In this paper, a hierarchical fuzzy controller for stabilization of the inverted pendulum system is proposed. The facility of this hierarchical fuzzy controller which has a swing-up control mode and a stabilization one, moves a pendulum in an initial natural stable equilibrium point and a cart in arbitrary position to an unstable equilibrium point and a center of rail. Specially, the virtual equilibrium point (.PHI.$_{VEq}$ ) which describes functionally considers the interactive dynamics between a position of cart and a angle of inverted pendulum is introduced. And comparing with the convention optimal controller, the proposed hierarchical fuzzy inference made substantially the inverted pendulum system robust and stable.e.
In this paper, the double inverted pendulum having a single actuator is built and the controller for the system is proposed. The lower link is hinged on the plate to free for rotation in the x-z plane. The upper link is connected to the lower link through a DC motor. The double inverted pendulum built can be kept upright posture by controlling the position of the upper link even though the proposed inverted pendulum has no actuator in lower hinge. The algorithm to control the inverted pendulum is consisted of a state feedback controller within a linearizable range and a fuzzy logic controller coupled with a feedback linearization control for the rest of the range. Concept of the virtual work is employed to drive the linearlized model for the state feedback controller. The feedback linearization controller drives a DC motor with the modified reference joint angle from the fuzzy controller which adjusts a upright posture of a proposed pendulum system. Finally, the experiments are conducted to show the validity of the proposed controller.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.17
no.7
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pp.162-169
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2000
In this paper, we develop a parallel inverted pendulum system that has the characteristics of the strongly coupled dynamics of motion by an elastic spring, the time-variant system parameters, and inherent instability, and so on. Hence, it is possible to approximate some kinds of a physical system into this representative system and to apply the various control theories to this system in order to verie their fidelity and efficiency. For this purpose, an experimental system of the parallel inverted pendulum has been implemented, and a control scheme using the eigenstructure assignment for decoupling control is presented in comparison with the conventional LQR optimal control method. Furthermore, this system can be utilized as a testbed to develop and evaluate new control algorithms through various setups. Finally, in this paper, the results of the experiment are compared with those of numerical simulations for validation.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.55
no.11
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pp.483-490
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2006
When the nonlinearities, such as friction and backlash, are not considered in the controller design, undesirable oscillations can occur in the steady-state response of a control system. This paper deals with a method to reduce oscillations that often appear in the steady-state response of a pendulum system, which is controlled by a state feedback controller based on the linearized system model. With an assumption that the oscillations shown in the steady-state are caused by the Coulomb friction, we improve the performance of stabilization and tracking by estimating and compensating for the Coulomb friction in the pendulum system. Experimental results show that the control performance can be improved sufficiently by the proposed method, when it is applied to an inverted cart pendulum which is a multi-variable unstable system. Furthermore, we could see that the Coulomb friction model used in the estimation of the friction is valid in applying the suggested method.
In this paper, a self-tunning fuzzy inference technique for stabilization of the inverted pendulum system is proposed. The facility of this self-tunning fuzzy controller which has swing-up control mode and a stabilization one, moves a pendulum in an initial natural stable equilibrium point and a cart in arbitrary position, to an unstable equilibrium point and a center of rail. Specially, the virtual equilibrium point(${\phi}_{VEq}$) which describes functionally considers the interactive dynamics between a position of cart and a angle of inverted pendulum is introduced. And comparing with the convention optimal controller, the proposed self-tunning fuzzy inference structure made substantially the inverted pendulum system robust and stable.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.5
no.5
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pp.577-584
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1999
In this paper, the double inverted pendulum having a single actuator is built and the controller for the system is proposed. The lower link of the target pendulum system is hinged on the plate to free for rotation in the specified range($10^{\cire}$) on the x-z plane. The upper link is connected to the lower link through a DC motor. The double inverted pendulum built can be kept upright posture by controlling the position of the upper link even though it has no actuator in lower hinge. The algorithm to control the inverted pendulum consists of a state feedback controller within a linearizable range and a fuzzy logic controller coupled with a nonlinear feedback compensator for the rest of the range. Conventional state feedback control is employed, and the fuzzy controller is responsible for generating the reference joint angle of the upper link for the nonlinear feedback compensator which drives a DC motor to generate an indirect torque to the lower joint. As a result, we can get the upright posture of the proposed pendulum system. Simulations and experiments are conducted to show the validity of the proposed controller.
Park, Duck-Gee;Park, Min-Ho;Chwa, Dong-Kyoung;Hong, Suk-Kyo
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.4
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pp.335-343
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2007
This paper deals with the method to estimate the friction in a system. We study a nonlinear friction model to estimate the friction in an inverted pendulum and approximate the friction model using fuzzy basis functions expansion. To demonstrate the friction observer using FBFs, we derive a update rule based on the error term that is formed by the output from a real system and observer output with a friction estimate. And two compensation algorithms to improve the response of an inverted pendulum are proposed. The first method that a observer parameter is updated in on-line and the friction is compensated at the same time. The second method is to compensate the friction with observer parameter estimated priori. The two methods is compared through the experimental results.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.30
no.6
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pp.746-752
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2006
This paper presents a scheme for the parameter estimation and stabilization of unstable systems, such as inverted pendulum systems. First a stable feedback loop is constructed for an inverted pendulum system and then its parameters are estimated based on input-output data, a real-coded genetic algorithm(RCGA) and the model adjustment technique. Then, a PI-type LQ control scheme is designed based on the estimated model. The performance of the proposed algorithm is demonstrated through a set of simulation and experiment.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2012.05a
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pp.529-532
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2012
This paper presents the system modeling, analysis, and controller design and implementation with a inverted pendulum system in order to test robust algorithm for sweeping machine. The balancing of an inverted pendulum by moving pendulum robot like as 'segway' along a horizontal track is a classic problem in the area of control. This paper will describe two methods to swing a pendulum attached to a cart from an initial downwards position to an upright position and maintain that state. The results of real experiment show that the proposed control system has superior performance for following a reference command at certain initial conditions.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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1997.10a
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pp.45-49
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1997
In this paper, we controlled a Rotary Inverted Pendulum System using Neuro-Fuzzy Controller(NFC). The inverted pendulum system is widely used as a typical example of an unstable nonlinear control system which is difficult to control. Fuzzy theory have been because membership functions and rules of a fuzzy controller are often given by experts or a fuzzy logic control system. This controller is a feedforward multilayered network which integrates the basic elements and functions of a tradtional fuzzy logic controller into a connectionist structure which has distributed learning abilities. Such NFC can be constructed from training examples by learning rule, and the structure can be trained to develop fuzzy logic rules and find optimal input/output membership functions. Using this controller, we presented the results that controlled a Rotary Inverted Pendulum System and the associated algorithms.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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