Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.1
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pp.1-9
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2013
This paper presents a new control algorithm for dynamic control of a unicycle robot. The unicycle robot motion consists of a pitch that is controlled by an in-wheel motor and a roll that is controlled by a reaction wheel pendulum. The unicycle robot doesn't have any actuator for a yaw axis control, which makes the derivation of the dynamics relatively simple. The Euler-Lagrange equation is applied to derive the dynamic equations of the unicycle robot to implement the dynamic speed control of the unicycle robot. To achieve the real time speed control of the unicycle robot, the sliding mode control and LQ regulator are utilized to guarantee the stability while maintaining the desired speed tracking performance. In the roll controller, the sigmoid-function based sliding mode controller has been adopted to minimize the chattering by the switching function. The LQR controller has been implemented for the pitch control to drive the unicycle robot to follow the desired velocity trajectory in real time using the state variables of pitch angle, angular velocity, angle and angular velocity of the wheel. The control performance of the two control systems form a single dynamic model has been demonstrated by the real experiments.
Kim, Su-Jin;Chun, Youn-Sic;Jung, Sang-Hyuk;Park, Sun-Hyung
The korean journal of orthodontics
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v.38
no.6
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pp.376-387
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2008
Objective: The purpose of this study was to compare the three dimensional changes of tooth movement using four different types of maxillary molar distalization appliances; pendulum appliance (PD), mini-implant supported pendulum appliance (MPD), stainless steel open coil spring (SP) and mini-implant supported stainless steel open coil spring (MSP). Methods: These experiments were performed using the Calorific $machine^{(R)}$ which can simulate dynamic tooth movement. Computed tomography (CT) images of the experimental model were taken before and after tooth movement in 1 mm thicknesses and reconstructed into a three dimensional model using V-works $4.0^{TM}$. These reconstructed images were superimposed using Rapidform $2004^{TM}$ and the direction and amount of tooth movement were measured. Results: The mean reciprocal anchor loss ratio at the first premolar was 17 - 19% for the PD and SP groups. The appliances using mini-implants (MPD or MSP) resulted in less anchorage loss (7 - 8%). On application of a pendulum appliance or MPD, distalization was obtained by tipping rather than by bodily movement. Furthermore, the maxillary second molar tipped distally and bucally. But on application of MSP, distalization was achieved almost by bodily movement. Conclusions: Regarding tooth movement patterns during molar distalization, stainless steel open coil spring with indirect skeletal anchorage was relatively superior to other methods.
In this paper, we present an attitude control of self-standing for a two-wheeled inverted-pendulum-like mobile robot based on the nonlinear control theory. Nonlinear dynamic equations are linearized by using the Lie derivative, and a pole placement controller is designed. Characteristics of the controller are examined by numerical simulations to show the self-standing attitude of the mobile robot in standing and in moving.
Kim, Sang Yeob;Lee, Jong-Sub;Tutumluer, Erol;Byun, Yong-Hoon
Geomechanics and Engineering
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v.28
no.1
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pp.25-33
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2022
The energy transferred on drill rods by dynamic impact mainly determines the penetration depth for in-situ tests. In this study, the dynamic response and transferred energy of drill rods are determined from the frequency of the stress waves. AW-type drill rods of lengths 1 to 3 m are prepared, and strain gauges and an accelerometer are installed at the head and tip of the connected rods. The drill rods are hung on strings, allowing free vibration, and then impacted by a pendulum hammer with fixed potential energy. Increasing the rod length L increases the wave roundtrip time (2L/c, where c is the wave velocity), and hence the transferred energy at the rod head. At the rod tip, the first velocity peak is higher than the first force peak because a large and tensile stress wave is reflected, and the transferred energy converges to zero. The resonant frequency increases with rod length in the waveforms measured by the strain gauges, and fluctuates in the waveforms measured by the accelerometer. In addition, the dynamic response and transferred energy are perturbed when the cutoff frequency is lower than 2 kHz. This study implies that the resonant frequency should be considered for the interpretation of transferred energy on drill rods.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.10
no.10
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pp.1796-1803
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2006
This Paper describes a systematic method for designing the $H_{\infty}$ controller for the inverted pendulum which is a nonlinear and single-input double-outputs system. In particular, the open-loop system is conbined with a pre-filter to shape the open-loop transfer function for the sensitivity function ind the complementary sensitivity function to be kept the desirable frequency characteristics. Consequently, the loop shaping technique of the open-loop transfer function reduces the impacts of the model uncertainties, measurement noises and exogenous disterbances on the dynamic characteristics of the inverted pendulum. The results of simulation and experiment show the efficiency of the proposed control method comparing with conventional PID control method.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.15
no.4
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pp.232-239
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2015
Studies on the control of the inverted pendulum type system have been widely reported. This is because it is a typical complex nonlinear system and may be a good model for verifying the performance of a proposed control system. In this paper, we propose the design of some fuzzy logic control (FLC) systems for controlling a Segway-type mobile robot, which is an inverted pendulum type system. We first derive a dynamic model of the Segway-type mobile robot and then analyze it in detail. Next, we propose the design of some FLC systems that have good performance for the control of any nonlinear system. Then, we design two conventional FLC systems for the position and balance control of the Segway-type mobile robot, and we demonstrate their usefulness through simulations. Next, we point out the possibility of simplifying the design process and reducing the computational complexity,, which results from the skew symmetric property of the fuzzy control rule tables. Finally, we design two other FLC systems for position and balance control of the Segway-type mobile robot. These systems have only one input variable in the FLC systems. Furthermore, we observe that they offer similar control performance to that of the conventional two-input FLC systems.
Sliding mode design and analysis for nonlinear system was carried out. A designer will determine the parameters to know about the performance and robustness of the system dynamics. To investigate the characteristics of sliding mode control, an inverted pendulum model is applied by the sliding mode control and the state concerned is output. Comparison is made by evaluating different initial conditions, sliding numerical components for sliding surface, and input gain, the dynamic of output will be investigated to conclude the generality. Control approaches have their limitations and sliding mode control is no exception. The chattering problem is its main negative effect to overcome. This effect is displayed and in this project chattering problem is suppressed by a modified discontinuous controller.
Alih, Sophia C.;Vafaei, Mohammadreza;Ismail, Nufail;Pabarja, Ali
Earthquakes and Structures
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v.14
no.6
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pp.567-576
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2018
This manuscript introduces a new damping device which is composed of a water tank and a pendulum. The new damping device can be tuned to multiple frequencies. In addition, it has a higher energy dissipation capacity when compared with the conventional Tuned Liquid Dampers (TLDs). In order to evaluate the efficiency of this new damping device a series of free vibration and forced vibration tests were conducted on a scaled down single-story one-bay steel frame. Two different configurations were studied for the mass of the pendulum that included a completely and a partially submerged mass. It was observed that the completely submerged configuration led to 44% higher damping ratio when compared with the conventional TLD. In addition, the completely submerged configuration reduced the peak displacement response of the structure 1.6 times more than the conventional TLD. The peak acceleration response of the structure equipped with the new damping device was reduced twice more than the conventional TLD. It was also found that, when the excitation frequency is lower than the resonance frequency, the conventional TLD performs better than the partially submerged configuration of the new damping device.
Previous studies have shown that pile-soil interactions have significant influences on the isolation efficiency of an isolated structure. However, most of the existing tests were carried out using a 1-g shaking table, which cannot reproduce the soil stresses resulting in distortion of the simulated pile-soil interactions. In this study, a centrifuge shaking table modelling of the seismic responses of a friction pendulum bearing isolated structure with a pile foundation under earthquakes were conducted. The pile foundation structure was designed and constructed with a scale factor of 1:100. Two layers of the foundation soil, i.e., the bottom layer was made of plaster and the upper layer was normal soil, were carefully prepared to meet the similitude requirement. Seismic responses, including strains, displacement, acceleration, and soil pressure were collected. The settlement of the soil, sliding of the isolator, dynamic amplification factor and bending moment of the piles were analysed to reveal the influence of the soil structure interaction on the seismic performance of the structure. It is found that the soil rotates significantly under earthquake motions and the peak rotation is about 0.021 degree under 24.0 g motions. The isolator cannot return to the initial position after the tests because of the unrecoverable deformation of the soil and the friction between the curved surface of the slider and the concave plate.
Many control applications using Neural Network need a priori information about the objective system. But it is impossible to get exact information about the objective system in real world. To solve this problem, several control methods were proposed. Reinforcement learning control using neural network is one of them. Basically reinforcement learning control doesn't need a priori information of objective system. This method uses reinforcement signal from interaction of objective system and environment and observable states of objective system as input data. But many methods take too much time to apply to real-world. So we focus on faster learning to apply reinforcement learning control to real-world. Two data types are used for reinforcement learning. One is reinforcement signal data. It has only two fixed scalar values that are assigned for each success and fail state. The other is observable state data. There are infinitive states in real-world system. So the number of observable state data is also infinitive. This requires too much learning time for applying to real-world. So we try to reduce the number of observable states by classification of states with Self-Organizing Map. We also use neural dynamic programming for controller design. An inverted pendulum on the cart system is simulated. Failure signal is used for reinforcement signal. The failure signal occurs when the pendulum angle or cart position deviate from the defined control range. The control objective is to maintain the balanced pole and centered cart. And four states that is, position and velocity of cart, angle and angular velocity of pole are used for state signal. Learning controller is composed of serial connection of Self-Organizing Map and two Multi-layer Feed-Forward Neural Networks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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