This paper presents a stochastic model predictive control (SMPC) for stop maneuver of autonomous vehicles considering perception uncertainty of stopped vehicle. The vehicle longitudinal motion should achieve both driving comfortability and safety. The comfortable stop maneuver can be performed by mimicking acceleration profile of human driving pattern. In order to implement human-like stop motion, we propose a reference safe inter-distance and velocity model for the longitudinal control system. The SMPC is used to track the reference model which contains the position uncertainty of preceding vehicle as a chance constraint. We conduct simulation studies of deceleration scenarios against stopped vehicle in urban environment. The test results show that proposed SMPC can execute comfortable stop maneuver and guarantee safety simultaneously.
In this paper, a novel multi-feature model predictive control (MPC) framework with real-time and adaptive performances is proposed for intelligent structural control in which some drawbacks of the algorithm including, complex control rule and non-optimality, are alleviated. Hence, Linear Programming (LP) is utilized to simplify the resulted control rule. Afterward, the Whale Optimization Algorithm (WOA) is applied to the optimal and adaptive tuning of the LP weights independently at each time step. The stochastic control rule is also achieved using Kalman Filter (KF) to handle noisy measurements. The Extreme Learning Machine (ELM) is then adopted to develop a data-driven and real-time control algorithm. The efficiency of the developed algorithm is then demonstrated by numerical simulation of a twenty-story high-rise benchmark building subjected to earthquake excitations. The competency of the proposed method is proven from the aspects of optimality, stochasticity, and adaptivity compared to the KF-based MPC (KMPC) and constrained MPC (CMPC) algorithms in vibration suppression of building structures. The average value for performance indices in the near-field and far-field (El earthquakes demonstrates a reduction up to 38.3% and 32.5% compared with KMPC and CMPC, respectively.
Two options arising during implementation of an advanced model-based control system on a process with low-level loops are discussed. Strengths and deficiencies of the options are examined and methods to overcome the deficiencies are proposed. Simulation results of a CSTR and distillation column are presented to demonstrate the performance improvements.
The time delay in servo control on LonWorks/IP Virtual Device Network (VDN) is highly stochastic in nature. LonWorks/IP VDN induced time delay deteriorates the performance and stability of the real-time distributed control system and hinders an effective preventive and predictive maintenance. Especially in real-time distributed servo applications on the factory floor, timely response is essential for predictive and preventive maintenance. In order to guarantee the stability and performance of the system for effective preventive and predictive maintenance, LonWorks/IP VDN induced time delay needs to be predicted and compensated for. In this paper position control simulation of DC servo motor using Zero Phase Error Tracking Controller (ZPETC) as a feedforward controller, and Internal Model Controllers (IMC) based on Smith predictor with disturbance observer as a feedback controller is performed. The validity of the proposed control scheme is demonstrated by comparing the IMC based on Smith predictor with disturbance observer.
In this paper, we developed a Receding Horizon Predictive Control for Stochastic state space models(RHPCS). RHPCS was designed to minimize a quadratic cost function. RHPCS consists of Receding Horizon Tracking Control(RHTC) and a state observer. It was shown that RHPCS is equivalent to Generalized Predictive Control(GPC) when the underlying state space model is equivalent to the I/O model used in the design of GPC. The equivalence between GPC and RHPCS was shown through. the comparison of the transfer functions of the two controllers. RHPCS provides a time-invarient optimal control law for systems for which GPC can not be used. The stability properties of RHPCS was derived. From the GPC's equivalence to RHPCS, the stability properties of GPC were shown to be the same as those for RHTC.
LonWorks over IP(LonWorks-IP) virtual device network(VDN) is an integrated form of LonWorks device network and IP data network. In especially real-time distributed servo applications on the factory floor, timely response is essential for predictive and preventive maintenance. The time delay in servo control on LonWorks-IP based VDN has highly stochastic nature. LonWorks-IP based VDN induced transmission delay deteriorates the performance and stability of the real-time distributed control system and can't give an effective preventive and predictive maintenance. In order to guarantee the stability and performance of the system, and give an effective preventive and predictive maintenance, LonWorks-IP based VDN induced time-varying uncertain time delay needs to be predicted and compensated. In this paper new Pill control scheme based on Smith predictor, disturbance observer and band pass filter is proposed and tested through computer simulation about position control of DC servo motor. It is shown that how can the proposed control scheme be designed to minimize the effects of uncertain varying time delay and model uncertainties. The validity of the proposed control scheme is compared and demonstrated with the comparison of internal model controllers(IMC) based on Smith predictor with and without disturbance observer.
A linear input/output data-based predictive control with integral action is developed. The control input is obtained directly from the input/output data in a single step. However, the state estimation in subspace identification gives a biased estimate and there is model mismatch when the controller is applied to a nonlinear process. To overcome such difficulties, we add integral action to a linear input/output data-based predictive controller by augmenting the integrated white noise disturbance model and use each of best linear unbiased estimation(BLUE) filter and Kalman filter as a stochastic observer for the unmeasured disturbance. When applied to a continuous styrene polymerization reactor the proposed controller demonstrates.
In this paper, we present a simple and fast supervised learning framework based on model predictive control so as to learn motion controllers for a physic-based character to track given example motions. The proposed framework is composed of two components: training data generation and offline learning. Given an example motion, the former component stochastically controls the character motion with an optimal controller while repeatedly updating the controller for tracking the example motion through model predictive control over a time window from the current state of the character to a near future state. The repeated update of the optimal controller and the stochastic control make it possible to effectively explore various states that the character may have while mimicking the example motion and collect useful training data for supervised learning. Once all the training data is generated, the latter component normalizes the data to remove the disparity for magnitude and units inherent in the data and trains an artificial neural network with a simple architecture for a controller. The experimental results for walking and running motions demonstrate how effectively and fast the proposed framework produces physics-based motion controllers.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics S
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v.36S
no.2
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pp.46-56
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1999
A predictive controller is designed based upon stochastic methods for compensation time-delay effect on a system which has inherent time-delay caused by the spatial separation between controllers and actuators. The predictive controller estimates current outputs through linear prediction methods and probability functions utilizing previous outputs, and minimizes the malicious phenomena caused by the time-delay in precision control systems. To demonstrate effectiveness of this control methodology, we applied this algorithm for the control of a tele-operated DC servomotor. The experimental results show that this predictive controller is superior to the PID controller in terms of convergence-characteristics, and show that this controller expands the maximum allowable time-delay for a system maintaining the stability. Since the proposed predictor does not require models of plants - it requires only stochastic information for outputs --, it is a general scheme which can be applied for the control of systems which are difficult to model or the compensator of PID control.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.6
no.3
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pp.444-452
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2008
We propose an intelligent predictive control approach for a nonlinear networked control system (NCS) with time-varying delay and random observation. The control is given by the sum of a nominal control and a corrective control. The nominal control is determined analytically using a linearized system model with fixed time delay. The corrective control is generated online by a neural network optimizer. A Markov chain (MC) dynamic Bayesian network (DBN) predicts the dynamics of the stochastic system online to allow predictive control design. We apply our proposed method to a satellite attitude control system and evaluate its control performance through computer simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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