Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.5
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pp.339-345
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2016
This paper presents a robust speed control of an autonomous vehicle using a disturbance observer. For the purpose, the transfer function of speed dynamics of an autonomous vehicle is identified using step response data. Based on the identified transfer function, model based PID (Proportional-Integral-Derivative) control is designed. In order to design a robust control against load variations on the vehicle, a disturbance observer (DOB) based control is devised. The performance of the designed DOB based control is demonstrated by real experiments.
This paper presents a model-free system based on a framework of a backstepping sliding mode control (BSMC) with a radial basis function neural network (RBFNN) and adaptive mechanism for electro-hydraulic systems (EHSs). First, an EHS mathematical model was dedicatedly derived to understand the system behavior. Based on the system structure, BSMC was employed to satisfy the output performance. Due to the highly nonlinear characteristics and the presence of parametric uncertainties, a model-free approximator based on an RBFNN was developed to compensate for the EHS dynamics, thus addressing the difficulty in the requirement of system information. Adaptive laws based on the actor-critic neural network (ACNN) were implemented to suppress the existing error in the approximation and satisfy system qualification. The stability of the closed-loop system was theoretically proven by the Lyapunov function. To evaluate the effectiveness of the proposed algorithm, proportional-integrated-derivative (PID) and improved PID with ACNN (ACPID), which are considered two complete model-free methods, and adaptive backstepping sliding mode control, considered an ideal model-based method with the same adaptive laws, were used as two benchmark control strategies in a comparative simulation. The simulated results validated the superiority of the proposed algorithm in achieving nearly the same performance as the ideal adaptive BSMC.
Recently, the importance of elemental technologies constituting smart factories is increasing due to the 4th Industrial Revolution, and simulation is widely used as a tool to learn these technologies. In particular, PID control is an automatic control technique used in various fields, and most of them analyze mathematical models in certain situations or research on application development with built-in controllers. In actual educational environment requires PID simulator training as well as PID control principles. In this paper, we propose a model that enables education and practice of various PID controls through 3D simulation. The proposed model implemented virtual balls and Fan and implemented PID control by configuring a system so that the force can be lifted by the air pressure generated in the Fan. At this time, the height of the ball was expressed in a graph according to each gain value of the PID controller and then compared with the actual system, and through this, satisfactory results sufficiently applicable to the actual class were confirmed. Through the proposed model, it is expected that the rapidly increasing elemental technology of smart factories can be used in various ways in a remote classroom environment.
In this paper, an adaptive mechanism based on immune algorithm is designed and it is applied to the driving control of the autonomous guided vehicle(AGV). When the immune algorithm is applied to the PID controller, there exists the case that the plant is damaged by the abrupt change of PID parameters since the parameters are adjusted almost randomly. To solve this problem, a neural network used to model the plant and the parameter tuning of the model is performed by the immune algorithm. After the PID parameters are determined through this off-line manner, these parameters are then applied to the plant for the on-line control using immune adaptive algorithm. Moreover, even though the neural network model may not be accurate enough initially, the weighting parameters are adjusted more accurately through the on-line fine tuning. The experiment for the control of steering and speed of AGV is performed. The results show that the proposed controller provides better performances than other conventional controllers.
A nonlinear process-model based control for main steam temperature control of a 100MW oil-fired drum-type fossil power plant is delveloped and its performances are compared to those of the conventional PID control. The process model for simulation is derived based "first priciple approach" and is validated in steady and transient conditions. The model is in good agreements with the field test data. Performances of the nonlinear PMBC for main steam temperature control are far superior to those of PID in all aspects for the disturbances of ramp increase in load and step change in fuel Btu value.
The PID (Proportional-Integral-Derivative) controller is widely used in the industries for more than fifty years with the well known Ziegler-Nichols tuning method and others varieties. However, most of the PID controller being used in the real practice still require trial and error adjustment for each process after the tuning method is done, which is consuming of time and needs the operator experiences to obtain the best results for the controller parameter. In order to reduce the inconvenience in the controller tuning, this paper presents a design of an automatic PID controller parameter analyzer being used as a support instrument in the industrial process control. This analyzer is designed based on the tuning formula of Dahlin to synthesize the PID controller parameter. Using this analyzer, the time to be spent in the trial and error procedures and its complexity can be neglected. Experimental results using PID controller parameter synthesized from this analyzer to the liquid level control plant model and the fluid flow control plant model show that the responses of the controlled systems can be efficiently controlled without any difficulty in mathemathical computation.
Recently, two degrees of freedom PID control systems have attracted attention, because of their better process control quality for both set point variable tracking and disturbance resistivity than that of conventional PID control systems. This paper describes a new auto-tuning method for the two degrees of freedom PID control system based on a newly developed model matching method in the frequency domain. This new method has been introduced into a two degrees of freedom PID auto-tuning controller, named AdTune TOSDIC-21D8. The superior features of the controller and the results of field tests Are presented.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.15
no.8
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pp.792-797
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2009
This paper presents the evaluation of PID and fuzzy control logic for the lateral position control of a moving web in roll-to-roll (R2R) printed electronics. In addition, we report the implementation of computer simulation software that enables us to develop the control logic in a graphic user interface and to test the controller performance in 3D dynamic environment. A mathematical model of the web dynamics is described first to explain the lateral motion of a moving web. Based on the model, PID and fuzzy controllers are designed, and embedded in the simulation software. Under the simulation conditions for fabricating RFID antenna by R2R printing, the results indicate that the fuzzy controller shows a better performance and can be more suitable for R2R multi-layer printed electronics.
Since the nonlinearity and uncertainties which inherently exist in vehicle system need to be considered in active suspension control law design, this paper proposes a new control strategy for active vehicle suspension systems by using a combined control scheme, i.e., respectively using a genetic algorithm (GA) based self-tuning PID controller and a fuzzy logic controller in two loops. In the control scheme, the PID controller is used to minimize vehicle body vertical acceleration, the fuzzy logic controller is to minimize pitch acceleration and meanwhile to attenuate vehicle body vertical acceleration further by tuning weighting factors. In order to improve the adaptability to the changes of plant parameters, based on the defined objectives, a genetic algorithm is introduced to tune the parameters of PID controller, the scaling factors, the gain values and the membership functions of fuzzy logic controller on-line. Taking a four degree-of-freedom nonlinear vehicle model as example, the proposed control scheme is applied and the simulations are carried out in different road disturbance input conditions. Simulation results show that the present control scheme is very effective in reducing peak values of vehicle body accelerations, especially within the most sensitive frequency range of human response, and in attenuating the excessive dynamic tire load to enhance road holding performance. The stability and adaptability are also showed even when the system is subject to severe road conditions, such as a pothole, an obstacle or a step input. Compared with conventional passive suspensions and the active vehicle suspension systems by using, e.g., linear fuzzy logic control, the combined PID and fuzzy control without parameters self-tuning, the new proposed control system with GA-based self-learning ability can improve vehicle ride comfort performance significantly and offer better system robustness.
Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.59
no.1
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pp.44-54
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2023
In this study, the second-order Nomoto's nonlinear expansion model was implemented as a Tagaki-Sugeno fuzzy model based on the heading angular velocity to design the automatic steering system of a ship considering nonlinear elements. A Tagaki-Sugeno fuzzy PID controller was designed using the applied fuzzy membership functions from the Tagaki-Sugeno fuzzy model. The linear models and fuzzy membership functions of each operating point of a given nonlinear expansion model were simultaneously tuned using a genetic algorithm. It was confirmed that the implemented Tagaki-Sugeno fuzzy model could accurately describe the given nonlinear expansion model through the Zig-Zag experiment. The optimal parameters of the sub-PID controller for each operating point of the Tagaki-Sugeno fuzzy model were searched using a genetic algorithm. The evaluation function for searching the optimal parameters considered the route extension due to course deviation and the resistance component of the ship by steering. By adding a penalty function to the evaluation function, the performance of the automatic steering system of the ship could be evaluated to track the set course without overshooting when changing the course. It was confirmed that the sub-PID controller for each operating point followed the set course to minimize the evaluation function without overshoot when changing the course. The outputs of the tuned sub-PID controllers were combined in a weighted average method using the membership functions of the Tagaki-Sugeno fuzzy model. The proposed Tagaki-Sugeno fuzzy PID controller was applied to the second-order Nomoto's nonlinear expansion model. As a result of examining the transient response characteristics for the set course change, it was confirmed that the set course tracking was satisfactorily performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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