This paper treats with the sub-optimal control problem of noninear systems by approximation method. This method involves the approximation by linearization which provides the sub-optimal solution of non-linear control problems. The result of this work shows that, in the problem in which the controlled plant is characterized by an ordinary differential equation of first order, the solution obtained by this method coincides with the exact solution of problem. In of case of the second or higher order systems, it is proved analytically that this method of linearization produces the sub-optimal solution of the given problem. It is also shown that the sub-optimality of solution by the method can be evaluated by introducing the upper and lower bounded performance indices. Discussion is made on the procedure with some illustrative examples whose performance indices are given in the quadratic forms.
This paper considers the design and analysis of one-step ahead optimal and adaptive controllers, under the restriction that a known constraint on the input amplitude is imposed. It is assumed that the discrete-time single-input, single-output system to be controlled is linear, except for inequality constraints on the input. The objective function to be minimized is an one-step quadratic function, where polynomial weights on the input and output are included. Both the known parameter and unknown parameter (indirect adaptive controller) cases are examined.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.3
no.3
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pp.397-402
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2005
The guaranteed cost control problem for a class of linear systems with norm-bounded time-varying parameter uncertainties and input constraints is considered. A sufficient condition for the existence of guaranteed cost state feedback controllers is derived via the linear matrix inequality (LMI) approach, and a design procedure to guaranteed cost controllers is given. Furthermore, a convex optimization problem is formulated to determine the optimal guaranteed cost controller. An example is given to illustrate the effectiveness of the proposed results.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.1
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pp.34-39
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2015
In this paper, a finite impulse response (FIR) filter is proposed for discrete-time nonlinear systems. The proposed filter is designed by combining the estimate of the perturbation state and nominal state. The perturbation state is estimated by adapting the optimal time-varying FIR filter for the linearized perturbation model and the nominal state is directly obtained from the nonlinear nominal trajectory model. Since the FIR structured estimators use the finite horizon information on the most recent time interval, the proposed extended FIR filter satisfies the bounded input/bounded output (BIBO) stability, which can't be obtained from infinite impulse response (IIR) estimators. Thus, it can be expected that the proposed extended FIR filter is more robust than IIR structured estimators such as an extended Kalman filter for the round-of errors and the uncertainties from unknown initial states and uncertain system model parameters. The simulation results show that the proposed filter has better performance than the extended Kalman filter (EKF) in both robustness and fast convergency.
The problem being considered here is the determination of optimal guidance laws for a launch vehicle for scientific missions. The optimal guidance commands are determined in the sense that the least amount of fuel is used. A numerical solution was obtained for the case where the position and velocity state variables satisfy a specified constraint at the time of thrust cutoff. The method used here is based on the Pontryagin's maximum principle. This is the method of solving a problem in the calculus of variations. In particular, it applies to the problem considered here where the magnitude of the control is bounded. Simulations for the optimal guidance algorithm, during the 2nd and the 3rd-stage flight of the Japanese rocket M-3H-3, are carried out. The results show that the guided trajectory that satisfying the terminal constraints is optimal, and the guidance algorithm works well in the presence of some errors during the 1st-stage pre-programmed guidance phase.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.2
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pp.63-71
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2002
This paper examines the ASCE first generation benchmark problem for a seismically excited cable-stayed bridge, and proposes a new semi-active control strategy focusing on inclusion of effects of control-structure interaction. This benchmark problem focuses on a cable-stayed bridge in Cope Girardeau, Missouri, USA, for which construction is expected to be completed in 2003. Seismic considerations were strongly considered in the design of this bridge due to the location of the bridge in the New Madrid seismic zone and its critical role as a principal crossing of the Mississippi River. In this paper, magnetorheological(MR) fluid dampers are proposed as the supplemental damping devices, and a clipped-optimal control algorithm is employed. Several types of dynamic models for MR fluid dampers, such as a Bingham model, a Bouc-Wen model, and a modified Bouc-Wen model, are considered, which are obtained from data based on experimental results for full-scale dampers. Because the MR fluid damper is a controllable energy-dissipation device that cannot add mechanical energy to the structural system, the proposed control strategy is fail-safe in that bounded-input, bounded-output stability of the controlled structure is guaranteed. Numerical simulation results show that the performance of the proposed semi-active control strategy using MR fluid dampers is quite effective.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.3
no.1
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pp.101-108
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1997
The initial token value required to the optimal performance of discrete event systems can be decided by Sum of Delay Time and Synchronic Time ratio, which are new synchronic variables in Timed Place Petri Nets. For the system consisting of two Live-and-Bounded circuits(LB-circuits) fused in common Transition-Transition-Path or common Place-Place-Path, we prove that the Synchronic Time Ratio is the initial token ratio between two LB-circuits to optimally perform system functions. These results are generalized and formulated as a theorem. The initial tokens of a specific place can imply shared resources. Using the theorem, we can decide the minimum number of the shared resources to obtain the optimal performance, and minimize the idling time of resources. As an example, an automated assembly system is modeled by Timed Place Petri Net, and the initial tokens to achieve the optimal system performance are identified. All the values are verified by simulation.
In [2], we have shown that the optimal boundary controls for hyperbolic systems in L$^{2}$-spaces can be attained in a feedback form via Riccati operators. A number of authors [1, 5, 7 and 10] have investigated approximations of Riccati operators arising in distributed parameter systems. They assumed bounded controls for parabolic systems. However, we in this paper study Galerkin approximations of Riccati operators and feedback controls for hyperbolic systems with unbounded control actions. Let us briefly introduce some results of [2]. Let .ohm. be an open bounded region in R$^{n}$ with smooth boundary .GAMMA. where n is a fixed positive integer. We consider a strictly hyperbolic differential operator H(x) of order 1 on .ohm. with noncharacteristic boundary on .GAMMA.
In this paper, Nonlinear VSS control based on bang-bang control concept is derived under the assumption that the control input is bounded. We try to derive control algorithm which has almost same performance as the time optimal control. We focus this control scheme on the real implementation of DC motor position controller of flexible link, i.e. we obtain the switching curves from the real data of DC motor system operating under the full maximum and minimum applied voltages. State space is separated into several regions and we set different switching surfaces in each region to reduce chattering problem. The efficiency of the proposed controller is compared with PID controller and it is shown that the controller converges fast than PID controller without chattering. The hybrid controller scheme is also proposed not only to control the position of hub but also to reduce the vibration of end tip of flexible link.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.3
no.3
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pp.176-180
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2001
In this papers, we derive a simple kinematic and dynamic formulation of an unmanned electric bicycle. We also check the controllability of the stabilization problem of bicycle. We propose a new control algorithm for the self stabilization of unmanned bicycle with bounded wheel speed and steering angle by using nonlinear control based on the sliding patch and stuck phenomena which was introduced by W. Ham. We also propose a sort of optimal control strategy for steering angle and driving wheel speed that make the length of bicycle\`s path be the shortest. From the computer simulation results, we prove the validity of the proposed control algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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