A controller designed by CDM for a servo type system which is an augmented system constructed from a rotational inverted pendulum with an integrator added to its arm, is presented in this paper. In order to be able to apply the CDM concept, the augmented system must be linearized and converted into controllable canonical form. Then, the controller consisting of the state feedback gain matrix and an integral gain in the sense of CDM can be obtained. This shows that design procedure for the proposed controller is easy. The experimental results obtained from the rotational inverted pendulum controlled by the proposed controller show that the system response has no steady-state error, however, the oscillation amplitude of the arm angle is still significant. Therefore, in this paper, the friction compensation using Coulomb friction with stiction is also added to the controller. The oscillation amplitude of the arm angle that can be reduced remarkably is also shown in the experimental results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.6
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pp.619-627
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2014
An optimization method is proposed for the simultaneous design of structural and control systems using the equivalent static loads. In the past researches, the control parameters of such feedback gains are obtained to improve some performance in the steady-state. However, the actuators which have position and velocity feedback gains should be designed to exhibit a good performance in the time domain. In other words, the system analysis should be conducted for the transient-state in dynamic manner. In this research, a new equivalent static loads method is presented to treat the control variables as the design variables. The equivalent static loads (ESLs) set is defined as a static load set which generates the same displacement field as that from dynamic loads at a certain time. The calculated sets of ESLs are applied as multiple loading conditions in the optimization process. Several examples are solved to validate the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.22
no.3
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pp.603-610
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1998
This paper develops a 7 DOF vehicle model to study the effects of the active suspension on ride. The model is used to derive a control law for the active suspension using a full state linear optimal control technique. A wheelbase preview type active suspension is also considered in the control law derivation. The time delay between wheelbases is approximated using Pade approximation technique. The ride model is extended to a 14 DOF handling model. The 14 DOF handling model includes lateral, longitudinal, yaw and four wheel spin motions in addition to the 7 DOF ride model. A control law which is derived considering only ride related parameters is used to study the effects of the active suspension on a vehicle handling. J-turn maneuver simulation results show that the active suspension has a slower response in lateral acceleration and yaw rate, a bigger steady state lateral acceleration and an oversteer tendency. Lane changing maneuver simulation results show that the active suspension has a little bigger lateral acceleration but a much smaller roll angle and roll motion. Braking maneuver simulation results show that the active suspension has a much smaller pitch angle and pitch motion.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.14
no.2
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pp.155-163
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1989
For a one link flexible arm control, quadratic optimal control is applied to the dynamic modilling which is derived from an assumed mode method. For the quadratic optimal control technique, the full state feedback must be obtained for closing the control loop, but because some of the states in the flexible system(e.g. the rate of change of the time dependent variables of the mode shapes) can not be directly measured, state estimator is necessary to achieve the practical implementation of the optimal controller. When disturbances and measurement noise occur, stochastic approach must be applied to estimating the states of the system. Kalman Filter is used as a stste estimator. Through the simulation, the flexible system with state estimator is compared with the flexible system assuming that all the states can be measured.
In Part 1, we derived robust stability conditions for an LTI interconnected to time-varying nonlinear perturbations belonging to several classes of nonlinearities. These conditions were presented in terms of positive definite solutions to LMI. In this paper we address a problem of synthesizing feedback controllers for linear time-invariant systems under structured time-varying uncertainties, combined with a worst-case H$_{2}$ performance. This problem is introduced in [7, 8, 15, 35] in case of time-invariant uncertainties, where the necessary conditions involve highly coupled linear and nonlinear matrix equations. Such coupled equations are in general difficult to solve. A convex optimization approach will be employed in this synthesis problem in order to avoid solving highly coupled nonlinear matrix equations that commonly arises in multiobjective synthesis problem. Using LMI formulation, this convex optimization problem can in turn be cast as generalized eigenvalue minimization problem, where an attractive algorithm based on the method of centers has been recently introduced to find its solution [30, 361. In the present paper we will restrict our discussion to state feedback case with Popov multipliers. A more general case of output feedback and other types of multipliers will be addressed in a future paper.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.16
no.1
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pp.41-52
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1992
An algorithm of transforming continuous-time state feedback gains into equivalent discrete-time feedback gains or vice versa is proposed using bilinear transformation. The proposed method is evaluated experimentally by an application control of a mobile crane system which is implemented by 16bits micro computer with A/D and D/A converters. It has been shown from the experimental result that the transformed feedback gains are virtually identical to the optimal discrete gain over range of significant sampling time. Since the transformed matrix is composed by a distinct relationship between continuous-time gain and discrete-time gain, it is noted that the proposed method can be regarded as an explicit gain transformation method compared to the other methods using series expansion.
Wall-following control problem for a mobile robot is to move it along a wall at a constant speed and keep a specified distance to the wall. This paper proposes wall-following controllers based on Lyapunov function candidate for a two-wheeled mobile robot (MR) to follow an unknown wall. The mobile robot is considered in terms of kinematic model in Cartesian coordinate system. Two wall-following feedback controllers are designed: full state feedback controller and observer-based controller. To design the former controller, the errors of distance and orientation of the mobile robot to the wall are defined, and the feedback controller based on Lyapunov function candidate is designed to guarantee that the errors converge to zero asymptotically. The latter controller is designed based on Busawon's observer as only the distance error is measured. Additionally, the simulation and experimental results are included to illustrate the effectiveness of the proposed controllers.
LCL filters installed at converter outputs offer a higher harmonic attenuation than L filters. However, as a three order resonant circuit, it is difficult to stabilize and has a risk of oscillating with the power grid. Therefore, careful design is required to damp LCL resonance. Compared to a passive damping method, an active damping method is a more attractive solution for this problem, since it avoids extra power losses. In this paper, the damping capabilities of capacitor current, capacitor voltage, and grid-side current feedback methods, are analyzed under the discrete-time state-space model. Theoretical analysis shows that the grid-side current feedback method is more suitable for use in active power filters, because it can damp LCL resonance more effectively than the other two methods when the ratio of the resonance and the control frequency is between 0.225 and 0.325. Furthermore, since there is no need for extra sensors for additional states measurements, this method provides a cost-efficient solution. To support the theoretical analysis, the proposed method is tested on a 7-kVA single-phase shunt active power filter.
In this paper, we present robust reliable $H\infty$ controller design methods of continuous and discrete uncertain time delay systems through LMI(linear matrix inequality) approach, respectively. Also the existence conditions of state feedback control are proposed. Using some changes of varables and Schur complements, the obtained sufficient conditions are transformed into LMI form. We show the validity of the proposed method through numerical examples.
LQ-servo is a stability-robustness guaranteed multivariable controller design method based on the LQR structure to improve command following performance with output feedback. In this paper, a new type of PI controller based on LQ-servo is introduced. Then, Command following performance is improved using the limiting behavior of the control gain and weighting factors on the low frequency part of design parameter Q that is the state weighting matrix in the cost function.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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