International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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제5권1호
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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.
A robust tracking control for nonholonomic dynamic systems is proposed in this paper. Since nonholonomic dynamic systems have constraints imposed on motions that are not integrable, i.e., the constraints cannot be written as time derivatives of some functions of generalized coordinates, advanced techniques are needed for their control. It is shown that if the state of nonholonomic systems is mapped into a bounded space by a coordinate transformation, a robust controller for dynamic models of nonholonomic systems with input disturbances can be designed using sliding mode control. Stability and robustness of the proposed controller are proved in the Lyapunov sense. Numerical simulations on the trajectory tracking of a two-wheeled mobile robot are conducted to validate the effectiveness of the proposed controller.
This paper proposes a new face recognition technique in the dynamic link architecture which shows robustness against size variation and distortion. The face recognition technique in the dynamic link architecture so far was not appropriate for the recognition of various size of faces because of the fixed size of the graph and the fixed value of a of the Gabor filter not considering the size of the face. The proposed face recognition algorithm can represent the input facial image by a suitable size of labeled graph, and it can also adjust the dilation width and the height of the vibrating amplitude of the Gabor filter, thus face recognition in the dynamic link architecture is even applicable regardless of the size of the face.
This paper deals with deterministic PI controller design based on dynamic characteristics for refrigeration system. The temperature control system of an oil cooler is described as a typical 2nd order model of the refrigeration system which has zeros in a transfer function. PI controller gains satisfying control specifications are represented by the dynamic characteristic functions using relationship between the parameters and the control specifications in the model. Phase margin was considered to increase robustness of the oil cooler control system. Furthermore, the influence of zeros in the model to the control specifications was analyzed in detail for improving control performance. The validity of the suggested PI controller design was investigated using the four types of gains which had been already confirmed their control performances through experiments.
Kim, Kyeong-Hwa;Baik, In-Cheol;Moon, Gun-Woo;Lee, Dae-Sik;Youn, Myung-Joong
Journal of Electrical Engineering and information Science
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제1권2호
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pp.58-66
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1996
An adaptive input-output linearization technique of an interior permanent magnet synchronous motor with a specified output dynamic performance is proposed. The adaptive parameter estimation is achieved by a model reference adaptive technique where the stator resistance and the magnitude of flux linkage can be estimated with the current dynamic model and state observer. Using these estimated parameters, the linearizing control inputs are calculated. With these control inputs, the input-output linearization is performed and the load torque is estimated. The adaptation laws are derived by the Popov's hyperstability theory and the positivity concept. The robustness and the output dynamic performance of the proposed control scheme are verified through the computer simulations.
In this study, a fractional order proportional integral derivative (FOPID) controller is designed to create the reference power trajectory and to conquer the uncertainties and external disturbances. A fractional nonlinear model was utilized to describe the nuclear reactor dynamic behaviour considering thermal-hydraulic effects. The controller parameters were tuned using optimization method in Matlab/Simulink. The FOPID controller was simulated using Matlab/Simulink and the controller performance was evaluated for Hard variation of the reference power and compared with that of integer order a proportional integral derivative (IOPID) controller by two models of fractional neutron point kinetic (FNPK) and classical neutron point kinetic (CNPK). Also, the FOPID controller robustness was appraised against the external disturbance and uncertainties. Simulation results showed that the FOPID controller has the faster response of the control attempt signal and the smaller tracking error with respect to the IOPID in tracking the reference power trajectory. In addition, the results demonstrated the ability of FOPID controller in disturbance rejection and exhibited the good robustness of controller against uncertainty.
The good control performance of permanent magnet linear synchronous motor (LSM) drive systems is difficult to achieve using linear controllers because of uncertainty effects, such as fictitious forces. A backstepping control system using adaptive modified recurrent Laguerre orthogonal polynomial neural network uncertainty observer (OPNNUO) is proposed to increase the robustness of LSM drive systems. First, a field-oriented mechanism is applied to formulate a dynamic equation for an LSM drive system. Second, a backstepping approach is proposed to control the motion of the LSM drive system. With the proposed backstepping control system, the mover position of the LSM drive achieves good transient control performance and robustness. As the LSM drive system is prone to nonlinear and time-varying uncertainties, an adaptive modified recurrent Laguerre OPNNUO is proposed to estimate lumped uncertainties and thereby enhance the robustness of the LSM drive system. The on-line parameter training methodology of the modified recurrent Laguerre OPNN is based on the Lyapunov stability theorem. Furthermore, two optimal learning rates of the modified recurrent Laguerre OPNN are derived to accelerate parameter convergence. Finally, the effectiveness of the proposed control system is verified by experimental results.
Ross, Andrew S.;El Damatty, Ashraf A.;El Ansary, Ayman M.
Wind and Structures
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제21권5호
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pp.537-564
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2015
Excessive motions in buildings cause occupants to become uncomfortable and nervous. This is particularly detrimental to the tenants and ultimately the owner of the building, with respect to financial considerations. Serviceability issues, such as excessive accelerations and inter-story drifts, are more prevalent today due to advancements in the structural systems, strength of materials, and design practices. These factors allow buildings to be taller, lighter, and more flexible, thereby exacerbating the impact of dynamic responses. There is a growing need for innovative and effective techniques to reduce the serviceability responses of these tall buildings. The current study considers a case study of a real building to show the effectiveness and robustness of the TLD in reducing the coupled lateral-torsional motion of this high-rise building under wind loading. Three unique multi-modal TLD systems are designed specifically to mitigate the torsional response of the building. A procedure is developed to analyze a structure-TLD system using High Frequency Force Balance (HFFB) test data from the Boundary Layer Wind Tunnel Laboratory (BLWTL) at the University of Western Ontario. The effectiveness of the unique TLD systems is investigated. In addition, a parametric study is conducted to determine the robustness of the systems in reducing the serviceability responses. Three practical parameters are varied to investigate the robustness of the TLD system: the height of water inside the tanks, the amplitude modification factor, and the structural modal frequencies.
A sliding mode control (SMC) for servo motors based on the differential evolution (DE) algorithm, called DE-SMC, is proposed in this study. The parameters of SMC should be designed exactly to improve the robustness, realize the precision positioning, and reduce the steady-state speed error of the servo drive. The main parameters of SMC are optimized using the DE algorithm according to the speed feedback information of the servo motor. The most significant influence factor of the DE algorithm is optimization iteration. A suitable iteration can be achieved by the tested optimization process profile of the main parameters of SMC. Once the parameters of SMC are optimized under a convergent iteration, the system realizes the given performance indices within the shortest time. The experiment indicates that the robustness of the system is improved, and the dynamic and steady performance achieves the given performance indices under a convergent iteration when motor parameters mismatch and load disturbance is added. Moreover, the suitable iteration effectively mitigates the low-speed crawling phenomenon in the system. The correctness and effectiveness of DE-SMC are verified through the experiment.
본 연구에서는 선박 또는 해양구조물에 설치되는 터렛(Turret)과 같이 제어 대상의 무게 중심 주변이 아닌 임의 지점을 운동 중심으로 선정하여 제어할 수 있는 동적위치유지(Dynamic positioning; DP)용 슬라이딩모드(Sliding mode) 제어기를 연구하였다. 이러한 슬라이딩모드 제어기는 선박 및 해양구조물 동역학 모델의 불확실성, 시공간에서 변화하는 미지의 해양환경에 의한 외력, DP 제어시스템의 과도 성능을 고려한 제어가 가능하다. 선박 및 해양구조물의 임의 지점을 기준으로 제어하기 위해 제어 대상의 기구학 방정식에 포함되는 자코비안(Jacobian) 행렬을 수정하여 슬라이딩모드 제어기를 설계하였다. 제어기의 강건성(Robustness)을 확보하기 위해 슬라이딩모드 제어기 설계에 리아프노프(Lyapunov) 안정도 판별 이론을 적용하였다. 일반적으로 DP 제어에서 제어기의 강건성 확보를 위해 PD(Proportional derivative) 제어 알고리즘 기반의 이득 스케줄링(Gain scheduling)을 사용한다. 그러나 이득 스케줄링을 적용하기 위한 적절한 이득을 찾는 것은 DP 시스템 적용을 복잡하게 만든다. 따라서 본 연구에서는 이러한 선박 및 해양구조물 DP 제어기의 복잡성을 해소하기 위해 슬라이딩모드 제어 알고리즘을 고려하였다. 제안된 슬라이딩모드 제어 알고리즘의 유효성을 검증하기 위해 시간 영역 시뮬레이션을 구현하였으며, 제어 알고리즘의 성능평가에 활용되었다. 제안된 슬라이딩모드 제어기의 유효성 검토를 위해 일반적인 PD 제어 알고리즘을 적용한 DP 제어 시뮬레이션 결과와 비교하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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