In this paper, attempts have been made to control AC synchronous servo motor used as actuators of joints of the FARA robot with high dynamic performance and precise positioning. The AC synchronous servo motors used in FARA robots have resolves as position sensors. Resolver to digital converters are used in order to obtain the information of rotor speed and position from resolver outputs. The proposed joint position control system consists of four speed controller and one position controller. Analog methods are used in the position controller, while digital methods are used in the position controller. For precise position control, PID control algorithm and interpolation functions are executed in two 16 bit microprocessors with sampling rate 2ms. Experimental results show that the proposed joint position control system can be effectively applied to industrial robots in order to obtain high dynamic performance and precise positioning. The proposed joint position control system is being used in the control of FARA robots of Samsung Electronics.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.10
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pp.1171-1179
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2012
In this study, we consider a dynamic positioning system (DPS) design problem that can be extended to many application fields. Toward this end, tracking and positioning control problems are discussed. In particular, we design a tracking control system that incorporates an observer based on the 2-DOF servo system design approach in order to obtain the desired state information. In the case of observer design, a weighted $H_{\infty}$ error bound approach for a state estimator is considered. Based on an algebraic Riccati equation (inequality) approach, a necessary and sufficient condition for the existence of a full-order estimator that satisfies the weighted $H_{\infty}$ error bound is introduced. The condition for the existence of the estimator is denoted by a linear matrix inequality (LMI) that yields an optimized solution and the observer gain.
A dynamically positioned vessel must be capable of maintaining a specified position and direction by controlling the thruster devices. The motions of a vessel are often assuned to tne sum of low frequency(LF)motions and high frequency(HF)motions. The former is mainly due to wind, current and second order wave forces, while the latter is mainly due to first order wave forces. In order to avoid the high frequency thruser modulation, the control system must include filters to estimate the low frequency motions from the measured motion signals, This paper presents a control system based on Kalman filtering technique and optimal control tyeory. Using the combined kalmam filter, LF motion estimates and HF ones are achieved from the motion measurement of the vessel. The estimated low frequency motions are used as inputs to the dynamic positioning system. The thruster modulation is minimized using the optimal control theory; Linear Quadratic Gaussian(LQG)controller. The performances of the Kalman filter and the dynamic positioned vessel are investigated by computer simulation.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.1
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pp.1-9
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2006
This paper presents the modeling and multivariable feedback control of a novel high-precision multi-dimensional positioning stage. This integrated 6-degree-of-freedom. (DOF) motion stage is levitated by three aerostatic bearings and actuated by 3 three-phase synchronous permanent-magnet planar motors (SPMPMs). It can generate all 6-DOF motions with only a single moving part. With the DQ decomposition theory, this positioning stage is modeled as a multi-input multi-output (MIMO) electromechanical system with six inputs (currents) and six outputs (displacements). To achieve high-precision positioning capability, discrete-time integrator-augmented linear-quadratic-regulator (LQR) and reduced-order linearquadratic-Gaussian (LQG) control methodologies are applied. Digital multivariable controllers are designed and implemented on the positioning system, and experimental results are also presented in this paper to demonstrate the stage's dynamic performance.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.49
no.2
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pp.153-160
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2013
Control allocation is an important part of a system. It implements the function that map the desired command forces from the controller into the commands of the different actuators. In this paper, the authors present an approach for solving constrained control allocation problem in vessel system by using multi-parametric quadratic programming (mp-QP) algorithm. The goal of mp-QP algorithm applied in this study is to compute a solution to minimize a quadratic performance index subject to linear equality and inequality constraints. The solution can be pre-computed off-line in the explicit form of a piecewise linear (PWL) function of the generalized forces and constrains. The efficiency of mp-QP approach is evaluated through a dynamic positioning simulation for a vessel by using four tugboats with constraints about limited pushing forces and found to work well.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.768-783
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2020
Typically, a Dynamic Positioning System (DPS) uses a PID feed-back system, and it often adopts a wind feed-forward system because of its easier implementation than a feed-forward system based on current or wave. But, because a ship's drifting motion is caused by wind, current, and wave drift loads, all three environmental loads should be considered. In this study, a motion predictive control for the PID feedback system of the DPS is proposed, which considers the three environmental loads by utilizing predicted drifted ship positions in the future since it contains information about the three environmental loads from the moment to the future. The prediction accuracy for the future drifted ship position is ensured by adopting deep learning algorithms and a replay buffer. Finally, it is shown that the proposed motion predictive system results in better station-keeping performance than the wind feed-forward system.
Kim, Seung-Beom;Park, Chan-Sik;Kang, Dong-Youn;Yun, Hee-Hak;Ahn, Bierng-Chearl;Cha, Eun-Jong;Lee, Sang-Jeong
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.6
no.4
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pp.544-550
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2008
In this paper, an efficient positioning algorithm is proposed for a local positioning system using ultrasound and RF in WSN. The proposed positioning algorithm is the modified Savarese method where measurement noise characteristics are included as a weighting. Furthermore the ill-conditioned and the singularity problem occurred when all beacons are installed at the same height are removed. And the method is applicable to 2D positioning with 2 beacons only. The experiments with implemented system show the accurate seamless positioning less than 2cm error both static and dynamic experiments while the original Savarese method can not provide positions.
International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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v.5
no.1
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pp.46-52
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2002
A robust nonlinear observer, utilizing the sliding mode concept, is developed for the dynamic positioning of ships. The observer provides the estimates of linear velocities of the ship and bias from slowly varying environmental loads. It also filters out wave frequency motion to avoid wear of actuators and excessive fuel consumption. The main advantage of the proposed observer is in its robustness. Especially, the observer structure with a saturation function makes the proposed observer robust against neglected nonlinearties, disturbances and uncertainties. Since the mathematical model of DP ships is difficult to obtain and includes uncertainties and disturbances, it is very important for the observer to be robust. A nonlinear output feedback controller is derives based on the developed observer using the observer backstepping technique, and the global stability of the observer and control law is shown by Lyapunov stability theory.. A set of simulation was carried out to investigate the performance of the proposed observer for dynamic positioning of ships.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.9
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pp.846-852
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2013
In this paper, the authors propose a new approach to control problem of the marine vessels which are moored or controlled by actuators. The vessel control problem in the specified area is called a DPS (Dynamic Positioning System). The main objective of this paper is to obtain more useful control design method for DPS. In this problem, a complicate fact is control allocation which is a numerical method for distributing the control signal to the controlled system. For this, many results have been given and verified by other researchers using two individual processes. It means that the controller design and control allocation design process are carried out individually. In this paper, the authors give more sophisticated design solution on this issue. In which the controller design and control allocation problem are unified by a robust controller design problem. In other word, the stability of the closed-loop system, control performance and allocation problem are unified by an LMI (Linear Matrix Inequality) constraint based on $H_2/H_{\infty}$ mixed design framework. The usefulness of proposed approach is verified by simulation with a supply vessel model and found works well.
In this paper, the authors propose a new approach to the control problem of marine vessels that are moored or controlled by actuators. The vessel control system is basically based on Dynamic Positioning System (DPS) technology. The main object of this paper is to obtain a more useful control design method for DPS. In this problem, the control allocation is a complication. For this problem, many results have been given and verified by other researchers using a two-step process, with the controller and control allocation design processes carried out individually. In this paper, the authors provide a more sophisticated design solution for this issue. The authors propose a new design method in which the controller design and control allocation problems are considered and solved simultaneously. In other words, the system stability, control performance, and allocation problem are unified by an LMI (linear matrix inequality) based on control theory. The usefulness of the proposed approach is verified by a simulation using a supply vessel model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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