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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.11
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pp.2730-2741
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1993
A mathematical model of the seeker scan-loop which is composed of a spin-stabilized gyroscope and its driving signal processors is derived. The derived model has a transmission zero pair on the imaginary axis near to the required bandwidth. The LQG/LTR design methodology is evolved for the derived scan-loop model. To implement the designed LQG/LTR compensator to the actual plant, the compensator order is reduced using the internally balanced realization method. The performances of the LQG/LTR compensator are tested and compared with those of the P-control. Especially, stability-robustnessexperiments for model uncertainties represented in the form of time-delays are performed. It is demonstrated that the LQG/STR compensator is actually very robust to model uncertainties.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.9
no.1
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pp.59-69
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2001
The rotor blade is modeled using a composite box beam with arbitrary wall. The active constrained damping layers are bonded to the upper and lower surfaces of the box beam to provide active and passive damping. A finite element model, based on a hybrid displacement theory, is used in the structural analysis. The theory is capable of accurately capturing the transverse shear effects in the composite primary structure, the viscoelastic and the piezoelectric layers within the ACLs. A reduced order model is derived based on the Hankel singular value. A linear quadratic Gaussian (LQG) controller is designed based on the reduced order model and the available measurement output. However, the LQG control system fails to stabilize the perturbed system although it shows good control performance at the nominal operating condition. To improve the robust stability of LQG controller, the loop transfer recovery (LTR) method is applied. Numerical results show that the proposed controller significantly improves rotor aeromechanical stability and suppresses rotor response over large variations in rotating speed by increasing lead-lag modal damping in the coupled rotor-body system.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.1
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pp.1-9
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2006
This paper presents the modeling and multivariable feedback control of a novel high-precision multi-dimensional positioning stage. This integrated 6-degree-of-freedom. (DOF) motion stage is levitated by three aerostatic bearings and actuated by 3 three-phase synchronous permanent-magnet planar motors (SPMPMs). It can generate all 6-DOF motions with only a single moving part. With the DQ decomposition theory, this positioning stage is modeled as a multi-input multi-output (MIMO) electromechanical system with six inputs (currents) and six outputs (displacements). To achieve high-precision positioning capability, discrete-time integrator-augmented linear-quadratic-regulator (LQR) and reduced-order linearquadratic-Gaussian (LQG) control methodologies are applied. Digital multivariable controllers are designed and implemented on the positioning system, and experimental results are also presented in this paper to demonstrate the stage's dynamic performance.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1995.04b
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pp.256-261
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1995
To improve the performance of the robots they must be built ever lighter, which will lead to flexibility of the links. The full order of the flexible link manipulator dynamic system does not allow the determination of a feedback linearization control as for flexible link manipulator regard low mode. In this paper, this drawback is overcome by LQG/LTR controller which is designed bya corrected reduced modle based on the singular perturbation method.
In this study, an ROC(Reduced Order Controller) is designed to increase the flutter velocity of an aircraft wing, and the effect of ROC on the flight performance is also analyzed. The aircraft wing used in the paper is modelled as a 3 DOF two-dimensional rigid body. In the disign of controller, LQG and BACR(Balanced Augmented Controller Reduction) strategy is used as control algorithm and controller reduction method respectively. Simulation has been conducted to evaluate the effectiveness of ROC on the active flutter control, compared to FOC(Full Order Controller). It has been found that ROC using BACR is much effective than FOC in the sense of computation effort, without sacrificing the active flutter control performance.
In this paper a new approach to obtain the solution of the linear-quadratic Gaussian control problem for singularly perturbed discrete-time stochastic systems is proposed. The alogorithm proposed is based on exploring the previous results that the exact solution of the global discrete algebraic Riccati equations is found in terms of the reduced-order pure-slow and pure-fast nonsymmetric continuous-time algebraic Riccati equations and, in addition, the optimal global Kalman filter is decomposed into pure-slow and pure-fast local optimal filters both driven by the system measurements and the system optimal control input. It is shown that the optimal linear-quadratic Gaussian control problem for singularly perturbed linear discrete systems takes the complete decomposition and parallelism between pure-slow and pure-fast filters and controllers.
This paper presents a design method of dynamic positioning control system(DPS) for floating Platform with rotatable and retractable thrusters using H$\infty$ servo control design method. The norm band of uncertainty is captured by multiplicative perturbation between nominal model and reduced order model. A controller robust to the uncertainty is designed applying H$\infty$ synthesis. The control law satisfying robust stability and nominal performance condition is determined through the mixed sensitivity approach. The control algorithm was evaluated on the basis of computer simulation for a proposed DPS design method and experiments was carried out with an image processing method for measurement of DPS position in a water tank The results of overall experiments show that proposed control method will be good to keep at a specified position. And they are compared with the experimental results by LQG synthesis and H$\infty$ optimal control design method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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