This paper presents a new type of fuzzy-sliding mode controller for robust tip position control of a single-link flexible manipulator subjected to parameter variations. A sliding mode controller is formulated with an assumption that imposed parameter variations are bounded so that certain deterministic performance can be guaranted. In the design of the sliding mode controller, so called moving sliding surface is adopted to minimize the reaching phase and thus mitigate system sensitivity to the variations. The sliding mode controller is then incorporated with a fuzzy technique to reduce inherently ever-existing chattering which is impediment in position control of flexible manipulators. A set of fuzzy parameters and control rules are obtained from a relation between predetermined sliding surface and representative points in the state space. Computer simulations are undertaken in order to demonstrate superior control performance of the proposed methodology.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.1
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pp.263-270
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1995
The use of the shape memory alloy, Nitinol wire, is investigated as an actuator for enhancing the damping in structural vibration systems. The first-order mathematical model of the Nitinol wire is obtained from the experimental data for an actuator. Finite element method is utilized for the strain gage sensor model, which is installed at the root of cantilever beam. A simple system, cantilever beam, is built as a flexible structural system to implement a control law with the Nitinol wire actuator. The system model including sensor and actuator is derived, which agrees with the experimental results. The actuator dynamics is augmented with the system so as to design PI controller and the one of robust controllers, LQG/LTR controller, and the control laws are implemented experimentally. The experimental study shows the feasibility of utilizing the Nitinol wire as an actuator for the purpose of vibration control.
When floor vibration problems occur in existing buildings, TMD (tuned mass damper) can be a viable alternative to resolving the problem. Only when TMD has been exactly tuned to the natural frequency of the floor, it can control the vibration as intended in design. However, TMD gets inefficient in the situation where the natural frequency changes as a result of the uncontrollable variation of the floor mass weight. This physical phenomenon is often called as TMD-off-tuning. This study proposes asymmetric TMD for enhancing the robustness of floor vibration control against uncertain natural frequencies. The proposed TMD features two asymmetric linear springs such that the floor vibrational energy can be dissipated through both the translational and rotational motion. An easy-to-use graphical optimization method was developed in this study. The asymmetric TMD proposed outperformed in vibration control by 28% compared to that of conventional TMD. The robustness of asymmetric TMD of this study was two times higher than that of conventional TMD.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.3
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pp.68-75
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2000
The flexibility of a manipulator inevitably yields vibration at the end effector. In this work, position and vibration control for a flexible robot arm was studied using a separate voice coil type actuator to raise the accuracy and speed of end tip. A flexible robot arm with a tip mass is modeled as an Euler-Bernoulli beam. An $H_$\infty$$ controller is adapted to get a robust control against unmodeled higher-order mode vibration, output sensor noise, and etc. Simulations and experiments show that the modeling of the system is acceptable and robust vibration control is also achieved.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.963-972
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2002
선박 거주구는 승무원 및 여객들이 상주하는 곳으로서 대형 상선의 경우 주선체 상부에 건물형태의 높은 구조이므로, 선박의 불균형력과 프로펠러 기진력으로 인해 주 선체와 연성되어 진동이 발생한다. 대형상선의 거주구는 육상구조물과는 달리 주선체와 마찬가지로 강성은 일정하나 화물적재량의 변화에 따라 선박 거주구의 유효질량이 변화함으로 가변적인 진동특성을 갖는 구조물 중의 하나이다. 본 연구에서는 가변 동특성을 갖는 대형상선의 거주구 진동을 수동형 및 능동형 흡진장치를 통하여 제어할 경우 거주구의 고유진동수 변화에 따른 제어성능의 변화를 반영할 수 있으면서도 제어성능과 안정성이 뛰어난 강건제어 시스템의 설계 가능성을 수치 시뮬레이션을 통하여 확인하고자 하였다. 적용대상은 진동문제가 많이 발생하는 컨테이너 운반선과 초대형 원유운반선의 거주구 진동특성을 3차원 유한 요소법을 이용하여 검토하고, 실험적인 방법으로는 거주구 형태의 구조물의 질량변화에 대한 동조형 흡진기의 제어성능을 시험과 선형이차 진동제어 장치의 진동제어성능 실험결과를 소개하고자 한다.
A hybrid mount featuring rubber element and piezoelectric actuator is devised to reduce vibration when starting a vehicle engine. As a first step, a passive mount adopting rubber element is manufactured and its dynamic characteristics are experimentally evaluated. After evaluating dynamic characteristics of the manufactured inertial piezoelectric actuator, the proposed hybrid mount is then established by integrating the piezoelectric actuator with the rubber element for performance improvement at non-resonant high frequencies. A mathematical model of the established active vibration control system is formulated and expressed in the state space form. Subsequently, sliding mode controller (SMC) is designed to attenuate the vibration transmitted from the base excitation. Finally, control performances of the proposed hybrid mount are evaluated such as transmissibility in frequency domain and time responses.
본 글에서와 같이 SMA 작동기는 전류 압력만으로 유연 구조물 시스템의 형상 이나 전동을 제어할 수 있으므로 작동기의 구조를 매우 간단히 할 수 있으머, 또한 작동기의 무게에 비하여 큰힘이나 변위를 제어할 수 있다는 장점이 있다. 이를 이용 하여 각종 제조분야 및 첨단 항공우주 산업에 이르기까지 매우 다양한 분야에 응용이 가능하다. 그러나, 현재 우리나라의 경우 SMA에 대한 연구는 미미한 상태이다. 새로운 SMA 재료와 이를 응용한 매카니즘에 대한 연구와 개발이 절실하며 이를 위한 과감한 투자가 요구된다. 또한 정확하고 견실한 제어를 위하여 SMA 작동기의 다양한 특성을 보다 심도있게 파악하고, 강건한 제어기를 적용하여 외부 환경의 영향을 최소화하는 연구가 필요하다. 나아가서 제어 메카니즘의 구동 장치 등의 적용을 위한 이방향성 SMA의 특성과 제어기법에 대한 연구도 병행해서 수행되어야 할 것으로 생각된다.
The flexibility of the manipulator inevitably inducess the vibration at the end effector. For the increase in speed and accuracy at the end tip, in this work, position and vibration control of a flexible manipuator with a separate voice coil type actrator for vibration suppression, is studied. The flexible manipulator with a tip mass is modeled an Euler-Bernoulli beam. An H.inf. controller is designed in order to make the controlled system robust against unmodeled higher-order mode vibration of the manipulator, output sensor noise, and etc. Simulations and experiments show that the modeling of the system is valid and that robust vibration control of the flexible manipulator is efficiently achieved.
When the lateral dimensions of a duct is larger than or comparable to the wavelengths of Interest, higher order modes propagate in the duct. These modes will be radiated and produce noise. A number of sensors and actuators for control of radiating noise from the duct have to be incorporated with the number of modes which one wants to control. These considerations motivated the present study that considers a control system which has less microphones and control sources than required. In this work, by theoretical analysis, the control performance of such a kind of system is investigated in terms of sound-field variables and control system variables. The possible maximum and minimum value. mean and variance of residual acoustic potential energy are derived for the set of primary sound fields.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1995.04a
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pp.246-251
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1995
유연구조물의 진동제어를 위해 압전필름 작동기를 사용하였고 이와 연계하 여 샘플링 과정을 고려한 DSMC를 구성하였다. 변수변화 및 외란의 경계치 를 알고 있다는 가정하에 시스템을 이산화시킨 후 제어기를 설계하였다. 일 반적으로 연속시간 시스템의 이산화 과정에서 정합조건의 가정이 보장되지 않기 때문에 제어기 설계시 이를 배제하였다. 이산시간 리아푸노프 이론을 근거로 DSMC의 존재성을 도출하였고, 이것에 기초하여 슬라이딩 모드가 발생되도록 불연속제어기를 설계하였다. 이때, 불연속게인을 상수로 하지 않고 RP의 위치에 따라 계속 새롭게 수정함으로써 슬라이딩 영역을 최소화 하였다. 그리고 기존의 DSMC 기법상에서 발생되는 슬라이딩 영역의 문제를 .betha. 등가제어기를 이용하는 이원화 방법으로 극복하였으며, 컴퓨터 시뮬 레이션을 통하여 제안된 기법의 설계 효율성 및 제어기의 강건성을 입증하였다. 향후, 제안된 기법에 대한 실험적 고찰 및 중요 제어인자에 대한 연구가 계속적으로 수행될 예정이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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