Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.10
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pp.823-830
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2008
We present a high-accuracy digital-to-analog (DA) actuator using a load spring, specially designed to compensate the output displacement errors caused by fabrication errors. The compensated linear DA actuator is capable to change the slope of input-output modulation line in order to compensate fabrication errors. We design, fabricate, and characterize three different prototypes: one uncompensated design and two compensated designs respectively for a specific value and for a given range of fabrication error. The compensated linear DA actuators show the output displacement errors of $-0.20{\pm}0.23{\mu}m\;and\;-0.13{\pm}0.18{\mu}m$, respectively, reduced by 64.3% and 76.8% of the output displacement error, $0.56{\pm}0.20{\mu}m$, produced by the conventional uncompensated linear DA actuator. We experimentally verify the fabrication error compensation capability of the present compensated linear DA actuators, thus demonstrating high-accuracy actuation performance immune to fabrication errors.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.7
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pp.513-518
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2016
The piezoelectric actuating device is known for its large power density and simple structure. It can generate a larger force than a conventional actuator and has also wide bandwidth with fast response in a compact size. To control the piezoelectric actuator, we need an analog signal conditioning circuit as well as digital microcontrollers. Conventional microcontrollers are not equipped with an analog part and need digital-to-analog converters, which makes the system bulky compared with the small size of piezoelectric devices. To overcome these weaknesses, we are developing a single-chip controller that can handle analog and digital signals simultaneously using mixed-signal FPGA technology. This gives more flexibility than traditional fixed-function microcontrollers, and the control speed can be increased greatly due to the parallel processing characteristics of the FPGA. In this paper, we developed a floating-point multiplier, PWM generator, 80-kHz power control loop, and 1-kHz position feedback control loop using a single mixed-signal FPGA. It takes only 50 ns for single floating-point multiplication. The PWM generator gives two outputs to control the charging and discharging of the high-voltage output capacitor. Through experimentation and simulation, it is demonstrated that the designed control loops work properly in a real environment.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.4
no.2
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pp.63-70
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2003
In this paper, an MFC (Mass Flow Controller) which is widely used in many semiconductor manufacturing processes for controlling the mass flow rate of a gas is designed and implemented using the PIC 16F876 of Microchip, Inc. The MFC implemented in this thesis has the form of hybrid-type, i.e., the mixed-type of the analog-type MFC, which has many problems such as low accurary, and digital-type MFC, which use an expensive DSP (Digital Signal Processor) and an ADC (Analog to Digital Convertor) with high precision. The MFC is consists of the sensor unit, the control unit and the actuator unit, and it has used the automatic calibration algorithm and the reference table method for the improvement of the performance.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.1
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pp.137-146
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2009
We present a micromechanical digital-to-analog (DA) variable capacitor using a parallel digital actuator array, capable of accomplishing high-Q tuning. The present DA variable capacitor uses a parallel interconnection of digital actuators, thus achieving a low resistive structure. Based on the criteria for capacitance range ($0.348{\sim}1.932$ pF) and the actuation voltage (25 V), the present parallel DA variable capacitor is estimated to have a quality factor 2.0 times higher than the previous serial-parallel DA variable capacitor. In the experimental study, the parallel DA variable capacitor changes the total capacitance from 2.268 to 3.973 pF (0.5 GHz), 2.384 to 4.197 pF (1.0 GHz), and 2.773 to 4.826 pF (2.5 GHz), thus achieving tuning ratios of 75.2%, 76.1%, and 74.0%, respectively. The capacitance precisions are measured to be $6.16{\pm}4.24$ fF (0.5 GHz), $7.42{\pm}5.48$ fF (1.0 GHz), and $9.56{\pm}5.63$ fF (2.5 GHz). The parallel DA variable capacitor shows the total resistance of $2.97{\pm}0.29\;{\Omega}$ (0.5 GHz), $3.01{\pm}0.42\;{\Omega}$ (1.0 GHz), and $4.32{\pm}0.66\;{\Omega}$ (2.5 GHz), resulting in high quality factors which are measured to be $33.7{\pm}7.8$ (0.5 GHz), $18.5{\pm}4.9$ (1.0 GHz), and $4.3{\pm}1.4$ (2.5 GHz) for large capacitance values ($2.268{\sim}4.826$ pF). We experimentally verify the high-Q tuning capability of the present parallel DA variable capacitor, while achieving high-precision capacitance adjustments.
The solution of problems in the automation of mold manufacturing process are high speed and resolution. To catch two problems at once, digital servo system will be essential replacing the analog servo system. In this paper, we tried some hardware/software approach including, designing basic structure, modeling of servo actuator, and designing & simulating of velocity & position controller. Finally, we constructed the hardware for 1 axis digital servo controller of NC system. As a result we obtained the design technics of digital servo systems for high speed NC system.
Based on the 4-compartmental pharmacokinetic model developed in PART1, target-controlled infusion(TCI) pump system was designed and evaluated. The TCI system consists of digital board including microcontroller and digital signal process(DSP), analog board, motor-driven actuator, user friendly interface, power management and controller. It provides two modes according to the drugs: plasma target concentration and effect target concentration. Anaesthetist controls the depth of anaesthesia for patients by adjusting the required concentration to maintain both plasma and effect site in drug concentration. The data estimated in DSP include infusion rate, initial load dose, and rotation number of motor encoder. During TCI operation, plasma concentration. effect site concentration, awaken concentration, context-sensitive decrement time and system error information are displayed in real time. Li-ion battery guarantees above 2 hours without power line failure. For high reliability of the system, two microprocessors were used to perform independent functions for both pharmacokinetic algorithm and motor control strategy.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.30
no.2
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pp.97-108
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1994
The DC Servo Motor has been used as an actuator in automatic control fields because of the good response and the control easiness nevertheless it has some disadvantage such as spark at the brush. Recently, along with the fast development of semiconductor industries, the digital control scheme is increasing in comparison with analog control because of the strength against noise and the accuracy. In this paper, authors proposed a combined control algorithm, which is mixed Modified Minimum Time Position Control(MMTPC) and PI control algorithm. for minimum time position control of DC Servo Motor by the one-chip microcontroller. The proposed control algorithm showed the fast response and offset-free. The validity of the proposed method comparing with the VSS control is proved by the response experiments.
Park, Moon-Su;Lee, Hee-Joong;Min, Byeong-Joo;Choi, Hyung-Don
Aerospace Engineering and Technology
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v.3
no.2
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pp.56-64
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2004
In this research, design results of computer hardware which control solid motor movable nozzle thrust vector control(TVC) actuator for Korea Space Launch Vehicle I(KSLV-I) are described. TVC computer hardware is the equipment which has jobs for receiving control commands from Navigation Guidance Unit(NGU) and then actuating TVC actuator. Also, it has ability to communicate with other on board or ground equipments. Computer hardware has a digital signal processor as the main processor which is capable of high speed calculating ability of control algorithm, so it can have more stability, reliability and flexibility than the previous analog controller of KSR-III. Target board was designed for on board program development and then first prototype hardware was developed. Top level system design criteria, hardware configurations and ground support equipment of TVC computer system are described.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.5
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pp.557-560
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2010
We have designed a digital variable-focal-length liquid lens by using 4-bit actuators. Each bit actuator consists of 1, 2, 4, and 8 unit actuators, squeezes discrete fluidic volume of $2^4$ different levels into the lens The 4-bit digital actuation mode ($b_4b_3b_2b_1$) affords $2_4$ different lens curvatures and focal lengths. The on/off control of the bit actuators helps in solving the main problem associated with analog liquid lenses, i.e., precise control of the pressure or volume of the fluid for changing the lens curvature and focal length. Experimentally, it has been found that the 4-bit actuators allow 0.074 nl (${\pm}0.02\;nl$) of the given fluid per bit to enter the lens and help in increasing the focal length from 3.63 mm to 38.6 mm in $2^4$ different levels; no high-cost controllers are required for precise control of the pressure or volume in this case. Therefore, the present digital liquid lens is more suitable to integrated optical systems by reducing additional component for pressure and volume control.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.44
no.2
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pp.115-123
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2021
A lot of sensor and control signals is generated by an industrial controller and related internet-of-things in discrete manufacturing system. The acquired signals are such records indicating whether several process operations have been correctly conducted or not in the system, therefore they are usually composed of binary numbers. For example, once a certain sensor turns on, the corresponding value is changed from 0 to 1, and it means the process is finished the previous operation and ready to conduct next operation. If an actuator starts to move, the corresponding value is changed from 0 to 1 and it indicates the corresponding operation is been conducting. Because traditional fault detection approaches are generally conducted with analog sensor signals and the signals show stationary during normal operation states, it is not simple to identify whether the manufacturing process works properly via conventional fault detection methods. However, digital control signals collected from a programmable logic controller continuously vary during normal process operation in order to show inherent sequence information which indicates the conducting operation tasks. Therefore, in this research, it is proposed to a recurrent neural network-based fault detection approach for considering sequential patterns in normal states of the manufacturing process. Using the constructed long short-term memory based fault detection, it is possible to predict the next control signals and detect faulty states by compared the predicted and real control signals in real-time. We validated and verified the proposed fault detection methods using digital control signals which are collected from a laser marking process, and the method provide good detection performance only using binary values.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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