In this paper, for the fuzzy-reaching law method which has the characteristic of elimination of chattering at sliding mode as well as the characteristic of fast response at the design of variable structure controller with reaching law, optimal solutions for the determination of parameters of fuzzy membership functions by using genetic algorithm are proposed. Generally, the design of fuzzy controller has difficulties in determining the parameters of fuzzy membership functions by using a tedious trial-and-error process. To overcome these difficulties, this paper develops genetic algorithm of an optimal searching method based on genetic operation, and to verify the validity of this proposed method it is simulated through 2 link robot manipulator.
The computed-torque method (CTM) shows good trajectory tracking performance in controlling robot manipulator if there is no disturbance or modelling errors. But with the increase of a payload or the disturbance of a manipulator, the tracking errors become large. So there have been many researches to reduce the tracking error. In this paper, we propose a new control algorithm based on the CTM that decreases a tracking error by generating new reference trajectory to the controller. In this algorithm we used the concept of sliding mode theory and fuzzy system to reduce chattering in control input. For the numerical simulation, we used a 2-link robot manipulator. To simulate the disturbance due to a modelling uncertainty, we added errors to each elements of the inertia matrix and the nonlinear terms and assumed a payload to the end-effector. In this simulation, proposed method showed better trajectory tracking performance compared with the CTM.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2006.05a
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pp.164-167
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2006
본 논문에서는 불확실한 비선형 시스템에 대한 적응 퍼지 슬라이딩 모드 제어기를 설계한다. 불확실한 비선형 시스템에서 발생할 수 있는 파라미터의 변화를 대처하기 위해서 적응 퍼지 이론을 이용하였고, 외란으로 인한 불확실성을 슬라이딩 모드의 제어기를 통해서 해결하였다. 또한 퍼지 튜닝을 통해 슬라이딩 조건을 가변화함으로써 기존의 슬라이딩 모드 제어기에 비해 빠르고 정확하게 추종 가능하도록 제어기의 성능을 향상시킨다. 제안하는 제어기는 정확한 동역학 모델의 구현이 어렵고 복잡한 비선형 시스템에 외란 특성이 우수한 슬라이딩 모드와 실제 시스템을 표현하는 범용 근사자로 유용성이 입증된 퍼지 시스템을 이용하여 간단하고 쉽게 제어할 수 있도록 하였다. Lyapunov이론을 통하여 전역적인 안정화를 보이며, 마지막으로 역진자 시스템에 적용하여 제안된 제어기의 성능을 검증한다.
In this paper, a sliding mode control-based fuzzy controller is suggested. It is a robust control method and can be applied in the presence of model uncertainties and parameter disturbances. An inverted pendulum is effectively controlled by the proposed method in spite of existing model uncertanties and parameter disturbances.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.438-442
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2003
For an efficient sliding mode control system stability and chattering avoidance should be guaranteed. A continuation method using boundary layer is well known as one solution for this. However since not only model uncertainties and disturbances but also control task itself is variable. it is practically impossible to set controller parameters - control discontinuity, control bandwidth, boundary layer thickness - in advance. In this paper first an adaptation law of control discontinuity is introduced to assure system stability and then fuzzy logic based tuning algorithm of design parameters is applied based on monitored performance indices of tracking error, control chattering, and model precision. In the end maximum control bandwidth not exciting unmodeled dynamics and minimum control discontinuity, boundary layer thickness making system stable and free of chattering are found respectively. This eliminates control chattering and enhances control accuracy as much as possible under given control situation. In order to demonstrate the validity of the proposed algorithm safe headway maintenance control for autonomous transportation system is simulated. The control results show that the proposed algorithm guarantees system stability all the time and tunes control parameters consistently and in consequence implements an efficient control in terms of both accuracy and actuator chattering.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.12
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pp.89-99
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2008
In this paper, the position tracking control problem of the servo system with nonlinear dynamic friction is issued. The nonlinear dynamic friction contains a directly immeasurable friction state variable and the uncertainty caused by incomplete parameter modeling and its variations. In order to provide the efficient solution to these control problems, we propose the composite control scheme, which consists of the robust friction state observer, the FNN approximator and the approximation error estimator with sliding mode control. In first, the sliding mode controller and the robust friction state observer is designed to estimate the unknown internal state of the LuGre friction model. Next, the FNN estimator is adopted to approximate the unknown lumped friction uncertainty. Finally, the adaptive approximation error estimator is designed to compensate the approximation error of the FNN estimator. Some simulations and experiments on the servo system assembled with ball-screw and DC servo motor are presented. Results show the remarkable performance of the proposed control scheme. The robust friction state observer can successfully identify immeasurable friction state and the FNN estimator and adaptive approximation error estimator give the robustness to the proposed control scheme against the uncertainty of the friction parameters.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.18
no.1
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pp.90-102
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2009
In this paper, a tracking control problem for a mechanical servo system with nonlinear dynamic friction is treated. The nonlinear friction model contains directly immeasurable friction state and the uncertainty caused by incomplete modeling and variations of its parameter. In order to provide the efficient solution to these control problems, we propose a hybrid control scheme, which consists of a robust friction state observer, a RFNN estimator and an approximation error estimator with sliding mode control. A sliding mode controller and a robust friction state observer is firstly designed to estimate the unknown infernal state of the LuGre friction model. Next, a RFNN estimator is introduced to approximate the unknown lumped friction uncertainty. Finally, an adaptive approximation error estimator is designed to compensate the approximation error of the RFNN estimator. Some simulations and experiments on the mechanical servo system composed of ball-screw and DC servo motor are presented. Results demonstrate the remarkable performance of the proposed control scheme.
Proceedings of the Korea Institute of Convergence Signal Processing
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2001.06a
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pp.105-108
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2001
In this paper, we proposed a variable structure controller with fuzzy PI-쇼pe reaching law. we fuzzified as inputs to fuzzy system Rf(representative point's orthogonal distance(rd) to switching surface and RP's distance(r) to the origin of the 2-dimensional space whose coordinates are the error and the error rate. The increments of the coefficients $k_{p}$ and $k_{i}$, of the reaching law are calculated appropriate by the simplified Mamdanl inference. The proposed fuzzy PI-type reaching law makes it reduce the chattering and has no need to tune the PI parameters of reaching law. The effectiveness of the proposed fuzzy PI-type reaching law is shown by the simulation results of the control of a Ball-balance System.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2002.12a
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pp.131-134
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2002
일반적인 산업현장에서 많이 사용되는 이중탱크 시스템은 동작점 근방에서 선형화하는 고전제어기법을 사용한 것으로서 큰 시간지연과 비선형성으로 인해 정확한 수학적 모델링이 어렵고 모델링을 하더라도 넓은 동작 영역에서 만족스로운 결과를 얻기 어렵다. 따라서, 비교적 모델링에 대한 의존도가 낮은 퍼지, 신경회로망, 유전알고리즘 등의 지능제어 기법들도 제안되고 있다. 그러나 이들 제어기 역시 외란이나 다양한 동작 모드들에 따른 제어기 변수들의 적응성 저하로 인해 안정화 가능 영역이 협소해 지는 것은 물론 시스템의 불안정 현상도 초래한다. 이에 반해, SMC(sliding mode controller)는 변수의 변동, 외란에 둔감한 강점을 갖고 있지만, 시스템의 상태에 따른 슬라이딩 평면 설정의 곤란성과 채터링(chattering)이 존재하는 문제점 이 있다. 따라서 본 논문에서는 이중 탱크 시스템의 정밀한 수위 제어를 위하여, GA과 FLC를 사용하여 최적 변수로 설정 할 수 있게 하고, 채터링 저감을 위해 시스템 동특성 변동과 외란 에 강인한 GA-FSMC(genetic algorithm fuzzy sliding mode controller)를 제안하였다. 시뮬레이션을 통해 종래의 제어기의 제어결과와 비교함으로써 제안하는 GA-FSMC의 우수성을 입증하고자 한다.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.43
no.5
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pp.809-818
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1994
In this paper , the author proposed FLVSC (Fuzzy Logic Variable Structure Controller),of which control rules are extracted from the concepts of VSC(Variable Structure Control). FLC(Fuzzy Logic Controller) based on linguistic rules has the advantages of not needing of some exact mathematical model for plant to be controlled. The proposed method has the characteristics which are viewed in conventional VSC, e.g. insensitivity to a class of disturbances, parameter variations and uncertainties in sliding mode. In addition, the method has the properties of FLC-noise rejection capability etc. The computer simulations have been carried out for position control of DC servo motor to show the usefulness of the proposed method and the effects of disturbances and parameter variations are considered.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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