International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.2
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pp.851-857
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2019
A new robust sliding mode control with disturbance and state observers has been proposed to control the nozzle angle of a water-jet system for a Unmanned Surface Vehicle (USV). As the water-jet system of a ship is subjected to direct disturbances owing to the exposure to the marine environment in water, it requires a robust control. A state observer and a disturbance observer are added to the water jet nozzle control system to achieve a robust control against disturbances. To verify the performance of the proposed algorithm, a test bed is constructed by a propulsion system used in the popular USV. This proposed algorithm has been evaluated by comparing to the existing algorithm through experiments. The results show that the performance of the proposed algorithm is better than that of the conventional PID or sliding mode controller when controlling the steering of the USV with disturbances.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.19
no.3
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pp.394-401
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2010
In this article, we investigate a robust friction compensation scheme for the purpose of accomplishing precision positioning performance a servo mechanical system with nonlinear dynamic friction. To estimate the friction state and tackle robustness problem for uncertainty, a RFNN and reconstructed error compensator as well as a robust friction state observer are developed. The asymptotic stability of the series of friction compensation methodologies are verified from the Lyapunov's stability theory. Some simulations and experiments on a servo mechanical system were carried out to evaluate the effectiveness of the proposed control scheme.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.45
no.5
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pp.8-12
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2008
In this paper, the robust state observer for nonlinear systems with unknown disturbance is proposed. The proposed method has an advantage in that it can reduce the effect of disturbance on estimation error of observer up to a specified level. Therefore, our design a roach can deal with a larger class of uncertain nonlinear system than the existing methods. The sufficient conditions on the existence of robust observer are characterized by well grown linear matrix inequality. Finally, an illustrative example is given to verify the proposed design scheme.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.26
no.10
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pp.2060-2066
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2002
The closed-loop state and input observer is a pole-placement type observer and estimates unknown state and input variables simultaneously. Pole-placement type observers may have poor transient performance with respect to ill-conditioning factors such as unknown initial estimates, round-off error, etc. For the robust transient performance, the effects of these ill-conditioning factors must be minimized in designing observers. In this paper, the transient performance of the closed-loop state and input observer is investigated quantitatively by considering the error bounds due to ill-conditioning factors. The performance indices are selected from these error bounds and are related to the observer robustness with respect to the ill -conditioning factors. The closed-loop state and input observer with small performance indices is considered as a well-conditioned observer from the transient perspective.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.11
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pp.1621-1628
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2004
This paper proposes a design methodology for the robust observer using the eigenstructure assignment in multi-output systems so that the observer is less sensitive to the ill-conditioning factors such as unknown initial estimation error, modeling error and measurement bias in transient and steady-state observer performance. The robustness of the observer can be achieved by selecting the desired eigenvector matrix to have a small condition number that guarantees the small upper bound of the estimation error. So the left singular vectors of the unitary matrix spanned by space of the achievable eigenvectors are selected as a desired eigenvectors. Also, this paper proposes how to select the desired eigenvector based on the measure of observability and designs the observer with small gain. An example of a spindle drive system is simulated to validate the robustness to the ill-conditioning factors in the observer performance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.10
s.253
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pp.1249-1254
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2006
Existing adaptive observers may cause the parameter drifts due to disturbances even if state estimation errors remain small. To avoid the drift phenomena in the presence of bounded disturbances, several robust adaptive observers have been introduced addressing bounds in state and parameter estimates. However, it is not easy for these observers to manipulate the size of the bounds with the selection of the observer gain. In order to reduce estimation errors, this paper introduces the (equation omitted) gain minimization problem in the adaptive observer structure, which minimizes the (equation omitted) gain between disturbances and estimation errors. The stability condition of the adaptive observer is reformulated as a linear matrix inequality, and the observer gain is optimally chosen by solving the convex optimization problem. The estimation performance is demonstrated through a numerical example.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.8
no.8
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pp.639-648
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2002
The stewart platform manipulator is a manipulator that has the closed-loop structure with an upper plate end-effector and a base frame. The stewart platform manipulator has the merit of high working accuracy and high stiffness compared with a serial manipulator. However, this is a complex structure, so controllability of the system is not so good. In this paper, we introduce a new robust motion control algorithm using partial state feedback for a class of nonlinear systems in the presence of modelling uncertainties and external disturbances. The major contribution of this work introduces the development and design of robust observer for the state and the perturbation, which is integrated into a variable structure controller(VSC) structure. The combination of controller/observer improves the control performance, because of the robust routine called sliding mode control with sliding perturbation observer(SMCSPO). Simulation and experiment are performed to apply to the manipulator. And their results show a high accuracy and a good performance.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.5
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pp.1029-1040
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1993
Recently the Time Delay Control (TDC) method has been proposed as a promising technique in the robust control area, where the plants have nonlinear dynamics with parameter variations and substantial disturbances are present. TDC method, however, requires the measurements of all the state variables, together with their derivatives. This requirement imposes a severe limitation on the applications to most real systems. In order to solve this measurement problem, we proposed an observer design method that can stably reconstruct the state variables and their derivatives. the stability of the overall system has been analyzed and proved. Then, for a simulation study, the controller/observer based on our design method has been applied to a nonlinear plant, the result of which confirmed that the controller/observer performs satisfactorily as predicted, Finally we made experimentations on a DC servo motor that is substantial amount of inertia variations and external disturbances. the results showed that the controller/observer performs quite robustly under those variations and disturbances, and is much less sensitive to sensor noise than the controller using numerical differentiations.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.3
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pp.159-169
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2004
In this study, integration control of air-cell seat and semi-active suspension is proposed to minimize the road-tyre force which can cause uncomfortable feeling to rider. The proposed integration control with sliding perturbation observer is consisted of air-cell seat control which uses the force generated by air-cell and the sky-hook control. The air-cell seat itself has been modeled as a 1 degree of freedom spring-damper system. The actual characteristics of the air-cell have been analyzed through experiments. In this paper, we introduces a new robust motion control algorithm using partial state feedback for a nonlinear system with modelling uncertainties and external disturbances. The major contribution of this work is the development and design of robust observer for the state and the perturbation. The combination skyhook controller and air-cell controller using the observer improves control performance, because of the robust routine called Sliding Observer Design for Integration Control of Air-Cell Seat and Semi-active Suspension. The simulation results show a high accuracy and a good performance.
This paper concerns the application and demonstration of sliding mode observer for aeroelastic system, which is robust to model uncertainty including mass and stiffness of the system and various disturbances. The performance of a sliding mode observer is compared with that of a conventional Kalman filter to demonstrate robustness and disturbance decoupling characteristics. Aeroelastic instability may occur when an elastic structure is moving even in subcritical flow speed region. Simulation results using sliding mode observer are presented to control aeroelastic response of flapped wing system due to various external excitations as well as model uncertainty and sinusoidal disturbances in subcritical incompressible flow region.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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