This paper presents an $H_\infty$controller synthesis based on disturbance observer for the trajectory control of a hydraulic excavator. Compared to conventional robot manipulators driven by electrical motors, hydraulic excavator have more nonlinear and coupled dynamics. In particular, the interactions between an excavation tool and the materials being excavated are unstructured and complex. In addition, its operating modes depend on working conditions, which make it difficult to not only derive the exact mathematical model but also design a controller systematically. In this study, the approximated linear model obtained through off-line system identification is used as nominal plant model for a disturbance observer. A disturbance observer based tracking controller which considers the effect of disturbance and model uncertainty is synthesized in $H_\infty$frameworks. Simulation results are used to demonstrate the applicability of the proposed control scheme.
A disturbance observer-based vehicle stability controller is proposed in this paper. The lumped disturbance to the vehicle yaw rate dynamics caused by the uncertain factors such as uncertain tire forces and parameters is estimated by the disturbance observer, which is utilized by the robust controller to stabilize the lateral dynamics of the vehicle. The dynamics of the hydraulic actuator is incorporated in the vehicle stability controller design using the model reduction technique. Modular control design methodology is adopted to effectively deal with the mismatched uncertainty. Simulation results indicate that the proposed disturbance observer-based vehicle stability controller can achieve the desired reference tracking performance as well as sufficient level of robustness.
Using a sliding mode controller and observer techniques, this paper presents a robust current controller for a DC motor in the presence of parametric uncertainties. One of the most important issues in the practical application of sliding mode schemes is the chattering phenomenon caused by switching actions. This paper presents a novel sliding mode controller that incorporates an integral control with a sliding mode disturbance observer to attenuate the chattering by reducing the controller/observer switching gains. The proposed sliding mode disturbance observer is designed to estimate a relatively slow varying signal in the equivalent lumped disturbance owing to system uncertainties. Combining the estimated uncertainty with the sliding mode control input, the proposed controller can achieve the control objective by using the relatively low gain of the controller. The proposed disturbance observer does not include the switching control input of the baseline sliding mode controller to reduce the observer switching gain. In the proposed approach, the integral sliding mode control is used to improve the steady state control performance. Comparative computer simulations are carried out to demonstrate the performance of the proposed method. Through the simulation results, the proposed controller realizes the robust performance with reduced current ripples.
This paper deals with asymptotic stabilization problems for linear systems with time-varying input disturbances. In order to eliminate the influence of a disturbance on the system, a disturbance observer is designed and the time-varying disturbance can be rejected using its estimated value. Since the disturbance observer is kind of low-pass filter, it has inevitably estimation errors. To eliminate the inflences on the performance due to these errors, the additional control is designed based on these estimation errors using a well-known min-max control method. It is shown that the asymptotic stability of the closed-loop system is guaranteed. In general, the min-max control method requires the switching of control inputs and the switching magnitude of the control input is determined by the disturbance estimation error bounds. As the error bounds can be made arbitrarily small by choosing the high gain for the disturbance observer, the control method suggested in this paper can reduce the chattering phenomena as small as possible. Therefore, it has superior performance to the existing ones.
본 논문에서는 로봇 매니퓰레이터의 제어에 사용할 수 있는 신경망 외란 관측기를 제안하도록 한다. 제안한 신경망 외란 관측기는 다층신경망의 구조로 신경망 외란관측기의 오차와 제어 오차가 충분히 작은 콤팩트 집합에 절대 상시 유계된다. 본 논문에서 제안하는 신경망 외란 관측기는 기존의 적응 제어기의 단점을 해결한 방식으로 복잡한 회귀 모델을 필요로 하지 않는다. 끝으로 제안한 방식을 3관절 로봇에 적용하여 그 타당성을 확인한다.
Magnetic levitation system with the advantages of non-contact, no friction and no wear can satisfy the requirement of high precision and high speed positioning. In this paper, magnetic levitation positioning stage which mainly consists of planar coil and HALBACH permanent magnet array and its control and driving system are designed. Magnetic levitation system is a highly nonlinear and strongly coupled complex system and its control performance can be influenced by the uncertainty and external disturbance. So exact feedback linearization method is used to realize exact linearization and decoupling, and a strategy of sliding mode control based on disturbance observer is proposed to compensate the uncertainty and external disturbance. Detailed proofs of observer's convergence property and system stability are derived. Both the simulation and experiment results verify the effectiveness of sliding mode control algorithm based on disturbance observer.
Recently, the disturbance caused by an optical disk vibration and the external vibration/shock are more serious problem in an optical disk drives (ODD) as an ODD become small size and rotation speed increases. The conventional controller cannot cope with the mentioned problems properly when the disturbance and vibration are larger than some range. Therefore, we propose a new control scheme using a disturbance observer (DOB) and it can control the aforementioned problems. The designed the controller is applied to a commercial ODD in focusing direction, then its validity is proved by experimental method. By rising the disturbance observer theory, the focusing performance is conspicuously improved in the presence of sinusoidal vibrations or a shock disturbance. This algorithm also applies to a tracking structure also, because focusing structure is very similar to it.
A new dead-time compensation method using a disturbance observer is proposed. The dead-time causes the voltage distortion and it can be considered as the disturbance voltage. In this paper, the disturbance voltage is estimated by minimal order observer in the d-q frame and the estimated disturbance voltage is summed with voltage command by a feed-forward. The experiments are carried out for the DSP-based BLDC motor drive system and the results show the effectiveness of the proposed method.
This paper presents a control method to maintain stable mold level for unsteady bulging in high speed casting. The stabilizing mold level is an important factor to get high quality products. But, for various reasons, there are several disturbance factors which make mold level unstable. Bulging is one of disturbance factors and considered for the current stage of study. We design a disturbance observer to attenuate the effect of bulging which is periodic mold level disturbance. Since the period of bulging varies with the casting speed, the parameters of disturbance observer are changed by the casting speed. Simulation is illustrated to demonstrate stable performance of the proposed method in comparison with a previous method in a variable operating frequency.
Generally, the tracking performance of optical disk drive(ODD) system can be improved using a disturbance observer(DOB). However, a DOB is not easily applied in an ODD system because an additional microprocessor, such as a digital signal processor(DSP), is needed. This paper shows how a DOB system can be replaced by the error-based modified disturbance observer(EM-DOB) when two mathematical conditions are satisfied. Due to the simplified structure of EM-DOB, the algorithm is easily implemented as an analog circuit, which is suitable for the ODD servo system. Additionally, in these algorithms, disturbances rejection performances can be tuned as Q filter parameters. Similar to a DOB system, three design guidelines of a Q filter can be applied. Experimental results of DOB and EM-DOB are evaluated under forced disturbances.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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