Under the conventional control strategy, the asymmetry of arm impedances may result in the poor operating performance of modular multilevel converters (MMCs). For example, fundamental frequency oscillation and double frequency components may occur in the dc and ac sides, respectively; and submodule (SM) capacitor voltages among the arms may not be balanced. This study presents an enhanced control strategy to deal with these problems. A mathematical model of an MMC with asymmetric arm impedance is first established. The causes for the above phenomena are analyzed on the basis of the model. Subsequently, an enhanced current control with five integrated proportional integral resonant regulators is designed to protect the ac and dc terminal behavior of converters from asymmetric arm impedances. Furthermore, an enhanced capacitor voltage control is designed to balance the capacitor voltage among the arms with high efficiency and to decouple the ac side control, dc side control, and capacitor voltage balance control among the arms. The accuracy of the theoretical analysis and the effectiveness of the proposed enhanced control strategy are verified through simulation and experimental results.
A complete current loop decoupling control strategy based on a sliding mode observer (SMO) is proposed to eliminate the influence of current dynamic coupling and back electromotive force (EMF) in the vector control of permanent magnet synchronous motors. With this strategy, current dynamic decoupling and back EMF compensation can be simultaneously achieved. Unlike conventional methods, the proposed strategy can avoid the disturbances caused by the parametric variations of motor systems and maintain the advantages of proportional integral (PI) controllers, which are robust and easy to operate. An improved SMO, which uses a special PI regulator other than a linear saturation function as the equivalent control law in the boundary layer of a sliding surface, is proposed to eliminate the estimated errors caused by the quasi-sliding mode and obtain a satisfactory decoupling performance. The stability and parameter robustness of the proposed strategy are also analyzed. Physical experimental results are presented to verify the validity of the method.
Advanced reactor designs often feature longer operating cycles between refueling and new concepts of operation beyond traditional baseload electricity production. Owing to this increased complexity, traditional proportional-integral control may not be sufficient across all potential operating regimes. The prototypical advanced reactor (PAR) design features two independent reactor modules, each connected to a single dedicated steam generator that feeds a common balance of plant for electricity generation and process heat applications. In the current research, the PAR is expected to operate in a load-following manner to produce electricity to meet grid demand over a 24-hour period. Over the operational lifetime of the PAR system, primary and intermediate sodium pumps are expected to degrade in performance. The independent operation of the two reactor modules in the PAR may allow the system to continue operating under degraded pump performance by shifting the power production between reactor modules in order to meet overall load demands. This paper proposes a Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy logic-based power distribution system. Two T-S fuzzy power distribution controllers have been designed and tested. Simulation shows that the devised T-S fuzzy controllers provide improved performance over traditional controls during daily load-following operation under different levels of pump degradation.
Jo, Hyun-Jae;Kim, Jung-Hyeon;Kim, Su-Rim;Woo, Ju-Hyun;Park, Jong-Yong
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.58
no.2
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pp.121-128
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2021
According to the increasing interest and demand for the Autonomous Surface Vessels (ASV), the autonomous navigation system is being developed such as obstacle detection, avoidance, and path planning. In general, autonomous navigation algorithm controls the ship by detecting the obstacles with various sensors and planning path for collision avoidance. This study aims to construct and prove autonomous algorithm with integrated various sensor using the Robot Operating System (ROS). In this study, the safety zone technique was used to avoid obstacles. The safety zone was selected by an algorithm to determine an obstacle-free area using 2D LiDAR. Then, drift angle of the ship was controlled by the propulsion difference of the port and starboard side that based on PID control. The algorithm performance was verified by participating in the 2020 Korea Autonomous BOAT (KABOAT).
This paper proposes sliding mode control (SMC) method for improvement of dynamic response for IPMSM based on DTC with constant switching frequency. DTC with constant switching frequency method consists of PI torque controller and triangular comparator for constant torque error status. It has the poor dynamic response compared to conventional DTC. This paper proposes improvement method of dynamic response of DTC with constant switching frequency by using SMC. Simulation results confirm the effectiveness of the proposed method.
This paper presents a robust-optimal control strategy to improve the output-voltage error-tracking and control capability of a DC-DC boost converter. The proposed strategy employs an optimized Fractional-order Proportional-Integral (FoPI) controller that serves to eliminate oscillations, overshoots, undershoots and steady-state fluctuations. In order to significantly improve the error convergence-rate during a transient response, the FoPI controller is augmented with a pre-stage nonlinear error-modulator. The modulator combines the variations in the error and error-derivative via the signed-distance method. Then it feeds the aggregated-signal to a smooth sigmoidal control surface constituting an optimized hyperbolic secant function. The error-derivative is evaluated by measuring the output-capacitor current in order to compensate the hysteresis effect rendered by the parasitic impedances. The resulting modulated-signal is fed to the FoPI controller. The fixed controller parameters are meta-heuristically selected via a Particle-Swarm-Optimization (PSO) algorithm. The proposed control scheme exhibits rapid transits with improved damping in its response which aids in efficiently rejecting external disturbances such as load-transients and input-fluctuations. The superior robustness and time-optimality of the proposed control strategy is validated via experimental results.
Journal of the Korean Society of Systems Engineering
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v.14
no.2
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pp.58-66
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2018
This paper represents a systematic approach aimed at improving the performance of the proportional integral (PI) controller for the Advanced Power Reactor (APR) 1400 Feedwater Control System (FWCS). When the performance of the PI controller offers superior control and enhanced robustness, the steam generator (SG) level is properly controlled. This leads to the safe operation and increased the availability of the nuclear power plant. In this paper, a systems engineering approach is used in order to design a novel PI controller for the FWCS. In the reverse engineering stage, the existing FWCS configuration, especially the characteristics of the feedwater controller as well as the feedwater flow path to each SG from the FWCS, were reviewed and analysed. The overall block diagram of the FWCS and the SG was also developed in the reverse engineering process. In the re-engineering stage, the actual design of the feedwater PI controller was carried out using a genetic algorithm (GA). Lastly, in the validation and verification phase, the existing PI controller and the PI controller designed using GA method were simulated in Simulink/Matlab. From the simulation results, the GA-PI controller was found to exhibit greater stability than the current controller of the FWCS.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.409-421
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2019
Investigation of hydroelastic responses of high-speed vessels in irregular sea state is of major interest in naval applications. A three dimensional nonlinear time-domain hydroelastic method in oblique irregular waves is developed, in which the nonlinear hydrostatic restoring force caused by instantaneous wetted surface and slamming force are considered. In order to solve the two technical problems caused by irregular sea state, the time-domain retardation function and Proportional, Integral and Derivative (PID) autopilot model are applied respectively. Besides, segmented model tests of a high-speed trimaran in oblique waves are performed. An oblique wave testing system for trimarans is designed and assembled. The measured results of main hull and cross-decks are analyzed, and the differences in distribution of load responses between trimarans and monohull ships are discussed. Finally, from the comparisons, it is confirmed that the present concept for dealing with nonlinear hydroelastic responses of ships in oblique irregular waves is reliable and accurate.
Heave compensation is a vital part of various marine and offshore operations. It is used in various applications, including the transfer of cargo between two vessels in the open ocean, installation of topsides of an offshore structure, offshore drilling and for surveillance, reconnaissance and monitoring. These applications typically involve a load suspended from a hydraulically powered winch that is connected to a vessel that is undergoing dynamic motion in the ocean environment. The goal in these applications is to design a winch controller to keep the load at a regulated height by rejecting the net heave motion of the winch arising from ship motions at sea. In this study, we analyze and compare the performance of various control algorithms in stabilizing a suspended load while the vessel is subjected to changing sea conditions. The KCS container ship is chosen as the vessel undergoing dynamic motion in the ocean. The negative of the net heave motion at the winch is provided as a reference signal to track. Various control strategies like Proportional-Derivative (PD) Control, Model Predictive Control (MPC), Linear Quadratic Integral Control (LQI), and Sliding Mode Control (SMC) are implemented and tuned for effective heave compensation. The performance of the controllers is compared with respect to heave compensation, disturbance rejection and noise attenuation.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.17
no.5
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pp.859-866
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2022
Active disturbance rejection control is a method in which the disturbance is removed from the controller by estimating the state variable using the Luenberger observer. The Luenberger observer is estimated by defining a nonlinear term including disturbance with constant characteristics in a steady state as a state variable. It can be shown that the speed tracking performance is improved by compensating the estimated state variable to the PI controller and the IP controller. The disturbance removal performance of the tracking control can be confirmed by observing that the estimated state error is within 1.9 [%] in the case of load fluctuation and the steady-state state tracking error converges to zero.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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