In this paper, an actively controlled anti-rolling system is considered, in order to reduce the rolling motion of a ship. In this control system, a small auxiliary mass is installed on the upper area of the ship, and an actuator is connected between the auxiliary mass and the ship. The actuator reacts the auxiliary mass, applying inertial control forces to the ship to reduce the rolling motion in the desired manner. In this paper, we introduce LMI based H$_{\infty}$ control approach to design the anti-rolling control system for the controlled ship. And the experimental results show that the desirable control performance can be achieved.
제어이론분야에서의 발전은 그러한 이론을 다방면으로 응요할 수 있는 분야를 더더욱 폭넓게 제공해 주고 있다. 자동화와 관련된 분야뿐만 아니라, 건축 및 토목분야에서도 고도의 제어어이론을 응용한 예를 쉽게 접할 수 있게 되었으며, 지진동에 의한 구조물의 진동을 억제하려는 방책이 그 ??ㅣ다. 이에 관한 많은 연구에서도 알 수 있듯이, 일반적으로 구조물의 수학적 모델에만 의존하여, 즉 구조물의 설계파라미터는 이미 설계되어져 있다는 가정하에 제어계를 설계하고 있다. 그러나 이러한 설계법에 있어서는 설계자로 하여금 구조물의 설계파라미터를 조정할 수 있는 자유도는 전혀 주어지지 않게 되며 단지 제어계의 파라미터를 조정하는 자유도만 허용된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 구조계 및 제어기의 설계파라미터를 동시에 조절할 수 있는 자유도가 허용되는 '구조계/제어계의 동시 최적화' 기법이 있다. 따라서 본 논문에서는 교량의 주탑 및 해양구조물 등의 진동제어 문제에 이러한 설계기법을 이용하여 주어진 설계사양을 만족하도록 구조계 및 제어계의 파라미터를 최적화 한다. 특히 본 논문에서는 제어계 설계 문제에 있어서의 일반적인 경우를 고려하여 상태의 일부가 관측된다고 가정하고 출력피드백의 경우에 대해 고찰하고 있다. 이때의 설계사양은 선형행렬부등식(LMI)으로 주어지며, 실험을 통하여 본 논문에서 소개하는 설계기법의 유효성을 검증한다.
A simultaneous optimal design problem of structural and control systems is discussed by taking a 3-D truss structure as an object. We use descriptor forms for a controlled object and a generalized plant because the structural parameters appear naturally in these forms. We consider a minimum weight design problem for structural system and disturbance suppression problem for the control system. The structural objective function is the structural weight and the control objective function is $H_{\infty}$ norm from the disturbance input to the controlled output in the closed-loop system. The design variables are cross sectional areas of the truss members. The conditions for the existence of controller are expressed in terms of linear matrix inequalities (LMI) By minimizing the linear sum of the normalized structural objective function and control objective function, it is possible to make optimal design by which the balance of the structural weight and the control performance is taken. We showed in this paper the validity of simultaneous optimal design of structural and control systems.
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.
This paper considers a robust output feedback $H\infty$ controller design method for singular systems with time-varying delay in state and parameter uncertainty in system matrix by an LMI approach and observer based technique, which can be solved efficiently by convex optimization. The sufficient condition for the existence of controller and the controller design method are presented by strict LMI(linear matrix inequality) approach. Since the obtained condition can be expressed as an LMI form, all variables including feedback gain and observer gain can be calculated simultaneously by Schur complement and changes of variables.
This note addresses the problem of reliable (equation omitted) output-feedback control design for linear systems with actuator and/or sensor failures. An output feedback control design is proposed which stabilizes the plant and guarantees an (equation omitted)-norm bound on at-tenuation of augmented disturbances including all admissible actuator/sensor failures. Based on the linear matrix inequality (LMI) approach, the output- feedback controller design method is constructed by formulating to LMIs that cover all failure cases. Ef-fectiveness of this controller is validated via a numerical example.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.11
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pp.1620-1627
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2017
In this paper, we design an observer-based $H_{\infty}$ fuzzy controller for interval type-2 Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy systems under imperfect premise matching. The designed observer-based controller can effectively estimate the state of the system and make fuzzy system satisfy the $H_{\infty}$ disturbance attenuation performance. Using the slack matrix, the derived stabilization condition is expressed in terms of a linear matrix inequality. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified through a simulation example.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.9
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pp.1648-1654
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2007
In this paper, we consider the design of $H_\infty$ high-gain state feedback control for time-delayed linear systems with limited actuator capacities. The high-gain control means that the control permits the predetermined degree of saturation. Based on new Lyapunov-Krasovskii functional, we derive a result in the form of matrix inequalities. The matrix inequalities are consisted of LMIs those confirm the positive definiteness of Lyapunov- Krasovskii functional, satisfaction of predetermined degree of saturation, reachable set and $L_2$ gain constraint. The result is dependent on the bound of time-delay and its rate, predetermined degree of saturation, actuator capacity, and the allowed size of disturbances. Finally, we give a numerical example to show the effectiveness and usefulness of our result.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.11
no.9
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pp.750-754
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2005
This paper deals with the design problem of multivariable PID controllers guaranteeing the closed-loop system stability and a prescribed $H_\infty$ norm bound constraint. We reduce the problem to the static output feedback stabilization problem. We derive a necessary and sufficient condition f3r the existence of PID controllers and we give an explicit formula of PID controllers. We also give an existence condition of PID controllers guaranteeing a prescribed decay rate. Finally, we give an LMI-based design algorithm, together with a numerical design example.
This paper investigates the operation of the $H_{\infty}$ static output-feedback controller to reduce dynamic responses under seismic excitation on the five-story and benchmark 20 story building with parametric uncertainties. Linear matrix inequality (LMI) control theory is applied in this system and then to achieve the desired LMI formulations, some transformations of the LMI variables is used. Conversely uncertainties due to material properties, environmental loads such as earthquake and wind hazards make the uncertain system. This problem and its effects are studied in this research. Also to decrease the transition of large amount of data between sensors and controller, avoiding the disruption of whole control system and economy problems, the operation of the decentralized controllers is investigated in this paper. For this purpose the comparison between the performance of the centralized, fully decentralized and partial decentralized controllers in uncoupled and coupled cases is performed. Also, the effect of the changing the number of stories in substructures is considered. Based on the numerical results, the used control algorithm is very robust against the parametric uncertainties and structural responses are decreased considerably in all the control cases but partial decentralized controller in coupled form gets the closest results to the centralized case. The results indicate the high applicability of the used control algorithm in the tall shear buildings to reduce the structural responses and its robustness against the uncertainties.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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