A simple and accurate depth estimation algorithm for an IBVS (Image-Based Visual Servoing) is presented. Specifically, this algorithm is useful for under-actuated systems such as visual-guided quadrotor UAVs (Unmanned Aerial Vehicles). Since the image of a marker changes with changing pitch and roll angles of quadrotor, it is difficult to estimate depth. The proposed algorithm compensates a shape of the marker, so that the system acquire more accurate depth information without complicated processes. Also, the roll and pitch channels are decoupled so that the IBVS algorithm can be used in an under-actuated quadrotor system.
This paper proposes a model based trajectory tracking control scheme for under-actuated underwater robotic vehicles. The difficulty in stabilizing a non-linear system using smooth static state feedback law means that the design of a feedback controller for an under-actuated system is somewhat challenging. A necessary condition for the asymptotic stability of an under-actuated vehicle about a single equilibrium is that its gravitational field has nonzero elements corresponding to non-actuated dynamics. To overcome this condition, we propose a continuous time-varying control law based on the direct estimation of vehicle dynamic variables such as inertia, damping and Coriolis & centripetal terms. This can work satisfactorily under commonly encountered uncertainties such as an ocean current and parameter variations. The proposed control law cancels the non-linearities in the vehicle dynamics by introducing non-linear elements in the input side. Knowledge of the bounds on uncertain terms is not required and it is conceptually simple and easy to implement. The controller parameter values are designed using the Taguchi robust design approach and the control law is verified analytically to be robust under uncertainties, including external disturbances and current. A comparison of the controller performance with that of a linear proportional-integral-derivative (PID) controller and sliding mode controller are also provided.
Su, Shun-Feng;Hsueh, Yao-Chu;Tseng, Cio-Ping;Chen, Song-Shyong;Lin, Yu-San
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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제15권4호
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pp.240-250
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2015
The development of the control algorithms for under-actuated systems is important. Decoupled sliding mode control has been successfully employed to control under-actuated systems in a decoupling manner with the use of sliding mode control. However, in such a control scheme, the system functions must be known. If there are uncertainties in those functions, the control performance may not be satisfactory.In this paper, the direct adaptive fuzzy sliding mode control is employed to control a class of under-actuated uncertain systems which can be regarded as a combination of several subsystems with one same control input. By using the hierarchical sliding control approach, a sliding control law is derived so as to make every subsystem stabilized at the same time. But, since the system considered is assumed to be uncertain, the sliding control law cannot be readily facilitated. Therefore, in the study, based on Lyapunov stable theory a fuzzy compensator is proposed to approximate the uncertain part of the sliding control law. From those simulations, it can be concluded that the proposed compensator can indeed cope with system uncertainties. Besides, it can be found that the proposed compensator also provide good robustness properties.
This paper proposes a desired trajectory and a control algorithm for a biped robot with curved soles. Firstly, we derived the desired trajectory from a model called the Moving Inverted Pendulum Mode (MIPM) of which a contact point of the foot is moving in the horizontal direction. A biped robot with curved soles is under-actuated system, because it has one contact point with the ground during the single supporting phase. Therefore, to solve the under-actuated problem, we changed control variables, used modified dynamic equations and used the computed torque control. The simulation results show that a biped robot with curved soles walks stably. Also, fast walking and natural motion of a biped robot can be implemented.
항공전자 장비들의 급속한 발전으로 인해 무인항공기의 크기가 소형화 되고 있으나, 무인항공기에 대해 주어지는 임무는 더욱 정확하고 복잡해지고 있다. 정지비행이 가능하고, 간단한 기계적 메커니즘을 가진 쿼드로터는 이 같은 환경에서 활동도가 점차 증가하고 있다. 그러나 쿼드로터는 구조 특성에 따라 출력의 개수보다 입력의 개수가 작은 under actuated 시스템이므로, 쿼드로터 제어에 큰 제약이 따른다. 본 논문에서는 이와 같은 쿼드로터의 단점을 해결하기 위해서 4개의 원동기 외에 2개의 추가적인 원동기를 더 부착한 모델을 제안하여, 입력의 개수와 출력의 개수가 같은 fully actuated 시스템을 구현하도록 한다. 제안한 쿼드로터 모델의 제어기를 설계하기 위해 궤환선형화 기법을 적용하였다. 수치 시뮬레이션을 수행하여 제안한 모델과 설계된 제어기의 성능을 검증하였다.
Sunjai Nakshatharan, S.;Dhanalakshmi, K.;Josephine Selvarani Ruth, D.
Smart Structures and Systems
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제14권4호
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pp.643-658
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2014
This paper presents the design, modelling and, simulation and experimental results of a shape memory alloy (SMA) actuator based critical motion control application. Dynamic performance of SMA and its ability in replacing servo motor is studied for which the famous open loop unstable balancing ball and beam system direct driven by antagonistic SMA is designed and developed. Simulation uses the mathematical model of ball and beam structure derived from the first principles and model estimated for the SMA actuator by system identification. A PID based cascade control system consisting of two loops is designed and control of ball trajectory for various target positions with settling time as control parameter is verified experimentally. The results demonstrate the performance of SMA for a complicated i.e., under actuated, highly nonlinear unstable system, and thereby it's dynamic behaviour. Control strategies bring out the effectiveness of the actuator and its possible application to much more complex applications such as in aerospace control and robotics.
In this paper, dynamic modeling and adaptive control problems for a space robot system are discussed. The space robot consist of a robot manipulator mounted on a free-floating base where no attitude control is applied. Using an extended robot model, the entire space robot can be viewed as an under-actuated robot system. Based on nonlinear control theory, the extended space robot model can then be decomposed into two subsystems: one is input-output exactly linearizable, and the other is unlinearizable and represents an internal dynamics. With this decomposition, a normal form-augmentation approach and an augmented state-feedback control are proposed to facilitate the design of adaptive control for the space robot system against parameter uncertainty, unknown dynamics and unmodeled payload in space applications. We demonstrate that under certain conditions, the entire space robot can be represented as a full-actuated robot system to avoid the inclusion of internal dynamics. Based on the dynamic model, we propose an adaptive control scheme using Cartesian space representation and demonstrate its validity and design procedure by a simulation study.
This paper proposes a locomotion pattern and a control method for biped robots with curved soles. First, since the contact point of a supporting leg may arbitrarily move back and forth on the ground, we derived the desired trajectory from a model called the Moving. Inverted Pendulum Model (MIPM) where the Zero Moment Point (ZMP) exists at the supporting point and can be moved intentionally. Secondly, a biped robot with curved soles is an under-actuated system since the supporting point contacting with a point on the ground has no actuator during the single supporting phase. Therefore, this paper proposes a computed-torque control for this under-actuated system using decoupled dynamic equations. A series of computer simulations with a 7-DOF biped robot with curved soles shows that the proposed walking pattern and control method are effective and allow the biped robot to walk fast and stably, and move more like human beings. Also, it is shown that the curved sole shape has superior energy consumption compared to flat soles, and greater efficiency in ascending and descending the stairs.
In this paper, we present out recent progress in the LIPCA (Lightweight Piezo-Composite Actuator) application for actuation of a flapping wing device. The flapping device uses linkage system that can amplify the actuation displacement of LIPCA. The feathering mechanism is also designed and implemented such that the wing can rotate during flapping. The natural flapping-frequency of the device was about 9 Hz, where the maximum flapping angle was achieved. The flapping test under 5 Hz to 15 Hz flapping frequency was performed to investigate the flapping performance by measuring the produced lift and thrust. Maximum lift and thrust were produced when the flapping device was actuated at about the natural flapping-frequency.
Rotational inverted pendulum is a typical under-actuated system. For its highly nonlinear characteristic, a sliding mode controller is chosen for its robustness against the system uncertainties. Tow fuzzy inference mechanisms are applied in this paper to reduce the chattering phenomenon. One is proposed to construct a time-varying sliding surface. Another one is used to obtain the minimum upper bound of the uncertainties. A comparison between the conventional sliding mode and the fuzzy sliding mode is shown by simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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