PURPOSE: The purpose of this study was to investigate the clinical availability of the pendulum test (through reliability and validity) using a NK table attached electrogoniometer for spasticity measurement in patients with brain lesions. METHODS: Thirty-one stroke and traumatic brain injury subjects participated in the study. Intraclass correlation coefficient (ICC) was used to verify the test-retest reliability of spasticity measures of the pendulum test. Pearson's product correlation coefficient was used to examine the validity of the pendulum test through the amplitude of the deep tendon reflex (DTR) test known for objective and quantitative measure of spasticity. RESULTS: In these results, the test-retest reliability was showed significantly high correlation between pendulum tests (ICCs=.95~.97, p<.01). There were significant negative correlations between the amplitude of the DTR test and all measures of spasticity of the pendulum test(r=-.77~-.85, p<.01). CONCLUSION: Thus, it is possible to use the pendulum test using a NK table as an objective measure of spasticity, rather than other expensive equipment, which is more complicated to use. Further studies are needed to explore the therapeutic effects of spasticity using a newly designed pendulum test equipment in this study.
The aims of this study are to investigate science high school students' understanding of velocity and acceleration of a simple pendulum bob, and to investigate their understanding of inertia and gravitational force in the motion of a pendulum bob when the tension is removed. For the study, 46 students that had already studied the physical, concepts in simple pendulum were sampled from a science high school in a large city in Korea. For a comparison with general high school students' conceptions, 49 students were sampled from a general high school in the same city. The test tool for the investigation consisted of four drawing and simple-answering type questions developed by the authors. The outcomes of the study revealed that a substantial number of science high school students have misconceptions concerning acceleration in pendulum motion, and that many of them do not understand the relationship between force and acceleration. In addition, the results of the study showed that more than 30% of the students drew the path of a bob going along the tangential direction at the highest point of the motion, and approximately 20% of them drew the path of a bob falling straight down at the lowest point of the motion.
In experiment, a real inverted pendulum system has state constraints and limited amplitude of input. These problems make it difficult to design a swing-up controller. To overcome these problems, we design a sliding mode controller considering physical behaviour of the inverted pendulum system. This sliding mode controller uses a switching control action to converge along a specified path derived from energy equation from a state around the path to desired states(standing position). And optimal control method is used to guarantee stability at unstable equilibrium position. The designed controller can be applied to all inverted pendulum systems regardless of the values of their parameters. Compared with previous existing controllers, it is simple and easy to tune. Experimental results are given to show the effectiveness of this controller.
In this paper, we develop a parallel inverted pendulum system that has the characteristics of the strongly coupled dynamics of motion by an elastic spring, the time-variant system parameters, and inherent instability, and so on. Hence, it is possible to approximate some kinds of a physical system into this representative system and to apply the various control theories to this system in order to verie their fidelity and efficiency. For this purpose, an experimental system of the parallel inverted pendulum has been implemented, and a control scheme using the eigenstructure assignment for decoupling control is presented in comparison with the conventional LQR optimal control method. Furthermore, this system can be utilized as a testbed to develop and evaluate new control algorithms through various setups. Finally, in this paper, the results of the experiment are compared with those of numerical simulations for validation.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제36권8호
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pp.1104-1110
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2012
도립진자 시스템은 제어이론의 다양한 기본 요소를 포함하는 제어문제를 다루는데 많이 사용되고 있다. 초기에 도립진자 시스템의 안정화 제어는 PD, PID 등의 고전적인 방법이 주로 사용되었으나 최근에는 현대제어 이론과 지능제어 기법을 이용한 방법이 주로 적용된다. 최근 비선형 제어에 종종 사용되는 퍼지제어기는 도립진자 시스템과 같이 시스템의 상태 변수가 많으면 퍼지 규칙은 급격하게 증가되어 설계가 까다롭게 된다. 또한 상태 변수를 2개씩 구분하여 퍼지제어기를 설계하면 하나의 제어시스템에 2개의 퍼지제어기를 설계해야 하는 번거로움이 발생한다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 도립진자 시스템의 4개의 상태변수를 물리적 의미에 따라 새로운 2개의 신호로 재구성하고, 이를 퍼지 입력 변수로 사용하는 상태변수 조합 퍼지 제어기(FCSC)를 제안한다. 제안한 제어기는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 그 유효성을 확인한다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제31권4호
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pp.462-467
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2007
The design and synthesis of a state feedback controller assumes the feedback of all state variables of the system. However, some state variables are not physical quantifies so that sensors may not be available, or may be too expensive to measure. Hence, a state observer can be an alternative to estimate unmeasurable state variables. This paper therefore presents a scheme for state observer-based stabilization control of inverted pendulum systems. The feedback gain matrices of both the state feedback controller and the state observer are tuned by real-coded genetic algorithms(RCGAs) such that the given performance indices are minimized. The proposed method is demonstrated through simulations.
본 논문에서는 원판의 반작용을 이용하는 역진자의 강인 자세 제어를 위한 강인 제어 기법을 소개한다. 이를 위해 원판 반작용을 이용하여 자세 조정이 가능한 시스템을 설계한다. 설계된 시스템의 수학적 모델을 구하고 그 수학적 모델을 이용하여 제어기를 설계한다. 설계한 강인 제어 기법은 두 부분으로 구성되어 있다. 초기에는 역진자의 swing up을 위한 수동성 기반의 제어기(passivity based control)를 사용하고 역진자의 자세가 수직 위치 근방에 오면 강인 안정화 제어기로 제어기를 변경한다. 강인 안정화 제어기가 필요한 이유는 역진자 시스템에서 관성 모멘트를 불확실성을 다루기 위함이다. 모의 실험과 실제 실험을 통해 제안하는 제어기가 효과적으로 원판 반작용에 기반한 역진자의 자세 제어를 달성함을 보인다.
This paper proposes an optimal ARS control of a two-wheel mobile inverted pendulum robot. Conventional researches are highly concentrated on the robust control of a mobile inverted pendulum on the flat ground, $i.e.$, mostly focus on the compensation of gyroscope signals. This newly proposed algorithm deals with a climbing control of a slanted surface based on the dynamic modeling using the conventional structure. During the climbing control of the robot, unexpected disturbance forces are essentially caused by the irregular contact force which comes from the irregular contact angle between the wheel and the terrain. The disturbances have effects on the optimal posture of the mobile robot to compensate the slanted angle. Therefore the dynamics equations through physical interpretation are derived for the selection of optimum climbing posture through ARS. Also using the ultrasonic sensor the slope information is obtained to compensate for the force of gravity. The control inputs are dynamically adjusted to climb up the slanted surface effectively. The proposed algorithm is demonstrated through the real experiments.
The purpose of this study was to investigate correlations among objective measurements of spasticity in patients with brain lesions. Thirty-two stroke and traumatic brain injury subjects participated in the study. Spasticity was quantified using the knee first flexion angle, relaxation index obtained from a pendulum drop test, and the amplitude of a knee tendon reflex test. Pearson's product correlation coefficient was used to examine relationships among these measurements of spasticity. There was a significant positive correlation between the relaxation index and knee first flexion angle in patients with brain lesions (r=.895, p<.01). There was also significant negative correlation between the amplitude of knee tendon reflex and relaxation index (r=-.612, p<.01), and between amplitude and knee first flexion angle (r=-.537, p<.01). Thus, it is possible to use the knee first flexion angle as an objective measure of spasticity, rather than relaxation index, which is more complicated to obtain. Further studies are needed to explore the effects of functional improvement and long-lasting carryover effects of spasticity using a simple objective measure such as the knee first flexion angle from a pendulum test.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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