In order to design a high-performance controller with excellent positioning and tracking performance, an optimal tuning method based on the integrated design concept is studied. DOBs, feedforward controllers and CCC are applied to control the bi-axial linear servomechanism. To derive accurate dynamic models of mechanical subsystems equipped with linear servos for the integrated tuning, system identification processes are conducted through the sine sweeping. An optimal tuning problem with stability, robustness and overshoot constraints is formulated as a nonlinear constrained optimization problem. Optimal gains are obtained through the SQP method. Experimental results confirm that both tracking and contouring errors are significantly reduced by applying the proposed controller and integrated tuning method.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권2호
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pp.865-874
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2019
A controller for an underwater glider is presented. Considered underwater glider is a torpedo-shaped autonomous underwater vehicle installing adjustable buoyancy bag and movable battery in it. The controller is composed of an LQR controller to maintain zigzag vertical movement for gliding and two PD controllers to control elevator/rudder angles. The LQR controller controls the pumping speed into the buoyancy bag and the moving speed to locate the battery. One of the PD controller controls the elevator angle to assist the LQR controller, and the other controls the rudder angle to adjust the direction of the underwater glider. A reduced order Luenberger observer is adopted to estimates the center of gravity of the glider and the buoyancy mass that are essential but cannot be measured. Mathematical simulation using Matlab proved the validity of the proposed controller to obtain better performance than conventional LQR only controller under the influence of sea current.
This paper introduces the design of a reduced order observer with unknown inputs for the purpose of fault detection and isolation(FDI) in a class of bilinear systems. To Analyze the observer and FDI, this paper uses BPF(block-pulse functions). The operational properties of BPF are much applied to the analysis of bilinear systems. The integral operational matrix BPF converts the form of the differential equation into the algebraic problems.
A scheme of observer-based MFAC(Model Following Acceleration Control) system is proposed for the DC servo position control system. The proposed system is competed of MFAC, feedback controller, and reduced-order state observer. As the servo motor is controlled by the acceleration command, the total servo system becomes the acceleration control system. Simulation results show that the proposed system have robust properties against parameter variations and external disturbances.
This paper presents a control-oriented dynamical model of a towing rope system with variable-length. In this system, a winch driven by a motor's torque uses the towing rope to pull a cart. In general, it is a difficult and complicated process to obtain an accurate mathematical model for this system. In particular, if the rope length is varied by operating the winch, the varying rope dynamics needs to be considered, and the key physical parameters need to be re-identified... However, real time parameter identification requires long computation time for the control scheme, and hence undesirable control performance. Therefore, in this article, the rope is modeled as a straight massless segment, with the mass of rope being considered partly with that of the cart, and partly as halfway to the winch. In addition, the changing spring constant and damping constant of the towing rope are accounted for as part of the dynamics of the winch. Finally, a reduced-order observer-based servomechanism controller is designed for the system, and the performance is evaluated by computer simulation.
본 논문에서는 외란이 존재하는 로보트 시스템에 대하여, 축소차수관측기를 사용하여 강인한 디지털 제어기의 설계방법을 다루었다. 대부분의 로보트 매니퓰레이터 경우는 상태변수 모두를 측정할 수 없기 때문에 측정할 수 없는 상태변수들은 추정되거나 재구성되어야 한다. 또 다른 문제점들은 미분불가능한 쿨롱마찰력과 같은 비선형 성분, 중력에 의한 외란, 그리고 구동모터와 매니퓰레이터 사이에 존재하는 뒤틀림 스프링 효과이다. 제어기의 설계는 측정가능한 상태변수와 축소차수 관측기에 의하여 추정한 상태변수들을 궤환시키고 출력 쪽에 이산적분기를 첨가하여 구성하였다. 제어기의 궤환이득은 우선 최적제어이론에 의해 구하고, 만약 시스템 응답이 리미트싸이클을 가지면 혼성시스템에 대한 기술함수법을 적용해서 제어기의 이득을 재조정하여 리미트싸이클을 제거하였다.
In this paper, the problem of regulation in the presence of a known firing disturbance is considered. We show how one can apply a disturbance-utilizing control(DUC) theory to a actual gun servo model. Applied disturbance-utilizing control theory is established by combining LQ regulator and reduced order observer in the discrete time domain. To see the performance of the applied method, computer simulation results are given.
This paper presents a 3-DOF hovering flight controller for a model helicopter using the minimal order LQG/LTR technique. A model helicopter is an unstable multi-input multi-output nonlinear system strongly exposed to disturbances, so a robust multi-variable control theory should be applied to control it. The minimal order LQG/LTR technique which uses a reduced-order observer in the LTR procedure is used to design the controller. Performances for the 3-DOF hovering flight controller are evaluated through computer simulations.
We present a new state-space approach to construct a dynamic output feedback controller which stabilizes a class of linear time invariant systems. All the states of the given system are not measurable and only the output is used to design the stabilizing control law. In the design scheme, however, we first assume that the given system can be stabilized by a feedback law composed of the output and its derivatives of a certain order. Beginning with this assumption, we systematically construct a dynamic system which removes the need of the derivatives. The main advantage of the proposed controller is regarding the controller order, which may be smaller than that of conventional output feedback controller. Using a simple numerical example, it is shown that the order of the proposed controller is indeed smaller than that of reduced-order observer based output feedback controller.
This paper proposes a field-oriented control strategy without speed sensor in overall speed range. At low speed region including zero speed, the electrical saliency which is due to the main flux saturation is used in order to estimate an instantaneous flux position. This electrical saliency can be obtained from the difference of high frequency impedance by the high frequency signal injection. This method enables the stable operation at zero speed or stator frequency even under heavily loaded condition. However, because of the high frequency signal injection the loss and noise in motor increase and the voltage margin is reduced as the motor speed increases. Therefore, this algorithm must be supplemented with the algorithm based on the electrical model of motor, which is conventionally used in the region except the low speed. This paper proposes the combination algorithm between the high frequency signal infection method and the adaptive observer, in which the rotor flux and motor speed can be simultaneously estimated by the adaptive control theory. This combination algorithm enables the stable operation of field-oriented speed control without speed sensor in overall speed range. This is verified by experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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