Precision servomechanisms are widely used in machine tool, semiconductor and flat panel display industries. It is important to improve contouring accuracy in high-precision servomechanisms. In order to improve the contouring accuracy, cross-coupled control systems have been proposed. However, it is very difficult to select the controller parameters because cross-coupled control systems are multivariable, nonlinear and time-varying systems. In this paper, in order to improve contouring accuracy of a biaxial servomechanism, a cross-coupled controller is adopted and an optimal tuning procedure based on an integrated design concept is proposed. Strict mathematical modeling and identification process of a servomechanism are performed. An optimal tuning problem is formulated as a nonlinear constrained optimization problem including the relevant controller parameters of the servomechanism. The objective of the optimal tuning procedure is to minimize both the contour error and the settling time while satisfying constraints such as the relative stability and maximum overshoot conditions, etc. The effectiveness of the proposed optimal tuning procedure is verified through experiments.
본 연구에서는 유전 알고리즘을 사용하여 복잡한 최적화의 과정이없이 가중치 행렬 Q, R을 동시에 최적화함으로써 상태변수들의 결합과 동작점의 변화에 따른 시스템의 파라미터 변동 등에도 불구하고 기준모델의 출력을 최적으로 추종하는 모델 추종형 제어 시스템을 설계법으로 제시하고 이를 보일러-터빈 설비를 위한 모델 추종형 다변수 제어 시스템의 설계에 적용하고자 한다. 또한 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 설계된 모델 추종형 제어 시스템의 성능을 비교고찰하고 그 유용성을 확인하다.
In this paper, optimal tuning of a cross-coupled controller linked with the feedforward controller and the disturbance observer is studied to improve contouring and tracking accuracy as well as robustness against disturbance. Previously developed integrated design and optimal tuning methods are applied for developing the robust tuning method. Strict mathematical modeling of the multivariable system is formulated as a state-space equation. Identification processes of the servomechanism are conducted for mechanical servo models. An optimal tuning problem to minimize both the contour error and settling time is formulated as a nonlinear constrained optimization problem including the relevant controller parameters of the servo control system. Constraints such as relative stability, robust stability and overshoot, etc. are considered for the optimization. To verify the effectiveness of the proposed optimal tuning procedure, linear and circular motion experiments are performed on the xy-table. Experimental results confirm the control performance and robustness despite the variation of parameters of the mechanical subsystems.
제어로봇시스템학회 1993년도 한국자동제어학술회의논문집(국내학술편); Seoul National University, Seoul; 20-22 Oct. 1993
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pp.491-497
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1993
In MIMO design, input and output units are different from each other. By this reason, the effect of larger units to smaller one is not trivial and there is no method of proper scaling, optimal scaling. In this paper, robust stability of MIMO LQG/LTR design are analised when the plnat inputs and outputs are scalled. The upper bound of model error to guarantee the robust stability is obtained, and gain margin and phase margins are computed with respect to scalling matrices.
선형 다변수 원자력 발전설비에 있어서 순환펌프 동력변화, 스로틀 밸브 개도등의 변화에 따라 plenum chamber물온도, core inletdhs도, 연료에 미치는 온도등의 응답이 상호간섭을 받지않고 최적제어 될 수 있는 방법을 선형 레귤레이터 기법을 이용해 고찰하였다. 그 결과 순환펌프의 동력변화, 스로틀 밸브 개도의 외란에 대해 plenum chamberanfdhs도, 노심입구 물온도, 연료 온도 변화 등이 적어 비간섭화 된 안정된 제어가 될 수 있음을 나타냈다.
This paper presents in some detail a discussion of the design of the digital control system without nonlinear elements to exhibit deadbeat performance in response to step inputs. The transfer function of digital dontroller is obtained by calculating the sequence of inputs and outputs of the digital controller for deadbeat performance. Digital controllers are designed for unity feedback multivariable systems by this method, which is well adapted for obtaining a solution by a digital computer.
This paper describes a precise temperature control method for refrigerating and air conditioning systems. The control technique is based on the optimal servo control design method and the control algorithm is implemented on a personal computer. To control the precise temperature, two actuators such as an inverter for the compressor speed control and a stepping motor for regulating the expansion valve are used. The superheat and evaporator temperatures are chosen as the system output. So a multivariable system which has two inputs and two outputs to be controlled. The complicative model is identified by using an ARX(Auto Regressive eXogenous) model and the controller is designed by using the Matlab software.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제13권2호
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pp.78-88
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1989
The fundamental objective of this paper has been to develop a means for incoporating the concept of the linear fractional transformation more generally and easily into multivariable feedback design procedure. When we design a continuous system, generally, we are constrained by design methods which arise specifically for the system. Also, in the design of descrete systems, it is the same concept. But the approach developed in this paper is very flexible in the view that in spite of being the continuous or discrete, the design can be done using a well known design method in both cases. That is, when we design a contnuous system or discrete system, the design can be done by a standard design method of continuous systmes or discrete ones, depending on the choice of the linear fractional transformation. Therefore, it is noted that this concept has broken the unflexibility of the conventional design rules for multivariable control system. In essence, the concept shows that if a given system is controllable, some desirable design, for examples, pole assignment within prespecified region, optimal controllers with poles within prespecified region etc., could be done easily by transforming a desirable region into a standard region, such as the complex left-half plane or the unit disk, by the chosen linear fractional transformation, and then by designing the transformed system using the well known standard results.
Based on process analysis as well as extensive operation experience, two fuzzy expert control algorithms, for startup and control, are proposed for a supercritical fluid extraction process which has high interacting multivariable structure. In the proposed algorithms, a new simple defuzzification method which only requires four fundamental arithmetic rules is also presented. Through numerical simulations, control performance using the proposed control algorithm is compared with that of a different fuzzy algorithm by an other researcher and that of conventional PID-type controllers which are tuned by well-known optimal criteria. Also, the proposed control algorithm has been tested to the bench scale supercritical fluid extraction process. As a consequence, the proposed fuzzy expert controller has shown fast and robust control performance while the other controllers show sluggish and/or highly oscillatory responses.
Journal of Electrical Engineering and information Science
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제1권1호
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pp.29-38
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1996
To improve the reliability of control systems, certain robustness to plant uncertainties and disturbance inputs is required in terms of well founded mathematical basis. Robust control theory was set up and developed until now from this motivation. In this field, H$_2$or H\ulcorner norm performance measures are frequently used nowadays. Moreover a mixed H$_2$/H\ulcorner control problem is introduced to combine the merits of each measure since H$_2$control usually makes more sense for performance while H\ulcorner control is better for robustness to plant perturbations. However only some partial analytic solutions are developed to this problem under certain special cases at this time. In this paper, the mixed H$_2$/H\ulcorner control problem is considered. The analytic(or semi-analytic) solutions of (sub)optimal mixed H$_2$/H\ulcorner state-feedback controller are derived for the scalar plant case and the multivariable plant case, respectively. An illustrative example is given to compare the proposed analytic solution with the existing numerical one.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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