An Independent Administrative Corporation Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) is developing light-and-small Autonomous Underwater Vehicles (AUV)$^{1)}$, named 'MR-X1' (Marine Robot Experimental 1), which can cruise, investigate and observe by itself without human's help. In this paper, we consider the motion control problem of 'MR-X1' and derive a controller. Since the dynamic property of 'MR-X1' is changed by the influence of the speed, the mathematical model of 'MR-X1' becomes the nonlinear model. In order to design a controller for 'MR-X1', we generally apply nonlinear control theories or linear control theories with some constant speed situation. If we design a controller by applying Linear Quadratic (LQ) optimal control theory, the obtained controller only compensates t e optimality at the designed speed situation, and does not compensate the stability at another speed situations. This paper proposes a controller design method using Linear Matrix Inequalities (LMIs)$^{2),3),4)}$, which can adapt the speed variation of 'MR-X1'. And examples of numerical analysis using our designed controller are shown.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.1
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pp.56-62
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2001
In this paper, skyhook control of a semi-active ER(Electro-Rheological) damper is investigated. The strength of the ER damper is controlled by a high voltage power supply. This paper deals with a two-degree-of-freedom suspension using the damper with ERF for a quarter vehicle system. The control law for semi-active suspensions modeled in this study is developed using skyhook and Linear Quadratic Regulator(LQR) optimal control method. Computer simulation and experimental results show that the semi-active suspension with ERF damper has good performances of ride quality.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.10
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pp.1006-1013
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2011
In this paper, we propose an optimal posture control law for an unmanned bicycle by deriving linear bicycle model from fully nonlinear differential equations. We calculate each equilibrium point of a bicycle under any given turning radius and angular speed of rear wheel. There is only one equilibrium point when a bicycle goes straight, while there are a lot of equilibrium points in case of turning. We present an optimal equilibrium point which makes the leaning input minimum when a bicycle is turning. As human riders give rolling torque by moving center of gravity of a body, many previous studies use a movable mass to move center of gravity like humans do. Instead we propose a propeller as a new leaning input which generates rolling torque. The propeller thrust input makes bicycle model simpler and removes input magnitude constraint unlike a movable mass. The proposed controller can hold optimal equilibrium points using both steering input and leaning input. The simulation results on linear control for circular motion are demonstrated to show the validity of the proposed approach.
This paper presents a technique, which identifies both process noise covariance and sensor noise covariance by using innovation correlation test. A correlation test, which checks whether the square root Kalman filter is workingly optimal or not, is given. The system is stochastic autoregressive moving-average model with auxiliary white noise Input. The linear quadratic Gaussian control is used for minimizing stochastic cost function. This paper indentifies Q, R, and estimates parametric matrics $A(q^{-1}),B(q^{-1}),C(q^{-1})$ by means of extended recursive least squares and model reference control. And The proposed technique has been validated in simulation results on the fourth order system.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.3
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pp.451-458
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2012
This paper addresses the problem that policy iteration (PI) for continuous-time (CT) systems requires explorations of the state space which is known as persistency of excitation in adaptive control community, and as a result, proposes a PI scheme explorized by an additional probing signal to solve the addressed problem. The proposed PI method efficiently finds in online fashion the related CT linear quadratic (LQ) optimal control without knowing the system matrix A, and guarantees the stability and convergence to the LQ optimal control, which is proven in this paper in the presence of the probing signal. A design method for the probing signal is also presented to balance the exploration of the state space and the control performance. Finally, several simulation results are provided to verify the effectiveness of the proposed explorized PI method.
The decentralized static output feedback design problem is considered. A constrained trust region method is developed that solves this optimal control problem when a complete set of state variables is not available. The considered problem is interpreted as a non-linear (non-convex) constrained matrix optimization problem. Then, a decentralized constrained trust region method is developed for this problem class exploiting the diagonal structure of the problem and using inexact computations. Finally, numerical results are given for the proposed method.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.9
no.12
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pp.969-976
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2003
A remote control strategy for vehicles in Intelligent Vehicle Highway System (IVHS) is considered. An optimal scheduling of a limited communication channel is proposed for lead vehicle control in a platoon. The optimal scheduling problem is to find the optimal communication sequence that minimizes the cost obtained inherently by an optimal control without the communication constraint. In this paper, the PID control law which guarantees the string stability is used for the lead vehicle control. The fact that the PID control law is equivalent to the approximately linear quadratic tracker allows to obtain the performance measure to find an optimal sequence. Simulations are conducted with five maneuvering platoons to evaluate the optimality of the obtained sequence.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.19
no.3
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pp.235-252
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2015
Optimal impact angle control guidance law and its variants for intercepting a maneuvering target are introduced in this paper. The linear quadratic(LQ) optimal control theory is reviewed first to setup framework of guidance law derivation, called the sweep method. As an example, the inversely weighted time-to-go energy optimal control problem to obtain the optimal impact angle control guidance law for a fixed target is solved via the sweep method. Since this optimal guidance law is not applicable for a moving target due to the angle mismatch at the impact instant, the law is modified to three different biased proportional navigation(PN) laws: the flight path angle control law, the line-of-sight(LOS) angle control law, and the relative flight path angle control law. Effectiveness of the guidance laws are verified via numerical simulations.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.34
no.5
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pp.173-178
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1985
The control of a linear system with random coefficients is discussed here. The cost function is of a quadratic form and the random coefficients are assumed to be completely observable by the controller. Stochastic Process involved in the problem by the controller. Stochastic Process involved in the problem formulation is presented to be the unique strong solution to the corresponding stochastic differential equations. Condition for the optimal control is represented through the existence of solution to a Cauchy problem for the given nonlinear partial differential equation. The optimal control is shown to be a linear function of the states and a nonlinear function of random parameters.
A phase-locked loop control system designed by using the linear quadratic regulator approach is presented in this paper. The system thus designed is optimal system when system is in locked state and the parameter value of loop filter which is an active PI filter can be obtained easily. By considering the structure of loop filter of phase-locked loop is included in the process to be controlled, a type 1 servo system can be constructed when voltage control oscillator is considered as an integrator. The integral gain of the proposed system obtained by linear quadratic regulator approach can be used as an optimal value to design the parameter of loop filter. The implemented result in controlling the second-order lag pressure process by using the proposed scheme show that the system response is fast with no overshoot and no steady-state error. Furthermore, the experimental results are also shown in term of output disturbance effect rejection, tracking and process parameter changed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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