Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.10a
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pp.463-466
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2002
The Field Robot means the machinery applied for outdoor tasks in construction, agriculture and undersea etc. In this paper, to field-robotize a hydraulic excavator, we have proposed a robust and systematic controller design method. Disturbance observer is used as inner controller to reshape the excavating system into the linear dynamics of nominal model by compensating coupled nonlinear terms, model uncertainties and external load variations. Using the linear model that is obtained through off-line system identification, a H control scheme is applied to construct a disturbance observer and a servo-controller systematically.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.10
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pp.130-140
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2003
This paper presents an $H_\infty$controller synthesis based on disturbance observer for the trajectory control of a hydraulic excavator. Compared to conventional robot manipulators driven by electrical motors, hydraulic excavator have more nonlinear and coupled dynamics. In particular, the interactions between an excavation tool and the materials being excavated are unstructured and complex. In addition, its operating modes depend on working conditions, which make it difficult to not only derive the exact mathematical model but also design a controller systematically. In this study, the approximated linear model obtained through off-line system identification is used as nominal plant model for a disturbance observer. A disturbance observer based tracking controller which considers the effect of disturbance and model uncertainty is synthesized in $H_\infty$frameworks. Simulation results are used to demonstrate the applicability of the proposed control scheme.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.45
no.4
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pp.590-595
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1996
The robust control technique is generally the iterative design method to determine a robust control for perturbed system with prescribed range of perturbation based on the robust stability measure. However, robot manipulator has the structured pertubation and the unstructured one. This paper proposes the robust technique for designing controller such that the trajectory of end-effector of robot manipulator tracks asymptotically the desired trajectory for all allowable variations in the manipulator's parameter. For satisfying asymptotical stability though we can not know the bound of perturbations and the parameter variations, the relation between the unknown parameter and the parameter of nominal system can be derived from Krasovskii theorem and we construct the new robust control using that relation. (author). 12 refs., 6 figs.
Su, Xiao-Long;Yu, Jian-Qiao;Wang, Ya-Fei;Wang, Lin-lin
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.3
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pp.247-255
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2013
The flight control of re-entry vehicles poses a challenge to conventional gain-scheduled flight controllers due to the widely spread aerodynamic coefficients. In addition, a wide range of uncertainties in disturbances must be accommodated by the control system. This paper presents the design of a roll channel controller for a non-axisymmetric reentry vehicle model using the trajectory linearization control (TLC) method. The dynamic equations of a moving mass system and roll control model are established using the Lagrange method. Nonlinear tracking and decoupling control by trajectory linearization can be viewed as the ideal gain-scheduling controller designed at every point along the flight trajectory. It provides robust stability and performance at all stages of the flight without adjusting controller gains. It is this "plug-and-play" feature that is highly preferred for developing, testing and routine operating of the re-entry vehicles. Although the controller is designed only for nominal aerodynamic coefficients, excellent performance is verified by simulation for wind disturbances and variations from -30% to +30% of the aerodynamic coefficients.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.1
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pp.34-39
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2015
In this paper, a finite impulse response (FIR) filter is proposed for discrete-time nonlinear systems. The proposed filter is designed by combining the estimate of the perturbation state and nominal state. The perturbation state is estimated by adapting the optimal time-varying FIR filter for the linearized perturbation model and the nominal state is directly obtained from the nonlinear nominal trajectory model. Since the FIR structured estimators use the finite horizon information on the most recent time interval, the proposed extended FIR filter satisfies the bounded input/bounded output (BIBO) stability, which can't be obtained from infinite impulse response (IIR) estimators. Thus, it can be expected that the proposed extended FIR filter is more robust than IIR structured estimators such as an extended Kalman filter for the round-of errors and the uncertainties from unknown initial states and uncertain system model parameters. The simulation results show that the proposed filter has better performance than the extended Kalman filter (EKF) in both robustness and fast convergency.
This paper presents a disturbance observer based on an $H_{\infty}$ controller synthesis for the trajectory control of a hydraulic excavator. Compared to conventional robot manipulators driven by electrical motors, the hydraulic excavator has more nonlinear and coupled dynamics. In particular, the interactions between an excavation tool and the materials being excavated are unstructured and complex. In addition, its operating modes depend on working conditions, which make it difficult to not only derive the exact mathematical model but also design a controller systematically. In this study, the approximated linear model obtained through off-line system identification is used as nominal plant model for a disturbance observer. A disturbance observer based tracking controller which considers the effect of disturbance and model uncertainty is synthesized in $H_{\infty}$ frameworks. Simulation results are used to demonstrate the applicability of the proposed control scheme.
Positioning system is widely used for many practical applications. This system requires a good controller to achieve high accuracy and fast response with simple and self-adjustable design. In order to satisfy the above requirements, a new practical controller for positioning systems, namely nominal characteristic trajectory following (NCTF) controller with PI compensator, has been proposed. However, the effect of actuator saturation can not be completely compensated for integrator windup when the object parameters vary. This paper presents a method to improve the NCTF controller by overcoming the problem of integrator windup by adopting a fuzzy system. The improvement of the NCTF controller is evaluated through simulation using a rotary positioning system. The simulation result has demonstrated the effectiveness of the compensated NCTF in overcoming the problem of integrator windup.
The usual procedure for the optimal design of ship's steering system is to minimize a chosen quadratic performance index, which isdetermined from the view point of economic run. However, the optimal control synthesized in such a straightforward fashion is unsatisfactory because ship's parameters differ from their nominal values due to uncertainties and errors in measurement and/or simplifications in mathematical modelling, and/or the variation of the ship's loading condition. In an attempt to resolve this difficulty, this paper presents a method for designing a low sensitive optimal steering system in a way as to minimize not only given performance index but also the sensitivity of the performance index and trajectory sensitivity. It is also shown that the optimal control so obtained will result in a system whose performance index and transient response are low sensitive to small varation in ship's time constant.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.11
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pp.1081-1087
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2015
This article aims to provide a design method of warning thresholds for active safety systems based on the performance-based approach considering driver behaviors. Both positive and negative consequences of warnings are considered, and the main idea is to choose a warning threshold where the positive consequence is maximized, whereas the negative consequence is minimized. The process of the performance-based approach involves: Defining the operating scenarios; setting the trajectory models, including human characteristics; estimating the alert and nominal trajectories; estimating the performance metrics; generating a performance-metric plot; and determining the alert thresholds. This paper chose a lane-departure warning system as an example to show the usefulness of the performance-based approach. Both human and sensor characteristics were considered in the system design, and this paper provided a quantitative method to include human factors in designing active safety systems.
The uncertainties of an atmospheric re-entry flight with respect to stability and controllability are aerodynamic error, measurement error of the angle of attack, variation of dynamic pressure, wind, and trim position of the control surfaces, etc. During hypersonic flight, a future angle of attack is biased from a nominal schedule. In order words, because the angle of attack is estimated from the navigation data, estimation error occurs due to wind, atmospheric density variation, etc. Error models used in this study, include a standard deviation of +-3 sigma, and are the normal distribution of statistics. This paper shows the appraisement of tracking performance onto the reference trajectory, satisfaction of the initial condition of TAEM about the re-entry system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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