   ac r o s s   b o th   lin k s .   I n   c o n clu s io n ,   SMC   is   th e  p r ef er r ed   c h o ice  f o r   a p p licatio n s   wh er e  e n er g y   ef f icien cy   a n d   s m o o th   tr an s ien t  b eh av io r   ar e   o f   h ig h   p r io r ity .   T h e  r ed u ce d   co n tr o l  e f f o r t   o f   SMC   d ec r ea s es  ac tu ato r   h ea tin g   an d   im p r o v es  its   ef f icien cy   in   p r ac tical  im p lem e n tatio n s .   FOPID  is   th e  s u p er io r   ch o ic e  f o r   e n v ir o n m en ts   s u b ject  to   h ea v y ,   u n p r ed ictab le  d is tu r b an ce s   an d   d y n am ic   p ay l o ad   v ar iatio n s ,   p r o v id ed   th e   ac tu ato r s   ca n   s af ely   s u p p ly   its   h ig h   en er g y   d em an d s .     Sin ce   f lex ib le  jo in t  m an i p u la to r s   r ely   h ea v ily   o n   s en s o r   f ee d b ac k ,   s en s o r   ac cu r ac y   h a s   a  lar g e  im p ac t  o n   s y s tem   p e r f o r m an c e.   Me asu r em en t  n o is e  m ain ly   af f ec ts   d er iv ativ e  a n d   s witch in g   co n tr o l  ac tio n s   an d ,   in   t h is   co n tex t,   SMC   is   g en er ally   m o r e  s en s itiv e  to   s en s o r   n o is e  d u e  to   its   ass o ciate d   s witch in g   ac tio n ,   wh er ea s   FOPID  p r o v id es  s m o o th er   c o n tr o l  s ig n als.  Sen s o r   d elay   m ay   also   ca u s e  r e d u ctio n   in   s tab ilit y   m ar g in s   an d   co u ld   lead   to   a n   i n cr ea s e  in   s ettlin g   tim e,   p ar tic u lar ly   d u r in g   f ast  tr ajec to r y   tr ac k in g .   I n   p r ac tical  P oin t   of   ap p lyi n g  var iab le  p a yloa d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m   I SS N:   2722 - 2 5 8 6         P erfo r ma n ce   a s s ess men t o f fr a ctio n a l o r d er P I D  c o n tr o l fo r   a   2 DOF   flexib le   jo in t   …   ( A h med   A lka ma ch i )   605   s y s tem s ,   th ese  ef f ec ts   ca n   b e  r ed u ce d   u s in g   f ilter in g   tech n iq u es,  o r   h ig h - r eso lu tio n   en co d e r s .   B o th   co n tr o ller s   ca n   b e  im p lem en ted   u s in g   s t an d ar d   r ea l  tim e  p latf o r m s   s u ch   as  DSP  o r   FP GA  co n tr o ller s .   T h e  r eq u ir ed   co m p u tatio n s   m ain ly   i n clu d e   s im p le  alg eb r aic  ca lc u latio n s   an d   f r ac tio n al  o r d er   ap p r o x im atio n s ,   m ak in g   r ea l  tim e  im p lem en tatio n   s u itab le  f o r   in d u s tr ial  r o b o tic  ap p licatio n s .   I t  is   wo r th   to   m en tio n   th at  b o th   co n t r o ller s   ar e  d esig n ed   with   h a r d war e   in   th e  lo o p   d ep lo y m en t  i n   m in d .   Fu tu r e  wo r k   will  in v e s tig ate  ex p er im en tal  v alid atio n   o f   th e  p r o p o s ed   ca s ca d ed   FOPID  co n tr o ller   o n   a  p h y s ical  f lex ib le  jo in t  p latf o r m .       F UNDING   I NF O R M A T I O N    Au th o r s   r ec eiv e  n o   f u n d in g .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T     T h is   jo u r n al  u s es  th e  C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Ah m ed   Alk am ac h i   ✓     ✓     ✓   ✓   ✓       ✓   ✓       ✓   Ali H u s s ien   Ma r y     ✓   ✓   ✓         ✓   ✓       ✓   ✓       C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT     Au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in t er est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h e  d ata  th at  s u p p o r t  th e  f in d in g s   o f   th is   s tu d y   ar e  av aila b le  f r o m   th e  c o r r esp o n d in g   au th o r   u p o n   r ea s o n ab le  r eq u est.  T h e  s im u latio n   m o d els  an d   p ar a m et er s   u s ed   in   th is   s tu d y   ar e  p r o v id ed   with in   th e  m an u s cr ip t.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   Y .   C h e n   a n d   B .   G u o ,   “ S l i d i n g   mo d e   f a u l t   t o l e r a n t   t r a c k i n g   c o n t r o l   f o r   a   si n g l e - l i n k   f l e x i b l e   j o i n t   ma n i p u l a t o r   sy st e m,”   I E E E   Ac c e ss ,   v o l .   7 ,   p p .   8 3 0 4 6 – 8 3 0 5 7 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 1 9 . 2 9 2 3 7 8 9 .   [ 2 ]   S .   S a m p a t h ,   P .   D u r a i sam y ,   A .   M . ,   A .   K a r t h i k e y a n ,   a n d   K .   R a j a g o p a l ,   “ Ef f e c t   o f   n o n l i n e a r   s t i f f n e ss   o n   si n g l e   l i n k   f l e x i b l e   j o i n t   r o b o t i c   ma n i p u l a t o r   a n d   i t s  c o n t r o l , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   N o n - L i n e a r  Me c h a n i c s ,   v o l .   1 6 3 ,   p .   1 0 4 7 3 0 ,   Ju l .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i j n o n l i n m e c . 2 0 2 4 . 1 0 4 7 3 0 .   [ 3 ]   Y .   G u a n ,   Y .   W a n g ,   R .   Y i n ,   M .   C h e n ,   a n d   Y .   X u ,   “ V i b r a t i o n   s u p p r e ss i o n   a n d   t r a j e c t o r y   t r a c k i n g   c o n t r o l   o f   f l e x i b l e   j o i n t   man i p u l a t o r   b a se d   o n   P S O   a l g o r i t h m   a n d   f i x e d - t i m e   c o n t r o l , ”   I n t e rn a t i o n a l   J o u rn a l   o f   I n t e l l i g e n t   S y s t e m s ,   v o l .   2 0 2 4 ,   p p .   1 – 2 3 ,   Ju n .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 2 4 / 5 5 1 0 2 5 9 .   [ 4 ]   S .   K i z i r ,   Z.   B i n g u l ,   a n d   J.   T.   A g e e ,   “ P o i n t - to - p o i n t   v i r t u a l   mo d e l   c o n t r o l   o f   a   f l e x i b l e   j o i n t   r o b o t i c   ma n i p u l a t o r   u si n g   t r a j e c t o r i e s   o f   m o t i o n , ”   T r a n s a c t i o n s  o f   t h e   I n st i t u t e   o f   Me a s u reme n t   a n d   C o n t ro l ,   v o l .   4 7 ,   n o .   4 ,   p p .   6 2 3 – 6 3 3 ,   F e b .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 7 7 / 0 1 4 2 3 3 1 2 2 4 1 2 5 4 8 7 1 .   [ 5 ]   A .   H .   M a r y ,   T.   K a r a ,   a n d   A .   H .   M i r y ,   “ I n v e r se  k i n e ma t i c s so l u t i o n   f o r   r o b o t i c   m a n i p u l a t o r s  b a s e d   o n   f u z z y   l o g i c   a n d   P D   c o n t r o l , ”   i n   2 0 1 6   Al - S a d e q   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   M u l t i d i sci p l i n a r y   i n   I T   a n d   C o m m u n i c a t i o n   S c i e n c e   a n d   A p p l i c a t i o n s   ( AI C - MIT C S A) ,   M a y   2 0 1 6 ,   p p .   1 – 6 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A I C - M I TC S A . 2 0 1 6 . 7 7 5 9 9 2 9 .   [ 6 ]   K .   I b r a h i m  a n d   A .   B .   S h a r k a w y ,   “ A   h y b r i d   P I D   c o n t r o l   sc h e m e   f o r   f l e x i b l e   j o i n t   m a n i p u l a t o r s   a n d   a   c o mp a r i so n   w i t h   sl i d i n g   mo d e   c o n t r o l , ”   Ai n   S h a m s  En g i n e e ri n g   J o u rn a l ,   v o l .   9 ,   n o .   4 ,   p p .   3 4 5 1 – 3 4 5 7 ,   D e c .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a se j . 2 0 1 8 . 0 1 . 0 0 4 .   [ 7 ]   H. - M .   Y e n ,   T. - H .   S .   L i ,   a n d   Y . - C .   C h a n g ,   “ A d a p t i v e   n e u r a l   n e t w o r k   b a se d   t r a c k i n g   c o n t r o l   f o r   e l e c t r i c a l l y   d r i v e n   f l e x i b l e - j o i n t   r o b o t s   w i t h o u t   v e l o c i t y   m e a s u r e m e n t s,”   C o m p u t e rs  &   M a t h e m a t i c s   w i t h   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   6 4 ,   n o .   5 ,   p p .   1 0 2 2 – 1 0 3 2 ,   S e p .   2 0 1 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c a mw a . 2 0 1 2 . 0 3 . 0 2 0 .   [ 8 ]   S u n g   Ji n   Y o o ,   Ji n   B a e   P a r k ,   a n d   Y o o n   H o   C h o i ,   “ A d a p t i v e   o u t p u t   f e e d b a c k   c o n t r o l   o f   f l e x i b l e - j o i n t   r o b o t s u s i n g   n e u r a l   n e t w o r k s:   d y n a mi c   s u r f a c e   d e s i g n   a p p r o a c h , ”   I EEE  T r a n sa c t i o n s   o n   N e u r a l   N e t w o rks ,   v o l .   1 9 ,   n o .   1 0 ,   p p .   1 7 1 2 – 1 7 2 6 ,   O c t .   2 0 0 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TN N . 2 0 0 8 . 2 0 0 1 2 6 6 .   [ 9 ]   V. - T.   N g o   a n d   Y . - C .   L i u ,   “ O n   t r a c k i n g   c o n t r o l   o f   r o b o t   m a n i p u l a t o r   w i t h   f l e x i b l e   j o i n t s  i n   o p e r a t i o n a l   sp a c e , ”   I FAC - Pa p e rsO n L i n e ,   v o l .   5 6 ,   n o .   2 ,   p p .   1 3 0 7 – 1 3 1 2 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i f a c o l . 2 0 2 3 . 1 0 . 1 7 7 0 .   [ 1 0 ]   R .   Q i ,   H . - K .   La m,   J.  L i u ,   a n d   J.   Y u ,   “ A d a p t i v e   f u z z y   f i n i t e - t i m e   si n g u l a r   p e r t u r b a t i o n   c o n t r o l   f o r   f l e x i b l e   j o i n t   man i p u l a t o r s  w i t h   st a t e   c o n st r a i n t s, ”   I EE E  T ra n s a c t i o n s  o n   S y st e m s ,   M a n ,   a n d   C y b e r n e t i c s:   S y st e m s ,   v o l .   5 4 ,   n o .   1 2 ,   p p .   7 5 2 1 – 7 5 2 7 ,   D e c .   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TS M C . 2 0 2 4 . 3 4 4 6 1 7 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 7 2 2 - 2 5 8 6   I AE S  I n t  J   R o b   &   A u to m ,  Vo l .   1 5 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   5 9 7 - 6 0 6   606   [ 1 1 ]   D .   P a v l i c h e n k o   a n d   S .   B e h n k e ,   “ F l e x i b l e - j o i n t   ma n i p u l a t o r   t r a j e c t o r y   t r a c k i n g   w i t h   l e a r n e d   t w o - s t a g e   m o d e l   e m p l o y i n g   o n e - st e p   f u t u r e   p r e d i c t i o n , ”   i n   2 0 2 1   Fi f t h   I EEE  I n t e rn a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Ro b o t i c   C o m p u t i n g   ( I RC ) ,   N o v .   2 0 2 1 ,   p p .   1 – 9 .   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I R C 5 2 1 4 6 . 2 0 2 1 . 0 0 0 0 8 .   [ 1 2 ]   B .   N i u   a n d   H .   Z h a n g ,   “ Li n e a r   p a r a me t e r - v a r y i n g   mo d e l i n g   f o r   g a i n - sc h e d u l i n g   r o b u s t   c o n t r o l   s y n t h e si s o f   f l e x i b l e   j o i n t   i n d u s t r i a l   r o b o t , ”   Pro c e d i a   En g i n e e ri n g ,   v o l .   4 1 ,   p p .   8 3 8 – 8 4 5 ,   2 0 1 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . p r o e n g . 2 0 1 2 . 0 7 . 2 5 2 .   [ 1 3 ]   R .   D a t t a ,   R .   D e y ,   a n d   N .   A d h i k a r i ,   “ D i ssi p a t i v e   c o n t r o l   f o r   s i n g l e   f l e x i b l e   j o i n t   r o b o t i c   s y st e m  v i a   T – S   f u z z y   m o d e l l i n g   a p p r o a c h , ”   I FA C - Pa p e r sO n L i n e ,   v o l .   5 5 ,   n o .   1 ,   p p .   6 3 7 – 6 4 2 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . i f a c o l . 2 0 2 2 . 0 4 . 1 0 4 .   [ 1 4 ]   J.  H a n ,   X .   S h a n ,   H .   L i u ,   J.   X i a o ,   a n d   T.   H u a n g ,   “ F u z z y   g a i n   sc h e d u l i n g   P I D   c o n t r o l   o f   a   h y b r i d   r o b o t   b a se d   o n   d y n a mi c   c h a r a c t e r i s t i c s,”   M e c h a n i sm   a n d   Ma c h i n e   T h e o r y ,   v o l .   1 8 4 ,   p .   1 0 5 2 8 3 ,   J u n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . me c h mac h t h e o r y . 2 0 2 3 . 1 0 5 2 8 3 .   [ 1 5 ]   D .   S h a n g ,   X .   L i ,   M .   Y i n ,   a n d   F .   L i ,   “ D y n a mi c   mo d e l i n g   a n d   f u z z y   a d a p t i v e   c o n t r o l   st r a t e g y   f o r   s p a c e   f l e x i b l e   r o b o t i c   a r m   c o n si d e r i n g   j o i n t   f l e x i b i l i t y   b a s e d   o n   i mp r o v e d   s l i d i n g   mo d e   c o n t r o l l e r , ”   A d v a n c e s   i n   S p a c e   Re s e a r c h ,   v o l .   7 0 ,   n o .   1 1 ,   p p .   3 5 2 0 – 3 5 3 9 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a sr . 2 0 2 2 . 0 8 . 0 4 2 .   [ 1 6 ]   D .   S h a n g ,   X .   Li ,   M .   Y i n ,   a n d   F .   L i ,   “ D y n a m i c   m o d e l i n g   a n d   f u z z y   c o mp e n s a t i o n   s l i d i n g   mo d e   c o n t r o l   f o r   f l e x i b l e   ma n i p u l a t o r   serv o   s y st e m,”   A p p l i e d   M a t h e m a t i c a l   Mo d e l l i n g ,   v o l .   1 0 7 ,   p p .   5 3 0 – 5 5 6 ,   J u l .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . a p m. 2 0 2 2 . 0 2 . 0 3 5 .   [ 1 7 ]   S .   Za a r e   a n d   M .   R .   S o l t a n p o u r ,   “ C o n t i n u o u s   f u z z y   n o n si n g u l a r   t e r m i n a l   sl i d i n g   m o d e   c o n t r o l   o f   f l e x i b l e   j o i n t s  r o b o t   ma n i p u l a t o r s   b a s e d   o n   n o n l i n e a r   f i n i t e   t i me   o b s e r v e r   i n   t h e   p r e se n c e   o f   m a t c h e d   a n d   mi s mat c h e d   u n c e r t a i n t i e s,”   J o u rn a l   o f   t h e   Fr a n k l i n   I n st i t u t e ,   v o l .   3 5 7 ,   n o .   1 1 ,   p p .   6 5 3 9 – 6 5 7 0 ,   Ju l .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j f r a n k l i n . 2 0 2 0 . 0 4 . 0 0 1 .   [ 1 8 ]   Z.   Y a n ,   X .   La i ,   Q .   M e n g ,   J.   S h e ,   a n d   M .   W u ,   “ T i me - v a r y i n g   d i s t u r b a n c e - o b s e r v e r - b a s e d   t r a c k i n g   c o n t r o l   o f   u n c e r t a i n   f l e x i b l e - j o i n t   m a n i p u l a t o r , ”   C o n t r o l   E n g i n e e r i n g   Pr a c t i c e ,   v o l .   1 3 9 ,   p .   1 0 5 6 2 4 ,   O c t .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . c o n e n g p r a c . 2 0 2 3 . 1 0 5 6 2 4 .   [ 1 9 ]   A .   S h a r m a   a n d   S .   Ja n a r d h a n a n ,   “ P o s i t i o n   c o n t r o l   o f   si n g l e - l i n k   f l e x i b l e   man i p u l a t o r :   a   f u n c t i o n a l   o b ser v e r   b a se d   sl i d i n g   m o d e   a p p r o a c h , ”   i n   2 0 2 4   E u r o p e a n   C o n t r o l   C o n f e r e n c e   ( E C C ) ,   J u n .   2 0 2 4 ,   p p .   3 6 8 4 – 3 6 8 9 .   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / EC C 6 4 4 4 8 . 2 0 2 4 . 1 0 5 9 0 9 9 7 .   [ 2 0 ]   A .   H .   M i r y ,   A .   H .   M a r y ,   a n d   M .   H .   M i r y ,   “ I mp r o v i n g   o f   ma x i mu m  p o w e r   p o i n t   t r a c k i n g   f o r   p h o t o v o l t a i c   sy st e ms  b a se d   o n   sw a r m  o p t i mi z a t i o n   t e c h n i q u e s, ”   I O P  C o n f e re n c e   S e ri e s:   M a t e ri a l s  S c i e n c e   a n d   En g i n e e ri n g ,   v o l .   5 1 8 ,   n o .   4 ,   p .   0 4 2 0 0 3 ,   M a y   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 8 / 1 7 5 7 - 8 9 9 X / 5 1 8 / 4 / 0 4 2 0 0 3 .   [ 2 1 ]   B .   A .   Ta w f e e q ,   M .   Y .   S a l l o o m ,   a n d   A .   A l k a ma c h i ,   “ A   se l f - b a l a n c i n g   p l a t f o r m   o n   a   m o b i l e   c a r , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   El e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r  En g i n e e r i n g   ( I J EC E) ,   v o l .   1 2 ,   n o .   6 ,   p .   5 9 1 1 ,   D e c .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 1 2 i 6 . p p 5 9 1 1 - 5 9 2 2 .   [ 2 2 ]   O .   K a r a h a n   a n d   H .   K a r c i ,   “ D e si g n   o f   r o b u st   f r a c t i o n a l   o r d e r   f u z z y   P I D   sl i d i n g   mo d e   c o n t r o l l e r   b a se d   o n   h y b r i d   sw a r m   i n t e l l i g e n c e   a l g o r i t h m  f o r   a   6 - D O F   r o b o t i c   m a n i p u l a t o r , ”   R o b o t i c a ,   v o l .   4 3 ,   n o .   3 ,   p p .   1 1 1 0 – 1 1 3 9 ,   M a r .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 7 / S 0 2 6 3 5 7 4 7 2 5 0 0 0 1 4 1 .   [ 2 3 ]   X .   C h e n g ,   H .   Li u ,   a n d   W .   L u ,   “ C h a t t e r i n g - s u p p r e ss e d   s l i d i n g   mo d e   c o n t r o l   f o r   f l e x i b l e - j o i n t   r o b o t   ma n i p u l a t o r s , ”   Ac t u a t o rs ,   v o l .   1 0 ,   n o .   1 1 ,   p .   2 8 8 ,   O c t .   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a c t 1 0 1 1 0 2 8 8 .   [ 2 4 ]   X .   C .   N g u y e n   a n d   D .   T.   Le ,   “ A d a p t i v e   f i n i t e - t i me   sy n e r g e t i c   c o n t r o l   f o r   f l e x i b l e - j o i n t   r o b o t   m a n i p u l a t o r   w i t h   d i s t u r b a n c e   i n p u t s, ”   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g   &   El e c t ro m e c h a n i c s ,   n o .   3 ,   p p .   4 5 – 5 2 ,   M a y   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 2 0 9 9 8 / 2 0 7 4 - 2 7 2 X . 2 0 2 5 . 3 . 0 7 .   [ 2 5 ]   J.  F u ,   S .   G u ,   L.   W u ,   N .   W a n g ,   L .   Li n ,   a n d   Z.   C h e n ,   “ R e sea r c h   o n   o p t i mi z a t i o n   o f   d i e se l   e n g i n e   sp e e d   c o n t r o l   b a se d   o n   U K F - f i l t e r e d   d a t a   a n d   P S O   f u z z y   P I D   c o n t r o l , ”   P ro c e ss e s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   3 ,   p .   7 7 7 ,   M a r .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / p r 1 3 0 3 0 7 7 7 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       Ahm e d   Alk a m a c h i          re c e iv e d   h is   P h . D.  d e g re e   in   c o n tr o l  e n g i n e e rin g   a n d   is   c u rre n tl y   wo r k in g   a s  a n   As sista n t   P ro fe ss o r   i n   t h e   De p a rtme n t   o f   M e c h a tro n ics   En g in e e rin g   a t   th e   Un iv e rsity   o f  Ba g h d a d ,   I ra q .   His   re se a rc h   in tere sts  in c lu d e   c o n tr o l   sy ste m s,  sy ste m   m o d e ll in g ,   ro b o t ics ,   n o n li n e a r  c o n tr o l,   u n m a n n e d   a e rial  v e h icle s  (UA Vs ),   a n d   o p t imiz a ti o n   tec h n iq u e s.  He   h a s  c o n tri b u ted   t o   se v e ra l  re se a r c h   wo rk s  in   th e   field s  o f  a d v a n c e d   c o n tr o l   stra teg ies   a n d   in telli g e n t  o p t imiz a ti o n   m e th o d s  fo r  n o n li n e a r  a n d   c o m p lex   e n g i n e e rin g   sy ste m s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  a h m e d 7 8 @ k e c b u . u o b a g h d a d . e d u . i q .         Ali  H u ss ien  M a r y             re c e iv e d   th e   B. S c .   a n d   M . S c .   d e g re e s  i n   e lec tri c a l  e n g i n e e rin g   fro m   th e   C o ll e g e   o f  E n g i n e e rin g ,   Un iv e rsit y   o f  Ba g h d a d ,   Ba g h d a d ,   Ira q .   In   1 9 9 8   a n d   2 0 0 1   re sp e c ti v e ly .   He   o b tain e d   h is   P h . D.  d e g re e   in   e lec tri c a l  e n g i n e e rin g   fr o m   G a z ian tep   Un iv e rsity ,   T u rk e y ,   in   2 0 1 7 .   He   is  c u rre n tl y   a   F u ll   P r o fe ss o r  a t   Al - Kh wa rizm i  Co l leg e   o f   En g i n e e rin g ,   Un i v e rsity   o f  Ba g h d a d .   His  re se a rc h   in tere sts  in c l u d e   c o n tro l   sy ste m s,  ro b o ti c s,   a n d   a rti ficia l   in tell ig e n c e .   He   h a s  c o n tri b u te d   t o   v a rio u s  a c a d e m ic  a n d   re se a rc h   a c ti v it ies   in   th e se   field s,  wit h   a   fo c u s  o n   a d v a n c e d   c o n tr o l  tec h n iq u e s  a n d   in t e ll ig e n t  s y ste m s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  a li m a ry 7 6 @k e c b u . u o b a g h d a d . e d u . iq .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.