In this paper, a force estimation method is proposed for force control without force sensor. For this , a disturbance observer is applied to each joint of an {{{{ { n}_{ } }}}} degrees of freedom manipulator to obtain a simple equivalent robot dynamics(SERD) being represented as an n independent double integrator system. To estimate the output of disturbance observer due to internal torque, the disturbance observer output estimator(DOOE) is designed, where uncertain parameters of the robot manipulator are adjusted by the gradient method to minimize the performance index which is defined as the quadratic form of the error signal between the output of disturbance observer and that of DOOE. when the external force is exerted, the external force is estimated by the difference between the output of disturbance observer and DOOE, since output of disturbance observer includes the external torque signal as well as the internal torque estimated by the output of DOOE. And then, a force controller is designed for force feedback control employing the estimated force signal. To verify the effectiveness of the proposed force estimation method, several numerical examples and experimental results are illustrated for the 2-axis direct drive robot manipulator.
Disturbance observer(DOB) is effective to enhance the performance of system in the presence of disturbances. Various types of disturbance observer have been proposed to improve sensitivity function of system. However, it has been observed that current DOBs tend to bring poor transient response due to cross-couplings. This paper proposes a new type of disturbance observer to reduce effect of cross-couplings and provide simpler structure than Dual DOB. Finally, we verify the performance of the proposed DOB through numerical simulations.
In this paper, we present a new control structure which is obtained by adding an appropriately designed filter to a conventional disturbance observer. The proposed controlled system preserves advantages of a system with the conventional disturbance observer; disturbance rejection and nominal performance recovery. In particular, by embedding the filter, the disturbance rejection performance is enhanced compared with that of the classical disturbance observer-based controlled system. Moreover, we suggest a condition for the robust internal stability of the considered system in this paper. Simulation results regarding an effect of relatively high-frequency disturbance on hard disk drive are also presented.
We propose a disturbance observer(DOB) based feedback linearization control to improve position tracking performance in the presence of disturbance. The proposed method consists of a disturbance observer and a feedback linearization controller. The disturbance observer is designed to estimate the load force disturbance in electro-hydraulic systems. An auxiliary state variable is proposed in order to avoid amplification of the measurement noises in the disturbance observer. Using the estimated disturbance enables the Electro-hydraulic servo systems(EHS) dynamics to be changed into feedback linearization from. In order to compensate for the disturbance and to track the desired position, the feedback linearization based controller is proposed. The proposed method has a simple structure which can easily be implemented in practice. As a result, the proposed method improves the position tracking performance in the presence of disturbance. Its performance is validated via simulations.
A digital tracking controller is proposed for micro electrostatic actuator with input nonlinearity, where disturbance observer is utilized in cooperation with inverse function. Generally the disturbance observer is announced to be robust to modeling uncertainty, and external disturbance. But, when the nonlinearity exists in the systems, the disturbance observer may not directly be applied to that system, because the nonlinearity may destabilize the overall system. Therefore, first, we linearize the nonlinear input characteristics of micro electrostatic actuator by the use of inverse function. Secondly, we apply disturbance observer to approximately linearized system for eliminating the residuals of nonlinearity and the modeling uncertainty. Then, we get the good properties of the disturbance rejection as well as the robustness due to the own nature of disturbance observer. In this case, we propose a sufficient condition for the robust stability of overall systems. Furthermore, we discuss the problem that may be exposed when disturbance observer is applied to the internally stable system with saturation, and analyze two methods to overcome input saturation problem in the sense of internal stability. Simulations have been carried out to show the effectiveness of the proposed controller.
In this paper, we propose a robust control technique against parameter uncertainties as well as external disturbances. It is robust control scheme using discrete-time state space disturbance observer. It does not require disturbance modeling, plant inverse modeling and/or Q filter. In frequency domain, its performance is evaluated in terms of sensitivity and complementary sensitivity as well as gain and phase margin. Finally we discuss design criterion of state space disturbance observer considering its performance in frequency domain.
This paper addresses sliding mode control of the anti-lock braking system (ABS) with a disturbance observer for model uncertainties such as vehicle parameter variation, un-modeled dynamics, and external disturbances. By using a nominal vehicle model, a sliding mode controller is designed to achieve a desired wheel slip ratio for ABS control. To compensate the model uncertainties, a disturbance observer is introduced with the help of a transfer function of a hydraulic brake dynamics. A proposed sliding mode controller with a disturbance observer is evaluated through simulations for model uncertainties. The simulation results show that the disturbance observer can enhance performances of sliding mode control for ABS.
This paper describes the control of a geared DC motor having a backlash for implementation of a humanoid robot using disturbance observer. Critical problem of the humanoid robot is caused by the nonlinearity such as a backlash. To meet this problem, a control method using disturbance observer has been proposed. The disturbance observer is designed to estimate the effects of nonlinearities in the system, to make the nonlinear system behave linearly. To design the low-pass filter in the disturbance observer, cut-off frequency of the output should be found. The goal of this paper is the implementation of the proposed system, compensating the backlash effect. To accomplish the goat, PD control and disturbance observer are employed to the system with no load and full load. As a result, system stability can be guaranteed by compensating the effect of backlash. In addition, real experiment shows the proposed control methodology will satisfy the stable working of a humanoid type in the future.
This paper considers a speed control problem of DC motor under load variations. In order to reduce the effect of load variation, a disturbance observer has been designed for the given system. With a cheap encoder there exists considerable measurement noise in the velocity feedback and it should be reflected in designing the disturbance observer. The authors have obtained the nominal transfer function of a DC motor and designed a disturbance observer for the control purpose. With the disturbance observer a digital controller has been implemented using a DSP(TMS320F2812). Some experiments show the enhanced performance of the control system with the proposed method.
This paper presents the characteristics of a general structured observer and presents an estimation algorithm for a system with external disturbances which are added to the input of the system. By using a disturbance model, the general structured observer can estimate the states of the system is spite of disturbances, where the system is affected from external disturbances. Also, the general structured observer can include the function of a PI observer or high gain observer by properly adjusting the observer's gain matrices. The existence condition for the observer is derived, which can be checked by the system's observability condition and the pole-zero cancellation of the system's polynomial matrix. Through a numerical example, it is verified that the proposed observer is effective estimating the system and the input disturbance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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