• International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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• 제12권1호
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• pp.16-23
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• 2011

In this paper, nonlinear model predictive control (NMPC) is addressed to develop formation guidance for multiple unmanned aerial vehicles. An NMPC algorithm predicts the behavior of a system over a receding time horizon, and the NMPC generates the optimal control commands for the horizon. The first input command is, then, applied to the system and this procedure repeats at each time step. The input constraint and state constraint for formation flight and inter-collision avoidance are considered in the proposed NMPC framework. The performance of NMPC for formation guidance critically degrades when there exists a communication failure. In order to address this problem, the modified optimal guidance law using only line-of-sight, relative distance, and own motion information is presented. If this information can be measured or estimated, the proposed formation guidance is sustainable with the communication failure. The performance of this approach is validated by numerical simulations.

• International Journal of Control, Automation, and Systems
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• 제2권1호
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• pp.15-22
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• 2004

Some recent advances in stability and optimality for the nonlinear receding horizon control (NRHC) or the nonlinear model predictive control (NMPC) are assessed. The NRHCs with terminal conditions are surveyed in terms of a terminal state equality constraint, a terminal cost, and a terminal constraint set. Other NRHCs without terminal conditions are surveyed in terms of a control Lyapunov function (CLF) and cost monotonicity. Additional approaches such as output feedback, fuzzy, and neural network are introduced. This paper excludes the results for linear receding horizon controls and concentrates only on the analytical results of NRHCs, not including applications of NRHCs. Stability and optimality are focused on rather than robustness.

• 로봇학회논문지
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• 제17권3호
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• pp.359-364
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• 2022

This study presents a nonlinear model predictive control (NMPC)-based obstacle avoidance and whole-body motion planning method for the mobile manipulators. For the whole-body motion control, the mobile manipulator with an omnidirectional mobile base was modeled as a nine degrees-of-freedom (DoFs) serial open chain with the PPR (base) plus 6R (arm) joints, and a swept sphere volume (SSV) was applied to define a convex hull for collision avoidance. The proposed receding horizon control scheme can generate a trajectory to track the end-effector pose while avoiding the self-collision and obstacle in the task space. The proposed method could be calculated using an interior-point (IP) method solver with 100[ms] sampling time and ten samples of horizon size, and the validation of the method was conducted in the environment of Pybullet simulation.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 1992년도 한국자동제어학술회의논문집(국내학술편); KOEX, Seoul; 19-21 Oct. 1992
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• pp.490-495
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• 1992

A neural model predictive control strategy combining a neural network for plant identification and a nonlinear programming algorithm for solving nonlinear control problems is proposed. A constrained nonlinear optimization approach using successive quadratic programming cooperates with neural identification network is used to generate the optimum control law for the complicate continuous/batch chemical reactor systems that have inherent nonlinear dynamics. Based on our approach, we developed a neural model predictive controller(NMPC) which shows excellent performances on nonlinear, model-plant mismatch cases of chemical reactor systems.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제56권10호
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• pp.4437-4445
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• 2024

During the process of bilateral teleoperation, operators not only need to perform complex maintenance tasks but also have to constantly monitor the safety of the operation, leading to reduced operational efficiency. Therefore, in this paper, we introduce a shared autonomous scheme that intervenes in the operator's command input when necessary, autonomously ensuring the safe operation of the manipulator by employing a rolling horizon planning controller based on Nonlinear Model Predictive Control (NMPC). This controller considers the motion boundaries and collision avoidance constraints of the manipulator, accompanied by the design of corresponding objective functions. To validate the effectiveness of the proposed method, we conduct tests on collision-free trajectory tracking and comprehensive performance with collision constraints, confirming the feasibility and excellent performance of the approach.

• 전자공학회논문지SC
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• 제46권6호
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• pp.73-79
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• 2009

운동하는 물체를 제어하기 위한 제어이론은 디지털 컴퓨터(임베디드시스템)를 이용하여 복잡한 신경망 이론, 인공지능 이론, 비선형 모델 예측 제어 이론등이 제어기 설계 단계에서 구현되고 있다. 비행제어 시스템의 비선형 모델 예측 제어 예측기는 구현하는 컴퓨터의 성능과 각종 모듈의 응용프로그램을 하드실시간(Hard Real-Time)으로 처리할 수 있도록 응답 시간을 충족 하여야 한다. 이와 동시에 제어 시스템에의 성능을 충분히 발휘할 수 있는 정확성도 고려하여야 한다. 수학적 영역에서의 오류는 전체 알고리즘 구현에 영향을 준다. 그러나 이러한 수학적 오류 발생 요인은 예측기에서 생성되는 파라미터에서 최종 정확도 계산에 가끔 고려하지 않는다. 본 논문에서는 비행체 제어를 위한 디지털 제어 시스템에서 하드실시간 하중제어 모델 예측기를 구현하고, 알고리즘의 응답시간을 살펴본다. 또한 이에 따른 정밀도를 보장하는 고효율 예측기를 구현하는 알고리즘을 살펴본다. 예측기는 하중 제어 모델에서 오일러 방법, Heun 방법, Runge-kutta 방법, 테일러 방법의 수치적분 알고리즘을 사용하여 구현된다.

• 제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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• 제어로봇시스템학회 2003년도 ICCAS
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• pp.1443-1448
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• 2003

Model Predictive Control (MPC) has recently found wide acceptance in industrial applications, but its potential has been much impounded by linear models due to the lack of a similarly accepted nonlinear modelling or data based technique. The authors have recently developed a new method for obtaining Volterra kernels of up to third order by use of pseudorandom M-sequence. By use of this method, nonparametric NMPC is derived in discrete-time using multi-dimensional convolution between plant data and Volterra kernel measurements. This approach is applied to an industrial polymerisation process using Volterra kernels of up to the third order. Results show that the nonparametric approach is very efficient and effective and considerably outperforms existing methods, while retaining the original data-based spirit and characteristics of linear MPC.

• 전자공학회논문지SC
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• 제47권2호
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• pp.55-59
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• 2010

현재 움직이는 물체의 운동을 제어하기 위해 하중이라는 개념의 사용이 시도되고 있다. 하중이라는 제어 개념으로 불확실성으로 인한 비선형성을 포함한 시스템에서 보다 신뢰성 있는 제어값을 찾기 위해, 기존의 선형화 방법에 의한 상태방정식에서 제어값을 찾는 문제와 달리 비선형 하중 모델에서 직접 제어 값을 찾는 방법이다. 본 논문에서는 동력이 없고 제어되지 않는 자유 낙하 물체를 비선형 하중모델로 구현해보고, 외란에 따라 낙하하는 물체에 작용하는 하중값을 분석해 본다. 또한 이러한 외란에 의해 발생한 하중값에 따른 낙하 경로를 구한다. 본 논문의 연구결과는 비선형 모델 예측 제어 시스템에 적용하여 다 연장로켓, 추진력을 갖지 않은 GPS 유도탄 그리고 우주비행체의 지상귀환 제어시스템의 정밀도 향상을 위해 이용될 수 있다.

• 한국항행학회논문지
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• 제18권3호
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• pp.215-222
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• 2014

본 논문은 패러포일 투하 시스템을 설계하고 분석하는데 있다. 패러포일 시스템의 6-자유도(6-DOF) 모델을 새우고, 비선형 모델 예측 제어와 PID 제어 방법이 펄럭 편 요각을 제어하기 위해 각각 적용되었다. 펄럭 편 요각의 오버슈트 시간 및 세팅 시간의 결과를 비교하면서 PID제어 방법을 사용하는 것으로부터 펄럭 편 요각이 좀 더 안정화 되는 것을 확인하였다. 그런 다음 MATLAB에 의해 수행된 궤적 추종 효과의 시뮬레이션 결과에 의해 궤적 추종 제어기가 설계되었다. 패러포일 궤적의 측 방향 오차가 그것의 측 방향 편차 제어 방법에 의해 제거 될 수 있었다. 참고로 측 방향 편차는 현재 경로계획의 보간법에 의해 얻어졌다. 그리고 설계된 궤적을 사용하면서, 풍 외란을 추가하는 것으로부터 궤적 추종 시스템이 시뮬레이션 되었다. 시뮬레이션 결과는 풍외란이 PID로 제어되는 펄럭 편 요각 변화에 의해 제거됨으로써 설계된 궤적에 아주 만족하였다.