The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.1
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pp.95-100
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2013
This paper presents a new state feedback control approach for communication networks based control systems in which control input and output observation time-delay natures are generally occurred in practice. We first establish a generic state feedback control framework based on well-known linear system theory. A maximum time-delay value which allows critical stability of whole control system are defined to make a positive definite Lyapunov function which is mathematically composed of controlled system states. We analytically derive its control parameters by using a steepest descent optimization method in order to guarantee a stability condition through Lyapunov theory. Computer simulation is numerically carried out for demonstrating reliability of the proposed NCS algorithm and a comparative study is accomplished to prove its superiority for which the traditional control approach for NCS is made use of under same simulation scenarios.
In this paper, we investigate the resource allocation problem in time-varying heterogeneous wireless networks (HetNet) with multi-homing user equipments (UE). The stochastic optimization model is employed to maximize the network utility, which is defined as the difference between the HetNet's throughput and the total energy consumption cost. In harmony with the hierarchical architecture of HetNet, the problem of stochastic optimization of resource allocation is decomposed into two subproblems by the Lyapunov optimization theory, associated with the flow control in transport layer and the power allocation in physical (PHY) layer, respectively. For avoiding the signaling overhead, outdated dynamic information, and scalability issues, the distributed resource allocation method is developed for solving the two subproblems based on the primal-dual decomposition theory. After that, the adaptive resource allocation algorithm is developed to accommodate the timevarying wireless network only according to the current network state information, i.e. the queue state information (QSI) at radio access networks (RAN) and the channel state information (CSI) of RANs-UE links. The tradeoff between network utility and delay is derived, where the increase of delay is approximately linear in V and the increase of network utility is at the speed of 1/V with a control parameter V. Extensive simulations are presented to show the effectiveness of our proposed scheme.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.12
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pp.1175-1183
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2009
In photovoltaic(PV) generator systems, DC-DC converters are significantly considered for control system performance in power quality point of view. This paper presents a novel adaptive control method for DC-DC converters applied in PV generator systems. First, we derive a state-space average model of the converter system and then propose a reset control methodology to enhance transient response performance for time-varying PV systems. For estimating parameters of a reset control, a gradient descent optimization is utilized and an adjustment rule of them are derived respectively. An objective of the optimization is that characteristic equation of an augmented system model which is formed with an converter system model and an reset control is to trace a predefined polynomial given as a reference characteristic model. Next, we accomplish stability analysis by means of a well-known Lyapunov theory for nonlinear converter systems including time-varying voltage excitation from a PV generator. Numerical simulation demonstrates reliability of our control methodology and its superiority by comparison to a traditional control strategy.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.12
no.8
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pp.3542-3566
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2018
In this paper, we investigate a buffer-aided wireless powered cooperative communication network (WPCCN), in which the source and relay harvest the energy from a dedicated power beacon via wireless energy transfer, then the source transmits the data to the destination through the relay. Both the source and relay are equipped with an energy buffer to store the harvested energy in the energy transfer stage. In addition, the relay is equipped with a data buffer and can temporarily store the received information. Considering the buffer-aided WPCCN, we propose two buffer-aided relaying protocols, which named as the buffer-aided harvest-then-transmit (HtT) protocol and the buffer-aided joint mode selection and power allocation (JMSPA) protocol, respectively. For the buffer-aided HtT protocol, the time-averaged achievable rate is obtained in closed form. For the buffer-aided JMSPA protocol, the optimal adaptive mode selection scheme and power allocation scheme, which jointly maximize the time-averaged throughput of system, are obtained by employing the Lyapunov optimization theory. Furthermore, we drive the theoretical bounds on the time-averaged achievable rate and time-averaged delay, then present the throughput-delay tradeoff achieved by the joint JMSPA protocol. Simulation results validate the throughput performance gain of the proposed buffer-aided relaying protocols and verify the theoretical analysis.
Kim, Guk-Sun;No, Tae-Soo;Jeon, Gyeong-Eon;Kim, Ji-Yon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.10
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pp.1147-1154
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2012
In this study, a method for designing blade pitch and generator torque controllers for a wind turbine generator is presented. This method consists of two steps. First, the Lyapunov stability theory is used to obtain nonlinear control laws that can regulate the rotor speed and the power output at all operating ranges. The blade pitch controller is chosen such that it always decreases a positive definite function that represents the error in rotor speed control. Similarly, the generator torque controller always decreases a positive definite function that reflects the error in power output control. Then, the simulation-based optimization technique is used to tune the design parameters. The controller design procedure and simulation results are presented using the widely adopted two-mass model of the wind turbine.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.4
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pp.466-479
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2006
This paper addresses a formation navigation issue for a group of mobile robots passing through an environment with either static or moving obstacles meanwhile keeping a fixed formation shape. Based on Lyapunov function and graph theory, a NN formation control is proposed, which guarantees to maintain a formation if the formation pattern is $C^k,\;k\geq1$. In the process of navigation, the leader can generate a proper trajectory to lead formation and avoid moving obstacles according to the obtained information. An evolutionary computational technique using particle swarm optimization (PSO) is proposed for motion planning so that the formation is kept as $C^1$ function. The simulation results demonstrate that this algorithm is effective and the experimental studies validate the formation ability of the multiple mobile robots system.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.4
no.5
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pp.592-599
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1998
In this paper, we design a tracking controller which satisfies transient response specifications and maintains tracking error within a tolerable limit for the uncertain track-following system of an optical disk drive. To this end, a robust $H_{\infty}$ control problem with regional stability constraints and sinusoidal disturbance rejection is considered. The internal model principle is used for rejecting the sinusoidal disturbance caused by eccentric rotation of the disk. We show that a condition satisfying the regional stability constraints can be expressed in terms of a linear matrix inequality (LMI) using the Lyapunov theory and S-procedure. Finally, a tracking controller is obtained by solving an LMI optimization problem involving two linear matrix inequalities. The proposed controller design method is evaluated through an experiment.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.6
no.4
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pp.559-570
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2008
This paper proposes an improved particle swarm optimization named PSO with Controllable Random Exploration Velocity (PSO-CREV) behaving an additional exploration behavior. Different from other improvements on PSO, the updating principle of PSO-CREV is constructed in terms of stochastic approximation diagram. Hence a stochastic velocity independent on cognitive and social components of PSO can be added to the updating principle, so that particles have strong exploration ability than those of conventional PSO. The conditions and main behaviors of PSO-CREV are described. Two properties in terms of "divergence before convergence" and "controllable exploration behavior" are presented, which promote the performance of PSO-CREV. An experimental method based on a complex test function is proposed by which the proper parameters of PSO-CREV used in practice are figured out, which guarantees the high exploration ability, as well as the convergence rate is concerned. The benchmarks and applications on FCRNN training verify the improvements brought by PSO-CREV.
In this paper, we deal with the robust mixed $H_2/H_{\infty}$ guaranteed-cost control problem involving uncertain neutral stochastic distributed delay systems. More precisely, the aim of this problem is to design a robust mixed $H_2/H_{\infty}$ guaranteed-cost controller such that the close-loop system is stochastic mean-square exponentially stable, and an $H_2$ performance measure upper bound is guaranteed, for a prescribed $H_{\infty}$ attenuation level ${\gamma}$. Therefore, the fast convergence can be fulfilled and the proposed controller is more appealing in engineering practice. Based on the Lyapunov-Krasovskii functional theory, new delay-dependent sufficient criteria are proposed to guarantee the existence of a desired robust mixed $H_2/H_{\infty}$ guaranteed cost controller, which are derived in terms of linear matrix inequalities(LMIs). Furthermore, the design problem of the optimal robust mixed $H_2/H_{\infty}$ guaranteed cost controller, which minimized an $H_2$ performance measure upper bound, is transformed into a convex optimization problem with LMIs constraints. Finally, two simulation examples illustrate the design procedure and verify the expected control performance.
This paper presents the design methodology of digital fuzzy controller(DFC) for the systems with time-delay. We propose the fuzzy feedback controller whose output is delayed with unit sampling period and predicted. The analysis and the design problem considering time-delay become easy because the proposed controller is syncronized with the sampling time. The stabilization problem of the digital fuzzy system with time-delay is solved by linear matrix inequality(LMI) theory. Convex optimization techniques are utilized to solve the stable feedback gains and a common Lyapunov function for designed fuzzy control system. To show the effectiveness the proposed control scheme, the network control example is presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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