운반차-막대 시스템을 제어하기 위하여 두 개의 2 차원 퍼지 제어기가 CMAC에 의해 협동하게 하는 제어 계략을 개발하였다. 제어계에서 한 제어기는 운반차의 변위와 속도, 다른 제어기는 막대의 각도와 각속도를 각각의 2 개의 입력 변수로 하고 운반차에 가하는 힘이 두 제어기의 출력 변수인데, 이 변수를 외부의 감독에 따라 CMAC이 학습하게 하여 협동 제어의 효과를 발휘한다. 제어계 구성과 CMAC 훈련에 의한 협동 계략의 단순함에 비하여, 제어계는 4 개의 입력 변수에 의한 퍼지 제어기나 다른 해석적 방법에 의한 것에 비해 손색없는 제어 성능을 보였다.
A fault detection observer with finite time convergence characteristics(FT_FDO) is proposed and applied to a fault detection isolation system for a dynamic control system. The FT_FDO is a kind of dual state-observer scheme that provides with the state estimates insensitive to a specified fault and the corresponding fault estimate. The state estimates are processed to get the residual that will be logically compared with other residuals to detect and isolate the fault of interest, and the fault estimate may be used for fault compensation. The FDIS employing the FT_FDOs can be considered to be a multiple observer schemes(MOS) in which FT_FDOs are parallelly driven to generate a set of residuals to be compared each other. Due to the finite time convergence characteristics of the FT_FDO, the predetermined detection delay can be considered in the design stage of FDIS so that any fault of interest can be detected and identified in that time. It evidently resolves a well known difficulty of threshold selection owing to the transient responses of the fault detection observers(FDO) employed in FDIS. An FDIS is constructed for instruments(2-sensor, 1-actuator) in an inverted pendulum control system, and simulations are performed to show the performance of the FDIS and fault tolerant control system.
본 논문은 최적제어에 기초하여 비선형 슬라이딩 평면을 설계하는 것이다. 최적제어입력에 의한 상태 궤적을 Frobenius 정리와 matrix decomposition 방법에 의해 구하였고, 이 궤적을 시스템의 슬라이딩 평면으로 설정하였다. 상태는 초기부터 슬라이딩 평면을 유지하며, 그 결과 초기상태 단계로부터 전 영역까지 시스템의 강인성은 보장 받을 수 있으며, 도달시간 동안 발생 될 수 있는 불확실성과 외란의 영향을 제거되고, 큰 제어 입력의 문제도 해결할 수 있었다. 그리고 최적경로를 슬라이딩 평면으로 설정함으로 추적시간을 줄일 수 있었다. 역진자 시스템을 사용하여 그 타당성을 보인다.
This paper proposes a locomotion pattern and a control method for biped robots with curved soles. First, since the contact point of a supporting leg may arbitrarily move back and forth on the ground, we derived the desired trajectory from a model called the Moving. Inverted Pendulum Model (MIPM) where the Zero Moment Point (ZMP) exists at the supporting point and can be moved intentionally. Secondly, a biped robot with curved soles is an under-actuated system since the supporting point contacting with a point on the ground has no actuator during the single supporting phase. Therefore, this paper proposes a computed-torque control for this under-actuated system using decoupled dynamic equations. A series of computer simulations with a 7-DOF biped robot with curved soles shows that the proposed walking pattern and control method are effective and allow the biped robot to walk fast and stably, and move more like human beings. Also, it is shown that the curved sole shape has superior energy consumption compared to flat soles, and greater efficiency in ascending and descending the stairs.
본 논문에서는 Takagi-Sugeno(T-S) 퍼지 시스템 모델을 이용한 비선형 시스템의 퍼지 슬라이딩 모드제어방식을 제안한다. 이 방식에서는 하나의 T-S 퍼지 모델을 구성하는 각 선형 동력학의 입력 이득행렬을 단일화 하는 과정을 필요로 한다. 이 과정에서 생성되는 입력 불확실성은 슬라이딩 모드 제어의 외란에 대한 처리 방법으로 해결될 수 있다. 또한 기존의 T-S 퍼지 모델에 대한 제어방식에서 처리하지 못했던, 상태변수에 독립적이기 때문에 선형화되지 않는 비선형 항에 대한 문제를 해결할 수 있다. 제안된 제어시스템의 안정도를 보이며 제어 입력이 슬라이딩 평면에 대한 도달조건을 만족함을 보인다. 제안된 제어방식의 타당성과 제어기 설계과정을 보이기 위하여 역진자 시스템에 적용한 시뮬레이션 결과를 보인다.
This paper proposes a balancing and driving control system for a Mecanum wheel ball robot which has a two axis structure and four motors. The inverted pendulum control method is adopted to maintain the balance of the ball robot while it is driving. For the balancing control, an anon-model-based controller has been designed to control the device simply without the need of a complex formula. All the gains of the controller are heuristically adjusted during the experiments. The tilt angle is measured by IMU sensors, which is used to generate the control input of the roll and pitch controller to make the tilt angle zero. For the driving control, the PID control algorithm has been adopted with angles of the wheels and the encoder data. The performance of the designed control system has been verified through the real experiments with the suggested ball robot.
When biped robots make turns, the ability to walk stably and precisely along any circular path is crucial. In this context, inverse kinematics solutions are found for accurate gait realization, and new zero moment point(ZMP) equations are derived with respect to the cyclindrical coordinate system to facilitate generation of stable walking patterns. Then, appropriate steady and transitional walking patterns are both proposed in form of time functons. Subsequently, walking patterns for a path but of different speeds are generated using the functions and associated formulas, and preliminarily checked for stability based on the ZMP equations. Upon comparison of those cases, one can see how and when robots may fall down during circular walking. Finally, those patterns are put to test on the sample robot by ADAMS(R) along with the inverse kinematics solutions and a new balance control scheme compensating for insufficient stability particulary during the initial transition period. Test results show that the robot can walk along the circular path as predicted at a resonably high speed despite the distributed mass and ground contact effects, validating effectiveness of the suggested approach.
In designing a 300 meter high skyscraper expected to be the tallest building in Japan, an earthquake-ridden country, we launched on the full-scale performance based design to ensure redundancy and establish new specifications using below new techniques. The following new techniques are applied because the existing techniques/materials are not enough to meet the established design criteria for the large-scale, irregularly-shaped building, and earth-conscious material saving and construction streamlining for reconstructing a station building are also required: ${\bullet}$ High strength materials: Concrete filled steel tube ("CFT") columns made of high-strength concrete and steels; ${\bullet}$ New joint system: Combination of outer diaphragm and aluminium spray jointing; ${\bullet}$ Various dampers including corrugated steel-plate walls, rotational friction dampers, oil dampers, and inverted-pendulum adaptive tuned mass damper (ATMD): Installed as appropriate; and ${\bullet}$ Foundation system: Piled raft foundation, soil cement earth-retaining wall construction, and beer bottle shaped high-strength CFT piles.
HRIV(Hybrid Rule-Interval Variation) method is presented to stabilize a class of nonlinear systems, where SMC(Sliding Mode Control) and ADC (ADaptive Control) schemes are incorporated to overcome the unstable characteristics of a conventional FLC(Fuzzy Logic Control). HRIV method consists of two modes: I-mode (Integral Sliding Mode PLC) and R-mode(RIV method). In I-mode, SMC is used to compensate for MAE(Minimum Approximation Error) caused by the heuristic characteristics of FLC. In R-mode, RIV method reduces interval lengths of rules as states converge to an equilibrium point, which makes the defined Lyapunov function candidate negative semi-definite without considering MAE, and the new uncertain parameters generated in R-mode are compensated by SMC. In RIV method, the overcontraction problem that the states are out of a rule-table can happen by the excessive reduction of rule intervals, which is solved with a dynamic modification of rule-intervals and a transition to I-mode. Especially, HRIV method has advantages to use the analytic upper bound of MAE and to reduce Its effect in the control input, compared with the previous researches. Finally, the proposed method is applied to stabilize a simple nonlinear system and a modified inverted pendulum system in simulation experiments.
채터링 현상은 VSS의 주요한 약점이며 이 문제를 극복하기위하여 많은 연구들이 발표되었다. 슬라이딩 섹터 이론이 최근에 발표되었으며, 섹터 안에서 제어입력 없이 상태의 놈이 감소하고 상태가 섹터 안에 있는 동안에 상태의 놈은 영으로 수렴한다. 슬라이딩 섹터 이론은 기본적인 연구단계에 있으며 선형시스템에 대하여 연구되어있다. 본 논문에서는 슬라이딩 섹터를 이용하여 불안정한 비선형시스템의 추적제어하는 새로운 방식을 제안하며 슬라이딩 섹터에 리아프노프 함수를 이용하여 안정도를 분석한다. 역진자 시스템에 컴퓨터 시뮬레이션을 통하여 제안한 슬라이딩 섹터 제어가 채터링을 줄일 수 있는 것을 확인한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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