In this paper, a robust controller is proposed to achieve an accurate tracking for an uncertain nonlinear plant with actuator dynamics. The extent of parameter uncertainty can be quantified by using linear parameterization technique. A switching controller is proposed to guarantee the global asymptotic stability of the plant. In order to eliminate the chattering caused by the switching controller, a smoothing controller is designed using the boundary layer technique around the sliding surface and guarantees the uniform ultimate boundedness of the tracking error.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.5
no.5
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pp.492-500
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2007
This paper focuses on the problem of guaranteed cost control for a class of uncertain linear delay systems with actuator failures. When actuators suffer "serious failure" the never failed actuators can not stabilize the system, based on switching strategy of average dwell time method, under the condition that activation time ratio between the system without actuator failure and the system with actuator failures is not less than a specified constant, a sufficient condition for exponential stability and weighted guaranteed cost performance are developed in terms of linear matrix inequalities (LMIs). Finally, as an example, a river pollution control problem illustrates the effectiveness of the proposed approach.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.6
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pp.553-562
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2015
This paper presents a strategy and an algorithm for levitation control of an over-actuated passive maglev tray system. The passive maglev tray system has more actuators than its degrees of freedom. The actuators of the system are switching when the tray travels longitudinally. Furthermore, the levitation forces of the actuators are non-homogeneous because the actuation devices are not in the moving platform. These characteristics make a limit in using conventional control approaches for levitation. For smooth actuator switching, the actuator force generation should be dependent on longitudinal positions of the tray. To enable constant pose tracking, this research introduces a control strategy and a control algorithm based on integral controllers on virtual variables. The states of the tray are estimated using a Kalman filter and fed to the proposed controller. The performances of the proposed control strategy and the algorithm are validated through tests.
Industrial robots are powerful, extremely accurate multi-jointed systems, but they are heavy and highly rigid because of their mechanical structure and motorization. Therefore, sharing the robot working space with its environment is problematic. A novel pneumatic artificial muscle actuator (PAM actuator) has been regarded during the recent decades as an interesting alternative to hydraulic and electric actuators. Its main advantages are high strength and high power/weight ratio, low cost, compactness, ease of maintenance, cleanliness, readily available and cheap power source, inherent safety and mobility assistance to humans performing tasks. The PAM is undoubtedly the most promising artificial muscle for the actuation of new types of industrial robots such as Rubber Actuator and PAM manipulators. However, some limitations still exist, such as the air compressibility and the lack of damping ability of the actuator bring the dynamic delay of the pressure response and cause the oscillatory motion. In addition, the nonlinearities in the PAM manipulator still limit the controllability. Therefore, it is not easy to realize motion with high accuracy and high speed and with respect to various external inertia loads in order to realize a human-friendly therapy robot To overcome these problems a novel controller, which harmonizes a phase plane switching control method with conventional PID controller and the adaptabilities of neural network, is newly proposed. In order to realize satisfactory control performance a variable damper - Magneto-Rheological Brake (MRB) is equipped to the joint of the manipulator. Superb mixture of conventional PID controller and a phase plane switching control using neural network brings us a novel controller. This proposed controller is appropriate for a kind of plants with nonlinearity uncertainties and disturbances. The experiments were carried out in practical PAM manipulator and the effectiveness of the proposed control algorithm was demonstrated through experiments, which had proved that the stability of the manipulator can be improved greatly in a high gain control by using MRB with phase plane switching control using neural network and without regard for the changes of external inertia loads.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.52
no.1
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pp.55-59
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2003
With the progress of optical communication technology recently, the development of micro actuator using MEMS technology has been made for optical switching. The actuation types are various; electrostatic, electromagnetic, and electrostatic +electromagnetic etc. Among them, the electrostatic type is the most popular because of the relative ease of fabrication, integration and shielding as well as low power consumption. However, it needs a high voltage to generate a larger driving force. To overcome this problem, we proposed a new type of electrostatic actuator with an extra vertical electrode in addition to the horizontal one. The vertical electrode also lays a role of making the stable angular rotation as a stopper. From the theoretical analysis and experiment, we find the actuation voltage can be reduced up to 50 % of that of the conventional one.
The development of a fast, accurate, and inexpensive position-controlled pneumatic actuator that may be applied to various practical positioning applications with various external loads is described in this paper. A novel modified pulse-width modulation (MPWM) valve pulsing algorithm allows on/off solenoid valves to be used in place of costly servo valves. A comparison between the system response of the standard PWM technique and that of the modified PWM technique shows that the performance of the proposed technique was significantly increased. A state-feedback controller with position, velocity and acceleration feedback was successfully implemented as a continuous controller. A switching algorithm for control parameters using a learning vector quantization neural network (LVQNN) has newly proposed, which classifies the external load of the pneumatic actuator. The effectiveness of this proposed control algorithm with smooth switching control has been demonstrated through experiments with various external loads.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.8
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pp.86-93
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2003
The development of a fast, accurate, and inexpensive position-controlled pneumatic actuator that may be applied to a variety of practical positioning applications with various external loads is described in this paper. A novel modified pulse width modulation (MPWM) valve pulsing algorithm allows on/off solenoid valves to be used in place of costly servo valves. A comparison between the system response of standard PWM technique and that of the novel modified PWM technique shows that the control performance is significantly increased. A state feedback controller with position, velocity and acceleration feedback is successfully implemented as the continuous controller. Switching algorithm of control parameter using learning vector quantization neural network (LVQNN) is newly proposed, which estimates the external loads of the pneumatic actuator. The effectiveness of the proposed control algorithms are demonstrated through experiments with various loads.
Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society
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v.1
no.1
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pp.17-22
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2004
The goal of this paper is to improve the position control performance of pneumatic rotary actuator with variable brake using Magneto-Rheological Fluid. The air compressibility and the lack of damping of the pneumatic actuator bring the dynamic delay of the pressure response and cause the oscillatory motion. In this study, a variable rotary brake comprising Magneto-Rheological Fluid is equipped to the joint of a pneumatic manipulator. Experiments of step response have proved that the transient response of the manipulator could be improved compared with that of the conventional control algorithm by using a phase plane switching control algorithm.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1996.04a
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pp.456-460
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1996
A nonlinear control scheme for preventing limit cycle due to the nonlinearity of themulti-step bang-bang actuator in mechanical position control systems is proposed. A linearized model, SIDF, fora multi-step bang-bang actuator is introduced to compensate the nonlinearity of the multi-step bang-bang actuator. Using that model, a $H_{\infty}$robust controller for position control systms with a bang-bang actuator is proposed by loop shaping tecniques with normalized coprime factorization stabilization to address the robustness. The proposed scheme needs a smaller deadband as a result of compensating the nonlinearity of the bang-bang actuator. A single-axis servo system is served in order to verify the proposed control scheme experimentally. Experimental results show that the controller can satisfy the special intersts, silent contact switching of the actuator.r.
Park, Joung-Hu;Baek, Jong-Bok;Cho, Bo-Hyung;Choi, Sung-Jin
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.14
no.1
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pp.62-71
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2009
In this paper, an improved drive method of piezoelectric PZT stack actuator for micro-positioning system is proposed and the performances are evaluated. This type of amplifier is based on switching technology efficiently handling the arbitrary regenerative energy from the piezoelectric actuator. The conventional voltage-feedback control method has the THD of -32dB (${\approx}2.5%$) with 100mHz sinusoidal reference, which means that the positioning performance in linearity degrades due to the hysteretic relationship between actuator voltage and the displacement. This paper proposed an improved charge-controlling method, which utilizes differential information of charge reference instead of integrating the actuator's current. The current waveform has THD under -40dBV (=1%) and the displacement waveform nearly -52dB (${\approx}0.25%$), which means that the positioning performance is very excellent. Finally, another method of the displacement feedback control has better performance than the voltage method, however there exists a limitation in performance of the system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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