Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.3
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pp.156-165
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1997
In the practical control systems, the dynamic range of actuatiors is limited(or saturated) when actuators are driven by sufficiently large signals. This gives rise to a nonlinearity as a result of actuator saturation. For example, the upper limit is imposed on productive capability by available factory space and capital equipment. Other examples of those kinds of actuator saturations are a maximum torque of the actua- ting motors and a throttle position in an aircraft speed control A saturating actuator may lead not only to a large overshoot during start-up and shut-down, but also to deterioration of the performance due to the uncertainties. That is, the speed of response is decreased and, possibly, the system output may not follow the lalrge reference inputs. The large-overshoot may be accompanied by rest wind-up(or called by integra- tor wind-up) which comes from controllers with integral action in saturation operation regions. Eventually, as the overshoot increases, the system has a limit cycle or becomes oscillatorily unstable. Due to these cir- cumstances, many studies are focused on the stability and robustness of the nonlinear systems with satu- rating actuator in the time-domain as well as in the frequency-domain.
One of the undesirable nonlinear phenomenon called 'wind up' occours when the integrator in the controller and the saturated actuator interact. Large overshoot, slow response, instability, limit cycle and jump resonance are the characteristics of wind up phenomenon. Several 'anti-windup' compensators have been developed to prevent some of the aforementioned nonlinear characteristics such as instabilituy and limit cycle, but none has studied the effect of antiwindup compensator on the jump resonance. In this paper, we developed an analyitcal method to design the compensator to prevent not only limit cycle but also jump resonance. An illustrative example is included to show the compensator eliminates jump resonance of effectively.
In this paper, we provide an approach of controller synthesis for input-saturated linear systems by a linear parameter varying (LPV) framework. Using directly the saturation nonlinearity as scheduling parameters, we propose an LPV-stabilizer with parameter-dependent dynamic state-feedback controller concept. Especially, the synthesis conditions are formulated in terms of linear matrix inequalities (LMIs) that can be solved very efficiency.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.8
no.4
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pp.112-122
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1999
In realistic control systems the nonlinear saturation attributes of the control actuator due to physical limitations should be taken into account This nonlinear saturation of actuators may cause not only deterioration of the control performance but also a large overshoot during start-up and shut-down. As the overshoot increases the system may become oscillatory unstable. in this paper the supervisor implementation which guarantees good performance for saturation operation and prevents reset wind up is presented, Moreover the sufficient conditions of the stability for saturated system using supervisory control with a dynamic controller are provided in the continuous-time and in the discrete-time domain Numerical example is illustrated to depict the efficiency of supervisory control for a typical satuaurated production-distribution system controlled by a discrete-time dynamic controller and to validate basic results by simulation.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.49
no.4
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pp.191-200
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2000
In practical applications, we frequently encounter the actuator nonlinearity in control systems, and its representative nonlinearity is saturation. A controller designed without considering this saturation nonlinearity is often a source of degradation of performance. To treat the saturation nonlinearity more efficiently, we adopt the multiplicative decomposition and the additive decomposition. Based on these decompositions, we present two controller design methods in the LMI(Linear Matrix Inequality) form that guarantee the L2 gain, from the disturbance to the measured output, is less than or equal to a given value. Finally, we give two examples to show the applicability and usefulness of our results.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.11
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pp.1146-1154
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2008
This paper presents a method for the acceleration analysis of multi-legged walking robots in consideration of the frictional ground contact. This method is based on both unified dynamic equation for finding the acceleration of a robot's body and constraint equation for satisfying no-slip condition. After the dynamic equation representing relationship between actuator torques and body acceleration, is derived from the force and acceleration relationship between foot and body's gravity center, the constraint equation is formulated to reconfigure the maximum torque boundaries satisfying no-slip condition from given original actuator torque boundaries. From application of the reconfigured torques to the dynamic equation, interested acceleration boundaries are obtained. The approach based on above two equations, is adapted to the changes of degree-of-freedoms of legs as well as friction of ground. And the method provides the maximum translational and rotational acceleration boundaries of body's center that are achievable in every direction without occurring slipping at the contact points or saturating all actuators. Given the torque limits in infinite normsense, the resultant accelerations are derived as a polytope. From the proposed method, we obtained achievable acceleration boundaries of 4-legged and 6-legged walking robot system successfully.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.7
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pp.1332-1340
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1992
A novel approach based on a nonlinear compensator is prposed to prevent 'windup', which is caused by the saturation of the acutator and the integral action of the controller. The anti-windup compensator is located between the conventional linear controller, designed neglecting the saturation, and the actuator. It was proven based on the describing function method that, if the closed loop control systems are stable assuming no saturation, then there may exist a range of compensator gain which prevents any limit-cycle. The computer simulation results show that the compensator proposed in the manuscript can eliminate the limit cycle and improve the transient response.
Fundamental characteristics of giant magnetostrictive alloy $Terfenol-D(Tb_{0.3}Dy_{0.7}Fe_{1.9~1.95})$ are rreasured and discussed on the application for actuators. The magnetostriction is measured by laser displacement rreasuring system and the applied compressive stress is measured by load cell. Magnetostrictions increased as the applied compressive stresses increased. When the stress is 7 MPa, the magnetostriction is 1000 ppm at 1500 Oe. As the stresses iocreased from 0 to 14 MPa, the magnetic fields for saturating the magnetostriction also increased. The temperature increased during the experiment is $0.3^{\circ}C$, so the thermal expansion is negligible in these experirrents. The feedback or temperature control function should be added for the precise position control actuator.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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