This paper considers the optimal control problem in real-time control systems with random time-delays. It proposes an algorithm which uses the linear quadratic (LQ) control method and a dedicated technique to compensate for the time-delay effects. Since it is assumed that the time-delays are unknown but the probability distribution of the delays are known a priori, the algorithm considers the mean value of the time-delays as a nominal value for random delay compensation. An example is given to show the performance of the proposed algorithm, where an inverted pendulum system is controlled over a controller-area network (CAN). Simulation results show that the proposed algorithm provides good performance results. It is shown that our algorithm is comparable to existing algorithms in both computation cost and performance.
A new neural network (NN) predictive controller (NNPC) algorithm has been developed and tested in the computer simulation of active control of a nonlinear structure. In the present method an NN is used as a predictor. This NN has been trained to predict the future response of the structure to determine the control forces. These control forces are calculated by minimizing the difference between the predicted and desired responses via a numerical minimization algorithm. Since the NNPC is very time consuming and not suitable for real-time control, it is then used to train an NN controller. To consider the effectiveness of the controller on probability of damage, fragility curves are generated. The approach is validated by using simulated response of a 3 story nonlinear benchmark building excited by several historical earthquake records. The simulation results are then compared with a linear quadratic Gaussian (LQG) active controller. The results indicate that the proposed algorithm is completely effective in relative displacement reduction.
Both parametric and parameter-free necessary and sufficient optimality conditions are established for a class of nondiffer-entiable nonconvex optimal control problems with generalized fractional objective functions, linear dynamics, and nonlinear inequality constraints on both the state and control variables. Based on these optimality results, ten Wolfe-type parametric and parameter-free duality models are formulated and weak, strong, and strict converse duality theorems are proved. These duality results contain, as special cases, similar results for minmax fractional optimal control problems involving square roots of positive semi definite quadratic forms, and for optimal control problems with fractional, discrete max, and conventional objective functions, which are particular cases of the main problem considered in this paper. The duality models presented here contain various extensions of a number of existing duality formulations for convex control problems, and subsume continuous-time generalizations of a great variety of similar dual problems investigated previously in the area of finite-dimensional nonlinear programming.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.2
no.1
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pp.61-67
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1999
An active control for the swing of crane systems is very important for increasing the productivity. This article introduces the control for the position and the swing of a crane using the fuzzy learning method. Because the crane is a multi-variable system, learning is done to control both position and swing of the crane. Also the fuzzy control rules are separately acquired with the loading and unloading situation of the crane for more accurate control. And We designed controller by fuzzy learning method, and then compare fuzzy learning method with LQR. The result of simulations shows that the crane is controlled better than LQR for a very large swing angle of 1 radian within nearly one cycle.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.1
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pp.1-9
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2006
This paper presents the modeling and multivariable feedback control of a novel high-precision multi-dimensional positioning stage. This integrated 6-degree-of-freedom. (DOF) motion stage is levitated by three aerostatic bearings and actuated by 3 three-phase synchronous permanent-magnet planar motors (SPMPMs). It can generate all 6-DOF motions with only a single moving part. With the DQ decomposition theory, this positioning stage is modeled as a multi-input multi-output (MIMO) electromechanical system with six inputs (currents) and six outputs (displacements). To achieve high-precision positioning capability, discrete-time integrator-augmented linear-quadratic-regulator (LQR) and reduced-order linearquadratic-Gaussian (LQG) control methodologies are applied. Digital multivariable controllers are designed and implemented on the positioning system, and experimental results are also presented in this paper to demonstrate the stage's dynamic performance.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.04a
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pp.224-229
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1997
This paper compares the control techniques for position control experiments of a fixible robot moving in a vertical plane. The flexible manipulator is modeled as an Euler-beroulli beam. Elastic deformantion is representedusing the assumed model method. A comparison function which satisfies all geometric and natural boundary conditions of a cantilever beam with an end mass is used as an assumed mode shape. Lagrange's equation is utilized for the development of a discretized model. Control schemes are developed using PID control,pole placement control and discrete Linear Quadratic Regulater(LQQ). The effectiveness of the developed control schems are compared using computer simulation in view of practical experiment. The simulation results show that PID control is very effective in practical implementation.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.5
no.2
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pp.123-130
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1999
In discrete-time controlled system, sampling time is one of the critical parameters for control performance. It is useful to employ different sampling rates into the system considering the feasibility of measuring system or actuating system. The systems with the different sampling rates in their input and output channels are named multirate system. Even though the original continuous-time system is time-invariant, it is realized as time-varying state equation depending on multirate sampling mechanism. By means of the augmentation of the inputs and the outputs over one period, the time-varying system equation can be constructed into the time-invariant equation. The two multirate formulations have some trade-offs in the simplicity to construct the controller, the control performance. It is good issue to determine the suitable formulation in consideration of performance of them. In this paper, the two categories of multirate formulations will be compared in terms of the linear quadratic (LQ) cost function. The results are used to select the multirate formulation and the sampling rates suitable to the desired control performance.
A robust H$_{\infty}$ control design methodology and its application to a Space Station attitude and momentum control problem are presented. This new approach incorporates nonlinear multi-parameter variations in the state-space formulation of H$_{\infty}$ control theory. An application of this robust H$_{\infty}$ control synthesis technique to the Space Station control problem yields a remarkable result in stability robustness with respect to the moments-of-inertia variation of about 73% in one of the structured uncertainty directions. The performance and stability of this new robust H$_{\infty}$ controller for the Space Station are compared to those of other controllers designed using a standard linear-quadratic-regulator synthesis technique.que.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.2
no.4
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pp.248-254
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2000
This paper presents and output feedback fuzzy H(sup)$\infty$ control problem for a class of nonlinear systems with time-varying delayed state. The Takagi-Sugeno fuzzy model is employed to represent a nonlinear systems with time-varying delayed state. Using a single quadratic Lyapunov function, the globally exponential stability and disturance attenuation of the closed-loop fuzzy control system are discussed. Sufficient conditions for the existence of fuzzy H(sup)$\infty$ controllers are given in terms of matrix inequalities. Constructive algorithm for design of fuzzy H(sup)$\infty$ controller is also developed. A simulation example is given to illustrate the performance of the proposed design method.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1992.04a
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pp.369-373
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1992
Force control of a planar two-link structurally flexible robotic manipulator is considered in this study. The dynamic model is obtained by using the extended Hamilton's principle and the Galerkin criterion. A method is pressented toobtain the linearized equations of motion in Cartesian space for use in designing the control system. The approachto solving the control problem is to use feedforward and feedback control torques. The feedforward torques maneuver the flexible manipulatro along a nominal trajectory and the feedback torques minimize any deviations from the nominal trajectory. The linear quadratic Gaussian/loop transfer recovery (LQG/LTR) design methodology is explotied to design a robust feedback control system that can handle modeling errors and sensor noise, and operates on Cartesian space trajectory errors. The Lqg/LTR compenstaor together with a feedforward ollp is used to control the flexible manipulator. Simulated results are presented for a numerical example.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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