This paper develops an AC motor controller for applications. The AC motor controller is designed based on the variable structure control method and a variable structure disturbance observer is added to reduce the effects of exogenous disturbances. The designed controller is installed on the z-axis of a CNC machining center and milling experiments were performed. The results show improved performance on both position and speed tracking, when compared to the factory-designed servo controller.
Jung, Jin-Woo;Dang, Dong Quang;Vu, Nga Thi-Thuy;Justo, Jackson John;Do, Ton Duc;Choi, Han Ho;Kim, Tae Heoung
Journal of Power Electronics
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v.15
no.3
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pp.753-762
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2015
This paper presents a nonlinear sliding mode control (SMC) scheme with a variable damping ratio for interior permanent magnet synchronous motors (IPMSMs). First, a nonlinear sliding surface whose parameters change continuously with time is designed. Actually, the proposed SMC has the ability to reduce the settling time without an overshoot by giving a low damping ratio at the initial time and a high damping ratio as the output reaches the desired setpoint. At the same time, it enables a fast convergence in finite time and eliminates the singularity problem with the upper bound of an uncertain term, which cannot be measured in practice, by using a simple adaptation law. To improve the efficiency of a system in the constant torque region, the control system incorporates the maximum torque per ampere (MTPA) algorithm. The stability of the nonlinear sliding surface is guaranteed by Lyapunov stability theory. Moreover, a simple sliding mode observer is used to estimate the load torque and system uncertainties. The effectiveness of the proposed nonlinear SMC scheme is verified using comparative experimental results of the linear SMC scheme when the speed reference and load torque change under system uncertainties. From these experimental results, the proposed nonlinear SMC method reveals a faster transient response, smaller steady-state speed error, and less sensitivity to system uncertainties than the linear SMC method.
For precisely regulating the speed of a permanent magnet synchronous motor system with unknown load torque disturbance and disturbance inputs, an LMI-based sliding mode control scheme is proposed in this paper. After a brief review of the PMSM mathematical model, the sliding mode control law is designed in terms of linear matrix inequalities (LMIs). By adding an extended observer which estimates the unknown load torque, the proposed speed tracking controller can guarantee a good control performance. The stability of the proposed control system is proven through the reachability condition and an approximate method to implement the chattering reduction is also presented. The proposed control algorithm is implemented by using a digital signal processor (DSP) TMS320F28335. The simulation and experimental results verify that the proposed methodology achieves a more robust performance and a faster dynamic response than the conventional linear PI control method in the presence of PMSM parameter uncertainties and unknown external noises.
This study proposes a two-layer hierarchical control system that integrates active front wheel steering and four wheel braking torque control to improve vehicle handling performance and stability. The first layer is a robust model matching controller (R-MMC) based on linear matrix inequalities (LMIs), which optimizes an active front steering angle compensation and a desired yaw moment control, and calculates reference wheel slip for the target wheel according to the desired yaw moment. The second layer is a moving sliding mode controller (MSMC) that can track the reference wheel slip in a predetermined time by commanding proper braking torque on the target wheel to achieve the desired yaw moment. Since vehicle sideslip angle measurement is difficult to achieve in practice, a sliding mode observer (SMO) that requires only vehicle yaw rate as the measured input is also developed in this study. The performance and robustness of the SMO and the integrated control system are demonstrated through comprehensive computer simulations. Simulation results reveal the satisfactory tracking ability of the SMO, and the superior improved vehicle handling performance, stability and robustness of the integrated control vehicle.
For dismantling heavy structure under special environment in radioactivity, there are many problems which should be tele-operated and feedback a cutting force for cutting a thick structure such as concrete. When operator dismantles a thick heavy concrete structure, it is in sufficient to judge whether robot is contacting or not with environment by using only vision information. To overcome this problem, force feedback and impedance model based bilateral control are introduced. The sliding mode control with sliding perturbation observer (SMCSPO) based bilateral control is applied and surveyed to a single rod hydraulic cylinder in this paper. The sliding mode control is used for robustness against a disturbance. The sliding perturbation observer is used for estimation of a reaction force such as cutting force. The bilateral control is executed using the information of reaction force estimated by SMCSPO. The contribution of this paper is that the estimation method and bilateral control of the single rod hydraulic cylinder are introduced and discussed by experiment.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.19
no.7
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pp.1660-1670
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2015
Many robust controllers have been studied but most are considered in the theoretical point of view and can be used for only specific systems. So, in this paper, a more practical robust controller is proposed based on SMC(sliding mode control) and disturbance observer. The integral sliding mode is used to eliminate the reaching phase and minimizes the steady-state error, and the disturbance observer reduces the chattering due to the switching input for the bounded disturbances. The inevitable chattering of SMC is also removed by replacing the sign function with dead-zone function. The proposed controller has the improved steady-state error and robustness compared to PID controller.
Kim, Eung-Seok;Kim, Dong-Hun;Hyun, Keun-Ho;Kim, Hong-Pil;Yang, Hai-Won
Proceedings of the KIEE Conference
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2001.07d
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pp.2237-2239
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2001
Backstepping procedures for output-feedback of nonlinear systems are considered. For these systems, a sliding mode cascade observer to estimate derivatives of the output is builded. In the 1st step of the observer, the output is estimated, and the 1st order derivative of the output is estimated via the 2nd step of the observer. Also, n-th order derivative of the output is estimated in the n+1th step of the observer. Observer errors and tracking errors converge to a residual set close to zero asymptotically.
Journal of the Korean Institute of Illuminating and Electrical Installation Engineers
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v.16
no.2
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pp.71-80
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2002
According to the rapid growth of high speed and precise industry, the application of synchronous motor has been increased. In the application fields, these fast dynamic response is of prime importance. In particular, since the PMLSM(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor) has characteristics of high speed, high thrust, it has been used in high-performance servo drive. From these reasons, it is recently used for high precise position control, and machine tool. In this paper, a study of the sliding mode with VSS (Variable Structure System) design for a PMLSM is presented. For fast and precise motion control of PMLSM, the compensation of disturbance and parameter variation is necessary. Hence we eliminate the reaching phase use of VSS that is changed to switching function and vector control using the state observer. And we proposed to sliding mode control algorithm so that realize fast response without overshoot, disturbance and parameter variation.
Dongwoo Lee;Kyungwoo Hong;Chulsoo Lim;Hyochoong Bang;Dongju Lim;Daesung Park;Kihoon Song
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.27
no.4
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pp.495-506
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2024
In this study, we propose the terrain following algorithm using model predictive control and nonlinear disturbance observer-based backstepping sliding mode controller for an aircraft system. Terrain following is important for military missions because it helps the aircraft avoid detection by the enemy radar. The model predictive control is used to replace the generating trajectory and guidance with the flight path angle constraint. In addition, the aircraft is affected to the parameter uncertainty and unknown disturbance such as wind near the mountainous terrain. Therefore, we suggest the nonlinear disturbance-based backstepping sliding mode control method for the aircraft that has highly nonlinearity to enhance flight path angle tracking performance. Through the numerical simulation, the proposed method showed the better tracking performance than the traditional backstepping method. Furthermore, the proposed method presented the terrain following maneuver maintaining the desired altitude.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.23
no.3
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pp.214-219
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2013
This paper proposes the robust high-gain observer based SOC estimatro for uncertain RC model of Li-Ion batteries. In general, RC battery model has inevitable uncertainties and it cause some negative effect to estimate the accurate SOC of Li-Ion batteries. The proposed estimator overcomes such weakness with two techniques; high-gain observer design technique and sliding mode control technique. A high-gain observer provides the robustness against model uncertainties to the proposed estimator. A sliding mode control technique helps the proposed estimator by reducing the side effect of adopting a high-gain observer such as peaking phenomenon and perturbation. The performance of the proposed estimator is verified by some simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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