A control algorithm is proposed for nonlinear multi-input multi-output(MIMO) batch processes by combining quadratic iterative learning control(Q-ILC) with model predictive control(MPC). Both controls are designed based on output feedback and Kalman filter is incorporated for state estimation. Novelty of the proposed algorithm lies in the facts that, unlike feedback-only control, unknown sustained disturbances which are repeated over batches can be completely rejected and asymptotically perfect tracking is possible for zero random disturbance case even with uncertain process model.
To track the sinusoidal current under stationary frame and suppress the effects of low-order grid harmonics, the multi-resonant quasi-proportional plus resonant (PR) controller has been extensively used for digitally controlled LCL-type pulse-width modulation (PWM) converters with capacitor-current-feedback active damping. However, designing the controller is difficult because of its high order and large number of parameters. Moreover, the computation and PWM delays of the digitally controlled system significantly affect damping performance. In this study, the delay effect is analyzed by using the Nyquist diagrams and the system stability constraint condition can be obtained based on the Nyquist stability criterion. Moreover, impact analysis of the control parameters on the current loop performance, that is, steady-state error and stability margin, identifies that different control parameters play different decisive roles in current loop performance. Based on the analysis, a simplified controller design method based on the system specifications is proposed. Following the method, two design examples are given, and the experimental results verify the practicability and feasibility of the proposed design method.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.1
no.1
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pp.4-12
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1995
In the sense of eigenstructure (eigenvalues/eignenvectors) assignment, the effectiveness and disturbance suppressibility of a controller depend mainly on the left eigenstructure (eignevalues/left eigenvectors) of a system. On the other hand, the disturbance decouplability is governed by the right eigenstructure (eignevalues/right eigenvectors) of the system. In this paper, in order to obtain a disturbance decouplable as well as effetive and disturbance suppressible controller, a concurrent assignment methodology of the left and right eigenstructure is proposed. The biorthogonality condition between the left and right modal matrix and state selection matrices are used to develop the methodology. The proposed concurrent eigenstructure assignment methodology guarantees that the desired eigenvalues are achieved exactly and the desired left and right eigenvectors are assigned to the best possible (achievable) sets of eigenvectors in the least square sense, respectively. A numerical example is presented to illustrate the validity and usefulness of the proposed methodology.
In this paper development of a CAD of control systems is introduced which enables us to do not only analysis of control systems, design of controllers but also real-time implementation of controllers. By utilizing this software, the control engineer is able to repeat the procedure of modification of controllers and experiments without recompile to attain better performance. The software also offers the facility to update the parameters of controllers without stopping real-time control, which helps on-line tuning of controllers. If some parameters of the controller is changed on-line, the control input may change discontinuously. It has serious effect on the control systems. A method for on-line tuning of state feedback controller with state observer is proposed and verified through the experiment with an inverted pendulum.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.2
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pp.297-303
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2015
We propose a disturbance observer(DOB) based feedback linearization control to improve position tracking performance in the presence of disturbance. The proposed method consists of a disturbance observer and a feedback linearization controller. The disturbance observer is designed to estimate the load force disturbance in electro-hydraulic systems. An auxiliary state variable is proposed in order to avoid amplification of the measurement noises in the disturbance observer. Using the estimated disturbance enables the Electro-hydraulic servo systems(EHS) dynamics to be changed into feedback linearization from. In order to compensate for the disturbance and to track the desired position, the feedback linearization based controller is proposed. The proposed method has a simple structure which can easily be implemented in practice. As a result, the proposed method improves the position tracking performance in the presence of disturbance. Its performance is validated via simulations.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.4
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pp.371-379
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2006
Increasing requirements for the high quality of industrial robot performance made the vibration control issue very important because the vibration makes it difficult to achieve quick response of robot motion and may bring mechanical damage to the robot. This paper presents a vibration control solution for industrial robots which have flexible joints. The joint flexibility is modeled as a two-mass system. And we analyze the vibration problem of a classical P-PI controller when it used for the flexible joints of industrial robots. Then a state feedback controller is designed for vibration suppression of the two-mass system. Finally, a gain-scheduling method is designed for maintaining control performance in spite of the time-varying nature of each joint's load side inertia. Simulation and experimental results show effective vibration suppression and uniform properties in overshoot in spite of the variation of load. The result of this study can be applied to the appropriate gain manipulation of many other mechatronic devices which have the two-mass system with varying load side inertia.
Fuzzy Systems which are based on membership functions and rules, can control nonlinear, uncertain, complex systems well. However, Fuzzy logic controller(FLC) has problems; It is difficult to design the stable FLC and FLC depends mainly on individual experience. Although FLC can be designed using the error back-propagation algorithm, it takes long time to converge into global, optimal parameters. Well-developed linear system theory should not be replaced by FLC, but instead, it should be suitably used with FLC. A new methodology is introduced for designing THEN-PART membership functions of FLC based on its well-tuned state feedback controller. A example of inverted pendulum is given for demonstration of the robustness of proposed methodology.
Vibration is an undesirable phenomenon in a dynamic system like lightly damped aerospace structures and active vibration control has gradually been employed to suppress vibration. The objective of the current investigation is to introduce an active torsional magneto-rheological (MR) fluid based damper for vibration control of a typical nose landing gear. They offer the adaptability of active control devices without requiring the associated large power sources. A torsional damper is designed and developed based on Bingham plastic shear flow model. The numerical analysis is carried out to estimate the damping coefficient and damping force. The designed damper is fabricated and an experimental setup is also established to characterize the damper and these results are compared with the analytical results. A typical FE model of Nose landing gear is developed to study the effectiveness of the damper. Open loop response analysis has been carried out and response levels are monitored at the piston tip of a nose landing gear for various loading conditions without damper and with MR-damper as semi-active device. The closed-loop full state feedback control scheme by the pole-placement technique is also applied to control the landing gear instability of an aircraft.
To operate in real environment, humanoid robots should be able to react to unknown disturbances. To deal with disturbances, various robust control algorithms have been developed for decades. But for collaborative works such as teleoperation system, a compliance control can be the better solution for disturbance reactions. In this paper, a center of mass (CoM) compliance control algorithm for humanoid robots is proposed. The proposed algorithm is based on the state observer and positive feedback of disturbance. With the state observer based on humanoid CoM control performance model, disturbance in each direction can be observed. The positive feedback of disturbances to the reference CoM trajectory enables compliant motion. The main contributions of this algorithm are achieving compliance independently in each axis and maintaining balance against external force. Through dynamic simulations, the performance of the proposed method was demonstrated. Under two types of disturbance conditions, humanoid robot DYROS-JET reacted with compliant motion via the proposed algorithm.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.3
no.2
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pp.124-131
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1997
This paper presents a modified adaptive control scheme that improves the transient performance of the overall system while maintaining the asymptotic convergence of the output error. The proposed control scheme is characterized as the added outer dynamic feedback loop on the conventional adaptive control scheme. This control scheme enables various robust control methods that were developed for standard model reference adaptive controllers to be applied to the proposed controller. In contrast with the modified adaptive controllers that use augmented errors to provide additional dynamic feedback, the proposed controller uses tracking error directly, thereby reducing the tracking error significantly in the transient state and making the error insensitive to noise.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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