Generally, PI control is simple and easy to implement and gains of PI control are determined by specifying a dynamics of the servo driver system. However, the gain-tuning is so difficult that it is relied on an expert's effort. This paper presents a gain auto-tuning method for PI controllers based on a fuzzy inference mechanism. First, the proposed fuzzy inference system identifies a system moment of inertia and adjusts control gains by using the difference in speed responses between a real plant and a reference model. Second, this paper proposes an improved fuzzy PI controller. To reduce the speed overshoot, we adapt a control method that selects a proper PI gains with respect to the load inertia variation. To prove the validity of the proposed gain tuning algorithm and the feasibility of the servo drive, a high performance servo drive will be implemented by DSP(TMS320C31) and intelligent power module (IPM). The proposed controller is applied to the speed control of the 300W AC servo motor. Some simulations and experimental results show that the proposed fuzzy PI controller is more robust than the conventional PI controller against the load inertia variation.
The BLDC motor is used widely in industry due to its controllability and freedom from maintenance because there is no mechanical brush in the BLDC motor. Furthermore, it is suitable for high-speed applications, such as compressors and air blowers. For instance, for a compressor with a small impeller due to miniaturizing, the BLDC motor has to rotate at a very high speed to maintain the compression ratio of the compressor. Typically, to reach an ultra-high speed, airfoil bearings must be used in place of ball bearings because of their friction. Unfortunately, the characteristics of airfoil bearings change drastically depending on the revolution speed. In this paper, a BLDC motor with airfoil bearings is controlled with a PID controller. To analyze and determine the PID coefficients, the relay-feedback method is used. Additionally, for adaptive control, a fuzzy logic controller is used. Furthermore, the auto-tuning and self-tuning techniques are combined to control the BLDC motor. The proposed method is able to control the airfoil-bearing BLDC motor efficiently.
본 논문에서는 기존의 PID 제어기와 퍼지 제어기의 특성을 공통으로 갖는 새로운 형태의 신경회로망 기반 자동 동조 뉴로-퍼지 PID제어기를 제안하였다. 제안된 제어기는 퍼지의 선형성을 이용하여 퍼지 PID 제어기의 퍼지 연산부를 간략화 시키고 일반 PID 제어기와 유사한 입출력 특성을 갖도록 하였으며 비선형 성분 보상을 위하여 제어기 출력에 가장 큰 영향을 미치는 출력측 스케일 계수를 단일 신경 회로망 구조로 변경하고 PID 제어기 구조를 유지하게 하였다. 또한 단일 신경 회로망 구조를 이용함으로써 신경회로망의 초기 연결강도와 계산량에 대한 문제점을 해결하고 오차의 부호 정보에 따라 학습계수를 변화시키는 가변 학습계수 역전파 알고리즘을 사용하여 오버 슈트가 작으면서도 빠른 수렴 속도를 갖도록 하였다. 제안된 제어기를 비선형성이 강한 시스템으로 알려진 자기 부양(magnetic levitation) 시스템에 실제 적용하여 본 논문에서 제안한 제어기의 우수한 성능을 확인하였다.
This paper describes the procedures for pre-tuning and re-tuning the gains of PI controller based on output patterns -output error integral- of the unknown process which may not have any information, for example, system order, deadtime, time constant, etc. The key ideas of the proposed adaptive scheme are as follows. The scheme determines the initial gains by using ZNM (Ziegler-Nichols Method) with relay feedback, and then the adaptive algorithms by pattern recognition are introduced for re-runing the PI gains with on-line scheme whenever control conditions are changed. Because, among the various auto-tuning procedures, ANM with relay feedback has the difficulty in re-tuning with on-line and Bristol method has no comment on initial settings and has variables to pre-determine, which makes the algorithm comples, the proposed methods have the combined scheme with above two procedures to recover those problems. And this paper proposes a simple way to determine adaptive constant in Bristol method. To show the validity of the proposed method, an example is illustrated by computer simulation and a laboratory process, heat exchanger, is experimented.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제10권2호
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pp.113-118
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2010
This paper proposed an ECAM (Electronic cam) control system which has simple and general structure. The proposed cam controller adopted the linear and polynomial curve-fitting method to generates a smooth cam profile curve function. Smooth motion trajectory of master actuator guarantees the good performance of slave motion and has an important effect on the interpolation quality of ECAM. The auto-tuning PID velocity controller was applied to overcome the uncertainties in ECAM, and the gains of the controller are updated continuously to ensure the consistency of system performance under varying working conditions. The robustness of system against the varying load torque disturbances and noises is guaranteed by using the load torque disturbance observer to suppress the disturbance on master actuator. The velocity compensator was applied to compensate the degradation of performance of slave motion caused from the varying driving speed of master motion. The stability and validity of the proposed ECAM control system was verified by simulation results.
Machining systems have been evolved to produce more detailed products of high added value. This has been possible, in large part, due to the development of highly accurate multi-axis CNC machine tools. The conventional CNC of machine tools has individual axis controllers to maximize tracking performance. On the other hand, cross-coupling controllers can be integrated into the conventional CNC to enhance contouring performance. For this multi-axis cross-coupling control system, it is necessary to automatically adjust the controller gains depending on operating conditions and/or other external conditions from an optimization perspective. This paper proposes automatic modeling of feed drive systems that minimizes the difference in behavior between the system model and the actual system. Based on the modeling, an integrated auto-tuning method is also proposed to improve both tracking and contouring accuracy of a 3-axis cross-coupling control system as well as users' convenience. The proposed methods are evaluated by both simulation and experiments.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제3권1호
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pp.78-86
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2003
Multivariable control system exist widely in many types of systems such as chemical processes, biomedical processes, and the main steam temperature control system of the thermal power plant. Up to the present time, Pill Controllers have been used to operate these systems. However, it is very difficult to achieve an optimal PID gain with no experience, because of the interaction between loops and gain of the Pill controller has to be manually tuned by trial and error. This paper suggests a tuning method of the Pill Controller for the multivariable power plant using an immune algorithm, through computer simulation. Tuning results by immune algorithms based neural network are compared with the results of genetic algorithm.
제어로봇시스템학회 1993년도 한국자동제어학술회의논문집(국내학술편); Seoul National University, Seoul; 20-22 Oct. 1993
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pp.398-403
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1993
A rule based fuzzy expert system to self-tune PID controllers is proposed in this paper. The proposed expert system contains two rule bases, where one is responsible for "Long term tuning" and the other for "Incremental tuning". The rule for "Long term tuning" are extracted from the Wills'map and the knowledge about the implicit relations between PID gains and important long term features of the output response such as overshoot, damping and rise time, etc., while 'Incremental tuning" rules are obtained from the relations between PID gains and short term features, error and change in error. In the PID control environment, the proposed expert system operates in two phases sequentially. In the first phase, the long term tuning is performed until long term features meet their desired values approximately. Then the incremental tuning tarts with PID gains provided by the long term tuning procedure. It is noticeable that the final PID gains obtained in the incremental tuning phase are only the temporal ones. Simulation results show that the proposed rule base for "Long term tuning" provides superior control performance to that of Litt and that further improvement of control performance is obtained by the "Incremental tuning'.ance is obtained by the "Incremental tuning'.ing'.
The construction of rule-base for a nonlinear time-varying system, becomes much more complicated because of model uncertainty and parameter variations. Furthemore, FLC does not have an ability of adjusting rule- base in responding to some sudden changes of control environments. To cope with these problems, an auto-tuning method of the fuzzy rule-base is required. In this paper, the GA-based Fuzzy-Neural control system combining Fuzzy-Neural control theory with the genetic algorithm(GA), which is known to be very effective in the optimization problem, will be proposed. The tuning of the proposed system is performed by two tuning processes(the course tuning process and the fine tuning/adaptive learning process). The effectiveness of the proposed control system will be demonstrated by computer simulations using a two degree of freedom robot manipulator.
The intelligent auto-tuning method fur a strongly stable adaptive control system of a DC motor with great load inertia variation is proposed. The stable characteristic polynomial that is designed by an optimal servo is specified for the adaptive pole placement control system. The appropriate adaptive control system can be derived, by adjusting automatically the weight of a performance criterion in optimal control by means of the fuzzy inference on the basis of the stability index.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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