The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.4
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pp.730-738
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2007
As well known when the linear machine is operated between two points repeatedly under positioning control, there are various positioning error at the moment of zero speed owing to the non-linear disturbance like as unpredictable friction force. To remove this positioning error, a simple least order disturbance observer is introduced and is actually implemented in this study. Due to this simple algorithm the over-all machine system can be modified to simple arbitrary given one-mass load without any disturbance. So, the total construction process for positioning control system is much easier than old one. Moreover, to generate a proper effective position profile with the limited actual machine force, a very powerful on-line mass identification algorithm using the load force estimator is presented. In the proposed mass identification algorithm, the exact load mass can be calculated during only one moving stage under a normally generated position profile. All presented algorithm is verified with experimental result with commercial linear servo machine system.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.1
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pp.47-53
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2004
An electro-hydraulic manipulator using hydraulic actuators has many nonlinear elements, and its parameter fluctuations are greater than those of an electrically driven manipulator. So it is quite difficult to obtain stable control performance. We have applied a disturbance estimation and compensation type robust control to all the axes in a 6-link electro-hydraulic manipulator. It was confirmed that the performance of trajectory tracking and attitude regulating was greatly improved by the disturbance observer. For autonomous assembly tasks, it is said that compliance control is one of the most popular methods in contact task. We have proposed a compliance control based on the position control by a disturbance observer for our manipulator system. To realize more stable contact work, the states in the compliance loop are feedbacked, where not only displacement but also the velocity and acceleration are considered. We have also applied this compliance control to the Peg-in-Hole insertion task and proposed new methods of (1)rotating of the end-effector periodically in order to reduce the friction force, (2)random searching for the center of a hole and (3)trajectory modification to reduce the impact force. As a result of these new methods, it could be experimentally confirmed that the Peg-in-Hole insertion task with a clearance of 0.007 [mm] could be achieved.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.3
no.1
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pp.70-78
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2005
This paper presents hybrid control of displacement and force in a Medical Tele-Analyzer by disturbance observer-based controller which is robust to internal and external disturbances; model uncertainty, load, and friction for instances. The developed Medical Tele-Analyzer consists of 2 subsystems; doctor-side subsystem and patient-side subsystem. In the doctor side subsystem, an array of displacement sensor is equipped to detect movement of doctor's hand and fingers. The detected information is transmitted to the patient side to be used in medical analysis. On the other hand, the patient-side subsystem consists of an array of displacement actuators, which is used to follow displacement of doctor's hand and fingers. An array of force sensors is used to detect forces between patient and the equipment. Since displacement control in patient side is coupled with force control in doctor side and vice-versa, design of the controller has to take into account this coupling. Not only using in medical tele-analysis, the proposed system can also be used in any tele-displacement-force controls of industrial processes.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.19
no.12
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pp.2353-2363
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1994
This paper is concerned with the design of a robust digital controller using reduced-order observer on a robotic manipulator under the disturbance. In most cases of robotic manipulator since all state vectors are not measurable, the unmeasurable state vectors must be estimated or reconstructed. Other problems are caused by the nonlinear element like as nondifferentiable Coulomb friction, disturbance due to the gravitational pull, and the torsional spring effect of a link between the drive motor and the manipulator arm. The controller is based on feeding back the observable variables and the estimated state variables which are generated by the observer, and augmenting the system by additional discrete integrators. The feedback gain parameters are obtained by first applying the optimal control theory and then readjusting the feedback parameters to eliminate the limit cycle by using describing Function for nonlinear hybrid system.
In this paper, a method of accurate position control using a pneumatic cylinder driving apparatus is presented. To overcome the effect of friction force and transmission line, low friction type cylinder applied externally pressurized air bearing structure is used and two control valves attached both side of the cylinder directly. To compensate nonlinear characteristics of control valves, linearized control input derived from the relation between control input and effective area of control valve, and dither signal are applied to the valve. The controller applied to the pneumatic cylinder driving apparatus is composed of a state feedback controller and a disturbance observer. Experimental results show that the effectiveness of the proposed method and position control error of $5{\mu}m$ accuracy could be obtained easily.
For shift quality improvement, torque sensors are currently too expensive to be used on production vehicles. To achieve smooth acceleration shift, the reference trajectory of the clutch slip speed for accomplishing the shift process within a designated shift completion time and its relationship with the clutch actuating torque were suggested by Jeong and Lee (1999). In order to facilitate the proposed algorithm, nonlinear estimators for necessary information such as the axle shaft torque, clutch friction and turbine torque were designed using only speed sensors. Accounting for the modeling error, a control law for this indirect smooth shift was proposed based on the above mentioned suggestions. Simulation results of the proposed estimators and shift controller were presented and further considerations for practical applications are discussed.
Direct teaching is an essential function for collaborative robots for easy use by non-experts. For most robots, direct teaching is implemented only in joint space because the realization of Cartesian space direct teaching, in which the orientation of the end-effector is fixed while teaching, requires a measurement of the end-effector force. Thus, it is limited to the robots that are equipped with an expensive force/torque sensor. This study presents a Cartesian space direct teaching method for torque-controlled collaborative robots without either a force/torque sensor or joint torque sensors. The force exerted to the end-effector is obtained from the external torque which is estimated by the disturbance observer-based approach with the friction model. The friction model and the estimated end-effector force were experimentally verified using the robot equipped with joint torque sensors in order to compare the proposed sensorless approach with the method using torque sensors.
Kim, Youngduk;Park, Su Hyeon;Ryu, Seonghyun;Song, Chul Ki;Lee, Ho Seong
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.11
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pp.43-51
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2021
A robust tracking controller design was developed for a rotary motion control system. The friction force versus the angular velocity was measured and modeled as a combination of linear and nonlinear components. By adding a model-based friction compensator to a nominal proportional-integral-derivative controller, it was possible to build a simulated control system model that agreed well with the experimental results. A zero-phase error tracking controller was selected as the feedforward tracking controller and implemented based on the estimated closed-loop transfer function. To provide robustness against external disturbances and modeling uncertainties, a disturbance observer was added in the position feedback loop. The performance improvement of the overall tracking controller structure was verified through simulations and experiments.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.14
no.2
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pp.117-123
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2013
Since the nonlinear factors such as friction in a mechanical servo system can't be easily measured nor estimated accurately. Therefore, it is difficult to compensate friction correctly. Friction makes a significant error in a 2-axis stabilized gimbal system and finally fails to reach the ultimate control performance goals. To solve these problems, lots of studies on the control methods applying observer have been performed. However, these methods can be used in specific conditions and are limited to apply them to the accurate 2-axis stabilized gimbal system in military sector. This paper deals with the PI-LEAD algorithm which is modified with a general and robust PID algorithm, proves the effect of the algorithm through modeling and simulation, and verifies the performance by applying the algorithm to the real 2-axis stabilized system. It is verified through the performance test that the PI-LEAD algorithm minimizes the error caused by friction and meets requirements of the accurate servo system.
Semi-submersible drilling rigs are offshore plants that perform functions such as ocean exploration for oil and gas acquisition, drilling and production, and storage and unloading of crude oil and gas. Semi-submersible drilling rigs use watertight dampers as emergency buoyancy holders. Since the watertight damper is an emergency shutoff device, it is mainly driven by a pneumatic driving system that can operate without a power supply. The pneumatic driving system has highly non-linear characteristics due to compressibility of air and external disturbance such as static and Coulomb friction. In this paper, a new control algorithm is proposed for a watertight damper driving system based on the sliding mode control with a disturbance observer. To evaluate control performance and robust stability of the designed controller, the control results were compared with the results obtained using the state feedback controller. As a result, it was confirmed that the pneumatic driving system for driving the watertight damper using the sliding mode controller with a disturbance observer can obtain excellent control performance against the parameter changes and the disturbance input.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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