A 2U cube satellite called SNUGLITE has been developed by GNSS Research Laboratory in Seoul National University. Its main mission is to perform actual operation by mounting dual-frequency global positioning system (GPS) receivers. Its scientific mission aims to observe space environments and collect data. It is essential for a cube satellite to control an Earth-oriented attitude for reliable and successful data transmission and reception. To this end, an attitude estimation and control algorithm, Attitude Determination and Control System (ADCS), has been implemented in the on-board computer (OBC) processor in real time. In this paper, the Extended Kalman Filter (EKF) was employed as the attitude estimation algorithm. For the attitude control technique, the Linear Quadratic Gaussian (LQG) was utilized. The algorithm was verified through the processor in the loop simulation (PILS) procedure. To validate the ADCS algorithm in the ground, the experimental verification via a single axis Hardware-in-the-loop simulation (HILS) was used due to the simplicity and cost effectiveness, rather than using the 3-axis HILS verification (Schwartz et al. 2003) with complex air-bearing mechanism design and high cost.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.1
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pp.85-95
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2013
As the conventional hydraulic power steering system in the passenger vehicles is being rapidly replaced by EPS (Electric Power Steering) system, performance evaluation of the EPS system has become an important issue in the automotive industries. But the evaluation process takes significant expertise since steering conditions in the test protocols must be implemented with high accuracy. EPS HILS (Hardware-In the-Loop Simulation) system is developed together with robot steering system in this study. Main components of EPS HILS system include: C-EPS hardware, CarSim vehicle model, and road reaction force generation system powered by servo motor. The robot steering system, operated by another servo motor, was combined with EPS HILS system to substitute for steering efforts of human driver. The road reaction force generation system and the robot steering system were carefully validated by using the data obtained from vehicle tests. An on-center handling test was conducted by using EPS HILS system combined with the robot steering system. In the result of this study, robot-steered EPS HILS system developed with its high reliability and no need of skilled driver's, can be widely adopted to evaluate any performance of EPS system.
A distributed hardware-in-the-loop simulation (HILS) platform is developed for designing an automotive engine control system. The HILS equipment consists of a widely used PC and commercial-off-the-shelf (COTS) I/O boards instead of a powerful computing system and custom-made I/O boards. The distributed structure of the HILS system supplements the lack of computing power. These features make the HILS equipment more cost-effective and flexible. The HILS uses an automatic code generation extension, REAL-TIME WORKSHOP$^{ (RTW$^{) of MATLAB$^{ tool-chain and RT-LAB$^{, which enables distributed simulation as well as the detection and generation of digital event between simulation time steps. The mean value engine model, which is used in control design phase, is imported into this HILS. The engine model is supplemented with some I/O subsystems and I/O boards to interface actual input and output signals in real-time. The I/O subsystems are designed to imitate real sensor signals with high fidelity as well as to convert the raw data of the I/O boards to the appropriate forms for proper interfaces. A lot of attention is paid to the generation of a precise crank/ earn signal which has the problem of quantization in a conventional fixed time step simulation. The detection of injection! command signal which occurs between simulation time steps are also successfully compensated. In order to prove the feasibility of the proposed environment, a simple PI controller for an air-to-fuel ratio (AFR) control is used. The proposed HILS environment and I/O systems are shown to be an efficient tool to develop various control functions and to validate the software and hardware of the engine control system.
Kim, Chi-Ung;Kim, Moon-June;Rhee, Eun-Jun;Lee, Kyoung-Hoon;Woo, Kwan-Je
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.13
no.6
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pp.967-975
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2010
There have been a lot of efforts on the improvement for the ride comfort and handling stability of the combat vehicles. Especially most of vehicles for military purpose have bad inertial condition and severe operating condition such as the rough road driving, and need a high mobility in the emergency status. It is necessary to apply the controlled suspension system in order to improve the vehicle mobile stability and ride comfort ability of crews. A feasibility study is performed on the application of the semi-active suspension system with a magneto-rheological controlled shock absorber for a $6{\times}6$ combat vehicle. First, the dynamic simulation model of the vehicle including the control model for the semi-active suspension system was executed. Based on this model, a hardware-in-the-loop simulation(HILS) system which has a semi-active suspension controller hardware was constructed. After full vehicle simulations were performed in virtual proving courses with this system, the semi-active suspension system was proven to give better ride comfort and handling stability in comparison with the conventional passive suspension system.
Power requirement to the induction heating system varies during the heating process. A closed loop control is required to have a smooth control over the power. In this work, a constant frequency pulse density modulation based power tracking control scheme for domestic induction heating system is developed using the Fuzzy Logic Controller. In the conventional power modulation schemes, the switching losses increase with the change in the load. The proposed pulse density modulation scheme maintains minimum switching losses for the entire load range. This scheme is implemented for the class-D series resonant inverter system. Fuzzy logic controller based power tracking control scheme is developed for domestic induction heating power supply for various power settings. The open loop and closed loop simulation studies are done using the MATLAB/Simulink simulation tool. The control logic is implemented in hardware using the PIC16F877A microcontroller. Fuzzy controller tracks the set power by changing the pulse density of the gate pulses applied to the inverter. The results obtained are used to know the effectiveness of the fuzzy logic controller to achieve the set power.
Futo, Andras;Kokenyesi, Tamas;Varjasi, Istvan;Suto, Zoltan;Vajk, Istvan;Balogh, Attila;Balazs, Gergely Gyorgy
Journal of Power Electronics
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v.17
no.6
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pp.1535-1544
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2017
Advances in FPGA technology have enabled fast real-time simulation of power converters, filters and loads. FPGA based HIL (Hardware-In-the-Loop) simulators have revolutionized control hardware and software development for power electronics. Common time step sizes in the order of 100ns are sufficient for simulating switching frequency current and voltage ripples. In order to keep the time step as small as possible, ideal switching function models are often used to simulate the phase legs. This often produces inferior results when simulating the discontinuous conduction mode (DCM) and disabled operational states. Therefore, the corresponding measurement and protection units cannot be tested properly. This paper describes a new solution for this problem utilizing a discrete-time PI controller. The PI controller simulates the proper DC and low frequency AC components of the phase leg voltage during disabled operation. It also retains the advantage of fast real-time execution of switch-based models when an accurate simulation of high frequency junction capacitor oscillations is not necessary.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.12
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pp.1217-1222
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2010
This paper describes the Model-Based Development(MBD) process behind the flight control software of a close-range unmanned aerial vehicle(KUS-9). An integrated development environment was created using a commercial tool(MATLAB $Simulink^{(R)}$), which was utilized to design models for linear/nonlinear simulation, flight control law, operational logic and HILS(Hardware In the Loop Simulation) system. Software requirements were validated through flight simulations and peer reviews during the design process, whereas the models were verified through the application of a DO-178B verification tool. The integrity of automatically generated C code was verified by using a separate S/W testing tool. The finished software product was embedded on two different types of hardware and real-time operating system(uC/OS-II, VxWorks) to perform HILS and flight tests. The key findings of this study are that MBD Technology enables the development of a reusable and an extensible software product and auto-code generation technology allows the production of a highly reliable flight control software under a compressed time schedule.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.19
no.10
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pp.2380-2388
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2015
A hardware implementation of MOD(moving object detection) algorithm using EGML(effective Gaussian mixture learning)- based background subtraction to detect moving objects in video is described. Some approximations of EGML calculations are applied to reduce hardware complexity, and pipelining technique is adopted to improve operating speed. The MOD processor designed in Verilog-HDL has been verified by FPGA-in-the-loop verification using MATLAB/Simulink. The MOD processor has 2,218 slices on the Virtex5-XC5VSX95T FPGA device and its throughput is 102 MSamples/s at 102 MHz clock frequency. Evaluation results of the MOD processor for 12 images in the IEEE CDW-2012 dataset show that the average recall value is 0.7631, the average precision value is 0.7778 and the average F-measure value is 0.7535.
The global market for wearable devices is growing, driving demand for efficient PMICs. Wearable PMICs must be highly energy-efficient despite limited hardware resources. Advancements in process technology enable low-power consumption, but traditional analog LDO regulators face challenges with reduced power supply voltage. In this paper, a novel ADC design with a 3-bit continuous-time flash ADC for the coarse loop and a 5-bit discrete-time SAR ADC for the fine loop is proposed for digital LDO, achieving a 34.78 dB SNR and 5.39 bits ENOB in a 55-nm CMOS technology.
Oveisi, Atta;Sukhairi, T. Arriessa;Nestorovic, Tamara
Structural Engineering and Mechanics
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v.67
no.6
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pp.643-658
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2018
In this paper, we introduce a new framework for running the finite element (FE) packages inside an online Loop together with MATLAB. Contrary to the Hardware-in-the-Loop techniques (HiL), in the proposed Software-in-the-Loop framework (SiL), the FE package represents a simulation platform replicating the real system which can be out of access due to several strategic reasons, e.g., costs and accessibility. Practically, SiL for sophisticated structural design and multi-physical simulations provides a platform for preliminary tests before prototyping and mass production. This feature may reduce the new product's costs significantly and may add several flexibilities in implementing different instruments with the goal of shortlisting the most cost-effective ones before moving to real-time experiments for the civil and mechanical systems. The proposed SiL interconnection is not limited to ABAQUS as long as the host FE package is capable of executing user-defined commands in FORTRAN language. The focal point of this research is on using the compiled FORTRAN subroutine as a messenger between ABAQUS/CAE kernel and MATLAB Engine. In order to show the generality of the proposed scheme, the limitations of the available SiL schemes in the literature are addressed in this paper. Additionally, all technical details for establishing the connection between FEM and MATLAB are provided for the interested reader. Finally, two numerical sub-problems are defined for offline and online post-processing, i.e., offline optimization and closed-loop system performance analysis in control theory.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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