In this paper, an optimal PID sliding mode controller is proposed for the position control of electro-hydrostatic actuator(ERA) systems with system uncertainties and saturation in the motor. An ERA prototype is developed and system modeling and parameter identification are executed. Then, optimal PID and optimal anti-windup PID controller are designed based on identified system model by using optimization toolbox in MA TLAB/Simulink and the performance of the two control systems are compared by experiment. It was found that the optimal anti-windup PID control system has better performance than the optimal anti-windup PID control system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.7
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pp.1332-1340
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1992
A novel approach based on a nonlinear compensator is prposed to prevent 'windup', which is caused by the saturation of the acutator and the integral action of the controller. The anti-windup compensator is located between the conventional linear controller, designed neglecting the saturation, and the actuator. It was proven based on the describing function method that, if the closed loop control systems are stable assuming no saturation, then there may exist a range of compensator gain which prevents any limit-cycle. The computer simulation results show that the compensator proposed in the manuscript can eliminate the limit cycle and improve the transient response.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.8
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pp.672-681
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2000
Based on the dynamic anti-windup strategy a novel control methodology for state constrained control systems is presented. First a linear controller is designed for an open-loop stable plant to show a desirable nominal performance by ignoring state constraints. And then an additional dynamic compensator is introduced to preserve the nominal performance as closely as possible int he face of state constraints. This paper focuses on the second step under the assumption that a linear controller has already been designed appropriately by using an effective controller design method. By minimizing a reasonable performance index the dynamic compensator is derived explicitly which is expressed int he plant and controller parameters. the proposed method not only guarantees the total stability of the overall resulting systems but also provides desirable output performance because it solves the state-positioning problem completely.
In this research a fault-tolerant and bumpless switching control is proposed for boiler systems used in the power plants. Firstly, three operating points are selected to control the nonlinear boiler through the full operational range, and the $H_{\infty}$ loop shaping controller and the model-based predictive controller(MBPC) are designed. To prevent the windup and bump problems which are caused by the actuator saturation and the controller switching, an anti-windup and bumpless transfer technique is adopted to the $H_{\infty}$ loop shaping controller. Also the constrained gain-scheduling technique is applied to MBPC to achieve the same objective. Secondly, the fault-tolerant control technique is proposed to continue the control action without stopping the boiler operation even in case of some faults. Through various simulation studies, the performances of the proposed control techniques are demonstrated.
In this research a fault-tolerant and bumpless switching control is proposed for boiler systems used in the power plants. Firstly, three operating points are selected to control the nonlinear boiler through the full operational range, and the $H_{\infty}$ loop shaping controller and the model-based predictive controller(MBPC) are designed. To prevent the windup and bump problems which are caused by the actuator saturation and the controller switching, an anti-windup and bump less transfer technique is adopted to the $H_{\infty}$ loop shaping controller. Also the constrained gain-scheduling technique is applied to MBPC to achieve the same objective. Secondly, the fault-tolerant control technique is proposed to continue the control action without stopping the boiler operation even in case of some faults. Through various simulation studies, the performances of the proposed control techniques are demonstrated.
In this research a fault-tolerant and bumpless switching control is proposed for boiler systems used in the power plants. Firstly, three operating points are selected to control the nonlinear boiler through the full operational range, and the $H_{\infty}$ loop shaping controller and the model-based predictive controller(MBPC) are designed. To prevent the windup and bump problems which are caused by the actuator saturation and the controller switching, an anti-windup and bumpless transfer technique is adopted to the $H_{\infty}$ loop shaping controller. Also the constrained gain-scheduling technique is applied to MBPC to achieve the same objective. Secondly, the fault-tolerant control technique is proposed to continue the control action without stopping the boiler operation even in case of some faults. Through various simulation studies, the performances of the proposed control techniques are demonstrated.
Kim J. M.;Yoon Y. H.;Jang S. J.;Won C. Y.;Kim Y. R.
Proceedings of the KIPE Conference
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2004.07b
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pp.954-958
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2004
본 논문은 부하에 대한 빠른 응답특성을 보이는 새로운 토폴로지를 제안하였다. PI제어기 출력이 포화될 때 windup 현상이 나타나고 그 결과로 성능이 저하된다. 따라서 전동기의 가변속 제어성능을 위해 가속시에는 개선된 Anti-windup PI제어기만을 사용하고, 감속시에는 추가로 부하의 특성을 고려하여 braking 동작을 사용하였다. 시뮬레이션 및 실험결과는 속도성능면에서 제안된 방식이 종래의 다른 제어방식에 비해 우수함을 보여 준다.
This paper presents a tuning-free conditional integration anti-windup strategy for induction machine with Proportional-Integral (PI) type speed controller. The on/off condition of integral action is determined by the frequency domain analysis of machine torque command without a prior knowledge of set-point changes. There are no tuning parameters to be selected by users for anti-windup scheme. In addition, the dynamic performance of the proposed scheme assures a desired tracking response curve with minimal oscillation and settling time even in the change of operating conditions. This algorithm is useful in many high performance induction machine applications not to allow the oscillation and overshoot of speed/torque responses. The main idea can be extended to general applications such as chemical processes and industrial robots.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.6
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pp.1342-1350
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1993
One of the undesirable nonlinear phenomena in feedback control systems is called 'wind up', which is characterized by large overshoot, slow response, and even instability. It is caused by interaction between the integrator in the controller and the saturating actuator. Limit cycle and jump resonance are another nonlinear characteristrics of systems with saturating actuators. Several 'anti-windup' compensators have been developed to prevent some of the aforementioned nonlinear characteristics such as instability and limit cycle, but none has studied the effect of anti-windup compensator on the jump resonance. In this paper, we developed an analytical method to design the compensator to prevent not only limit cycle but also jump resonance. An illustrative example is included to show the compensator eliminates jump resonance effectively.
유도전동기의 전류 제어 시 PWM(Pulse Width Modulation)이 만들어 낼 수 있는 전압 크기의 제한으로 인해 전류 제어기의 출력과 유도전동기에 입력되는 값이 다를 수 있다. 이로 인해 windup현상이 발생하게 되고, 이는 느린 정착 시간 및 큰 오버슈트와 같은 제어기 성능 저하를 야기 시킬 뿐만 아니라 심각할 경우 시스템의 불안정을 초래한다. 따라서 본 논문에서는 유도전동기의 전류 제어 성능을 개선하기 위해 새로운 anti-windup PI 전류 제어 방법을 제안하고, 실험을 통해 증명한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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