In this paper, we propose a two-degree-of-freedom snake robot head system and an I-PID (Intelligent Proportional-Integral-Derivative)-based controller utilizing RBF (Radial Basis Function) neural network and adaptive robust terms as a control strategy to reduce rotation occurring in the snake robot head. This study proposes a two-degree-of-freedom snake robot head system to avoid complex snake robot dynamics. This system has a control system independent of the snake robot. Subsequently, it utilizes an I-PID controller to implement a control system that can effectively manage rotation at the snake robot head, the robot's nonlinearity, and disturbances. To compensate for the time delay estimation errors occurring in the I-PID control system, an RBF neural network is integrated. Additionally, an adaptive robust term is designed and integrated into the control system to enhance robustness and generate control inputs responsive to signal changes. The proposed controller satisfies stability according to Lyapunov's theory. The proposed control strategy was tested using a 9-degreeof-freedom snake robot. It demonstrates the capability to reduce rotation in Lateral undulation, Rectilinear, and Sidewinding locomotion.
This paper presents a neural net based nonlinear adaptive controller for an autonomous underwater vehicle (AUV). AUV's dynamics are highly nonlinear and their hydrodynamic coefficients vary with different operational conditions, so it is necessary for the high performance control system of an AUV to have the capacities of learning and adapting to the change of the AUV's dynamics. In this paper a linearly parameterized neural network is used to approximate the uncertainties of the AUV's dynamic, and the basis function vector of network is constructed according to th AUV's physical properties. A sliding mode control scheme is introduced to attenuate the effect of the neural network's reconstruction errors and the disturbances in AUV's dynamics. Using Lyapunov theory, the stability of the presented control system is guaranteed as well as the uniformly boundedness of tracking errors and neural network's weights estimation errors. Finally, numerical simulations for motion control of an AUV are performed to illustrate the effectiveness of the proposed techniques.
Jang, Yong Hoon;Kim, Han Sol;Joo, Young Hoon;Park, Jin Bae
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.6
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pp.429-434
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2016
This paper introduces a stabilization condition for polynomial fuzzy systems that guarantees $H_{\infty}$ performance under the imperfect premise matching. An $H_{\infty}$ control of polynomial fuzzy systems attenuates the effect of external disturbance. Under the imperfect premise matching, a polynomial fuzzy model and controller do not share the same membership functions. Therefore, a polynomial fuzzy controller has an enhanced design flexibility and inherent robustness to handle parameter uncertainties. In this paper, the stabilization conditions are derived from the polynomial Lyapunov function and numerically solved by the sum-of-squares (SOS) method. A simulation example and comparison of the performance are provided to verify the stability analysis results and demonstrate the effectiveness of the proposed stabilization conditions.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.8
no.4
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pp.807-814
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2004
Chattering phenomenon is still a large drawback of VSS. To overcome this problem, various approaches have been reported. A new notion of sliding sector has been proposed recently. Inside this sector, a kind of norm of the state decreases without control input. Therefore, so long as the state is constrained inside this sector, the norm of the state approaches to zero. The sliding sector theory is elementary study step and is studied about only linear systems. In this paper, new methods of stabilizing unstable nonlinear systems using the sliding sector is proposed. This paper analyzes the stability, using Lyapunov function on the sliding sector. Through the computer simulations for an inverted pendulum system, it is verified that sliding sector control is capable to reduce the chattering.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.16
no.6
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pp.747-752
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2006
In this paper, the adaptive fuzzy sliding mode controller with two systems is designed. The existing sliding mode controller used to $approximation{\^{u}}(t)$ with discrete sgn function and sat function for keeping the state trajectories on the sliding surface[1]. The proposed controller decrease the disturbance for uncertain control gain and This paper is concerned with an Adaptive Fuzzy Sliding Mode Control(AFSMC) that the fuzzy systems ate used to approximate the unknown functions of nonlinear system. In the adaptive fuzzy system, we adopt the adaptive law to approximate the dynamics of the nonlinear plant and to adjust the parameters of AFSMC. The stability of the suggested control system is proved via Lyapunov stability theorem, and convergence and robustness properties ate demonstrated. Futhermore, fuzzy tuning improve tracking abilities by changing some sliding conditions. In the traditional sliding mode control, ${\eta}$ is a positive constant. The increase of ${\eta}$ has led to a significant decrease in the rise time. However, this has resulted in higher overshoot. Therefore the proposed ${\eta}$ tuning AFSMC improve the performances, so that the controller can track the trajectories faster and more exactly than ordinary controller. The simulation results demonstrate that the performance is improved and the system also exhibits stability.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.5
no.4
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pp.397-409
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2007
In this paper, we propose a nonlinear guidance law for missiles against maneuvering targets. First, we derive the equations of motion described in the line-of-sight reference frame and then we define the equilibrium subspace of the nonlinear system to guarantee target interception within a finite time. Using Sontag's formula, we derive a nonlinear guidance law that always delivers the state to the equilibrium subspace. If the speed of the missile is greater than that of the target, the proposed law has global capturability in that, under any initial launch conditions, the missile can intercept the maneuvering target. The proposed law also minimizes the integral cost of the control energy and the weighted square of the state. The performance of the proposed law is compared with the augmented proportional navigation guidance law by means of numerical simulations of various initial conditions and target maneuvers.
This paper demonstrates that the largest Lyapunov exponent $\lambda$ of recurrent neural networks can be controlled by a gradient method. The method minimizes a square error $e_{\lambda}=(\lambda-\lambda^{obj})^2$ where $\lambda^{obj}$ is desired exponent. The $\lambda$ can be given as a function of the network parameters P such as connection weights and thresholds of neurons' activation. Then changes of parameters to minimize the error are given by calculating their gradients $\partial\lambda/\partialP$. In a previous paper, we derived a control method of $\lambda$via a direct calculation of $\partial\lambda/\partialP$ with a gradient collection through time. This method however is computationally expensive for large-scale recurrent networks and the control is unstable for recurrent networks with chaotic dynamics. Our new method proposed in this paper is based on a stochastic relation between the complexity $\lambda$ and parameters P of the networks configuration under a restriction. Then the new method allows us to approximate the gradient collection in a fashion without time evolution. This approximation requires only $O(N^2)$ run time while our previous method needs $O(N^{5}T)$ run time for networks with N neurons and T evolution. Simulation results show that the new method can realize a "stable" control for larege-scale networks with chaotic dynamics.
Payam, Amir Farrokh;Hashemnia, Mohammad Naser;Fai, Jawad
Journal of Power Electronics
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v.11
no.5
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pp.719-725
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2011
This paper describes a novel Direct Torque Control (DTC) method for adjustable speed Doubly-Fed Induction Machine (DFIM) drives which is supplied by a two-level Space Vector Modulation (SVM) voltage source inverter (DTC-SVM) in the rotor circuit. The inverter reference voltage vector is obtained by using input-output feedback linearization control and a DFIM model in the stator a-b axes reference frame with stator currents and rotor fluxes as state variables. Moreover, to make this nonlinear controller stable and robust to most varying electrical parameter uncertainties, a two layer recurrent Artificial Neural Network (ANN) is used to estimate a certain function which shows the machine lumped uncertainty. The overall system stability is proved by the Lyapunov theorem. It is shown that the torque and flux tracking errors as well as the updated weights of the ANN are uniformly ultimately bounded. Finally, effectiveness of the proposed control approach is shown by computer simulation results.
This paper presents a decentralized motion control method of welding mobile manipulators which use for welding in many industrial fields. Major requirements of welding robots are accuracy, robust, and reliability so that they can substitute for the welders in hazardous and worse environment. To do this, the manipulator has to take the torch tracking along a welding trajectory with a constant velocity and a constant heading angle, and the mobile-platform has to move to avoid the singularities of the manipulator. In this paper, we develop a kinematic model of the mobile-platform and the manipulator as two separate subsystems. With the idea that the manipulator can avoid the singularities by keeping its initial configuration in the welding process, the redundancy problem of system is solved by introducing the platform mobility to realize this idea. Two controllers for the mobile-platform and the manipulator were designed, respectively, and the relationships between two controllers are the velocities of two subsystems. Control laws are obtained based on the Lyapunov function to ensure the asymptotical stability of the system. The simulation and experimental results show the effectiveness of the proposed controllers.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.1
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pp.71-80
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2007
A control approach for the sensorless speed control of interior permanent magnet synchronous motor(IPMSM) based on adaptive integral the binary is proposed. With a main loop regulator and an auxiliary loop regulator, the binary observer has a property of the chattering alleviation in the constant boundary layer. However, the width of the constant boundary limits the steady state estimation accuracy and robustness. In order to improve the steady state performance of the binary observer, the binary observer is formed by adding extra integral augmented switching the hyperplane equation. By mean of integral characteristics, the rotor speed can be finely estimated and utilized for a sensorless speed controller for IPMSM. The proposed adaptive integral binary observer applies an adaptive scheme, because the parameters of the dynamic equations such as the machine inertia or the viscosity friction coefficient is not well known and these values can be easily changed generally during normal operation. Therefore, the observer can overcome the problem caused by using the dynamic equations, and the rotor speed estimation is constructed by using the Lyapunov function. The experimental results of the proposed algorithm are presented to demonstrate the effectiveness of the approach.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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