The object of this work is to study the optimal control strategy of constant speed characteristics for a D.C control motor under influence of disturbance. In the course of the analysis, the linearization and time invariance schemes on motor dynamics are presumed throughout under certain prescribed conditions and the performance measure for optimality is assumed to be quadratic in state and the control effort, with the initial and final time specified. When the motor speed is deviated from a stationary operating point by any external disturbance, the optimal continuous feedback control law is investigated by the application of the calculus of variation and realizability of the required control meachanism is suggested. Finally, the comparative study of the speed reasponses of the motor, with and without the optimal control effort is also presented to confirm the obtained results.
This paper presents an approach to control that if a result of modern control theory, and is based on tile control philosophy of feeding back all tile state variable through constant gain frequency independent elements. The values of these elements or feedback coefficients are determined by equating like coefficients of the desired system transfer function to the transfer function of the system containing the unspecified coefficient s. This application of modern control law is a simple design method depending on feedingback all the system variables for reactor control and it is particuraly amenable to the control of Pressurized Water Reactor.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.1
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pp.10-20
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2007
For spacecraft attitude control, reaction wheel (RW) steering laws with more than three wheels for three-axis attitude control can be derived by using a control allocation (CA) approach.1-2 The CA technique deals with a problem of distributing a given control demand to available sets of actuators.3-4 There are many references for CA with applications to aerospace systems. For spacecraft, the control torque command for three body-fixed reference frames can be constructed by a combination of multiple wheels, usually four-wheel pyramid sets. Multi-wheel configurations can be exploited to satisfy a body-axis control torque requirement while satisfying objectives such as minimum control energy.1-2 In general, the reaction wheel steering laws determine required torque command for each wheel in the form of matrix pseudo-inverse. In general, the attitude control command is generated in the form of a feedback control. The spacecraft body angular rate measured by gyros is used to estimate angular displacement also.⁵ Combination of the body angular rate and attitude parameters such as quaternion and MRPs(Modified Rodrigues Parameters) is typically used in synthesizing the control command which should be produced by RWs.¹ The attitude sensor signals are usually corrupted by noise; gyros tend to contain errors such as drift and random noise. The attitude determination system can estimate such errors, and provide best true signals for feedback control.⁶ Even if the attitude determination system, for instance, sophisticated algorithm such as the EKF(Extended Kalman Filter) algorithm⁶, can eliminate the errors efficiently, it is quite probable that the control command still contains noise sources. The noise and/or other high frequency components in the control command would cause the wheel speed to change in an undesirable manner. The closed-loop system, governed by the feedback control law, is also directly affected by the noise due to imperfect sensor characteristics. The noise components in the sensor signal should be mitigated so that the control command is isolated from the noise effect. This can be done by adding a filter to the sensor output or preventing rapid change in the control command. Dynamic control allocation(DCA), recently studied by Härkegård, is to distribute the control command in the sense of dynamics⁴: the allocation is made over a certain time interval, not a fixed time instant. The dynamic behavior of the control command is taken into account in the course of distributing the control command. Not only the control command requirement, but also variation of the control command over a sampling interval is included in the performance criterion to be optimized. The result is a control command in the form of a finite difference equation over the given time interval.⁴ It results in a filter dynamics by taking the previous control command into account for the synthesis of current control command. Stability of the proposed dynamic control allocation (CA) approach was proved to ensure the control command is bounded at the steady-state. In this study, we extended the results presented in Ref. 4 by adding a two-step dynamic CA term in deriving the control allocation law. Also, the strict equality constraint, between the virtual and actual control inputs, is relaxed in order to construct control command with a smooth profile. The proposed DCA technique is applied to a spacecraft attitude control problem. The sensor noise and/or irregular signals, which are existent in most of spacecraft attitude sensors, can be handled effectively by the proposed approach.
The Stewart platform manipulator is a closed-kinematics chain robot manipulator that is capable of providing high structural rigidity and positional accuracy. However, this is a complex and nonlinear system, so the control performance of the system is not so good. In this paper, a new robust motion control algorithm is proposed. The algorithm uses partial state feedback for a class of nonlinear systems with modeling uncertainties and external disturbances. The major contribution is the design of a robust observer for the state and the perturbation of the Stewart platform, which is combined with a variable structure controller (VSC). The combination of controller and observer provides the robust routine called sliding mode control with sliding perturbation observe. (SMCSPO). The optimal gains of SMCSPO, which is determined by nominal eigenvalues, are easily obtained by genetic algorithm. The proposed fitness function that evaluates the gain optimization is to put sliding function. The control performance of the proposed algorithm is evaluated by the simulation and experiment to apply to the Stewart platform. The results showed high accuracy and good performance.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.5
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pp.817-832
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2015
This paper presents a state feedback based backstepping control algorithm to address the trajectory tracking problem of an underactuated Unmanned Surface Vessel (USV) in the horizontal plane. A nonlinear three Degree of Freedom (DOF) underactuated dynamic model for USV is considered, and trajectory tracking controller that can track both curve trajectory and straight line trajectory with high accuracy is designed as the well known Persistent Exciting (PE) conditions of yaw velocity is completely relaxed in our study. The proposed controller has further been enriched by incorporating an integral action additionally for enhancing the steady state performance and control precision of the USV trajectory tracking control system. Global stability of the overall system is proved by Lyapunov theory and Barbalat's Lemma, and then simulation experiments are carried out to demonstrate the effectiveness of the controller designed.
Naheem, Khawar;Choi, Young-Sik;Mwasilu, Francis;Choi, Han Ho;Jung, Jin-Woo
Journal of Power Electronics
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v.14
no.4
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pp.704-711
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2014
This paper proposes a combined fuzzy adaptive sliding-mode voltage controller (FASVC) for a three-phase UPS inverter. The proposed FASVC encapsulates two control terms: a fuzzy adaptive compensation control term, which solves the problem of parameter uncertainties, and a sliding-mode feedback control term, which stabilizes the error dynamics of the system. To extract precise load current information, the proposed method uses a conventional load current observer instead of current sensors. In addition, the stability of the proposed control scheme is fully guaranteed by using the Lyapunov stability theory. It is shown that the proposed FASVC can attain excellent voltage regulation features such as a fast dynamic response, low total harmonic distortion (THD), and a small steady-state error under sudden load disturbances, nonlinear loads, and unbalanced loads in the existence of the parameter uncertainties. Finally, experimental results are obtained from a prototype 1 kVA three-phase UPS inverter system via a TMS320F28335 DSP. A comparison of these results with those obtained from a conventional sliding-mode controller (SMC) confirms the superior transient and steady-state performances of the proposed control technique.
The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science
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v.21
no.1
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pp.53-60
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2010
This paper presents a novel gain control system composed of a feedback circuit, Two stage Low Noise Amplifier (LNA) using 0.18 um CMOS technology for 5.2 GHz. The feedback circuit consists of the seven function blocks: peak detector, comparator, ADC, IVE(Initial Voltage Elimination) circuit, switch, storage, and current controller. We focus on detecting signal and designing storage circuit that store the previous state. The power consumption of the feedback circuit in the system can be reduced without sacrificing the gain by inserting the storage circuit. The adaptive front-end system with the feedback circuit exhibits 11.39~22.74 dB gain, and has excellent noise performance at high gain mode. Variable gain LNA consumes 5.68~6.75 mW from a 1.8 V supply voltage.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.44
no.1
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pp.59-66
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2007
In this paper, we consider the non-fragile robust guaranteed cost state feedback controllers design method for descriptor systems with parameter uncertainties and static state feedback controller with multiplicative uncertainty. The sufficient condition of controller existence, the design method of non-fragile robust guaranteed cost controller, the measure of non-fragility in controller, the upper bound of guaranteed cost performance measure to minimize the guaranteed cost are presented via LMI(linear matrix inequality) technique. Also, the sufficient condition can be rewritten as LMI form in terms of transformed variables through singular value decomposition, some changes of variables, and Schur complements. Therefore, the obtained non-fragile robust guaranteed cost controller satisfies the asymptotic stability and minimizes the guaranteed cost for the closed loop descriptor systems with parameter uncertainties and controller fragility. Finally, a numerical example is given to illustrate the design method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.23
no.6
s.165
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pp.931-942
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1999
This paper develops a 3 DOF vehicle model which includes lateral, roll and yaw motion to study a 4WS vehicle. The model is used for the simulation of a 4WS vehicle behavior, and to derive a control algorithm for rear wheel steering. This paper uses a feedforward plus feedback control scheme to compute a rear wheel steering angle. The feedforward control scheme for computing the first rear wheel steering angle uses a gain which is acquired by multiplying a proper value on a gain to maintain a zero sideslip angle. The feedback control scheme for computing the second rear wheel steering angle uses fuzzy logic and model following control scheme. A linear 2 DOF model is used as a reference model for model following control, and is derived from the developed 3 DOF model by neglecting sprung mass roll motion. A reference state variable is yaw rate, and is computed using the linear 2 DOF model. J-turn and lane change maneuver simulation are performed to show the effectiveness of the developed control scheme. The simulation results show that the 4WS vehicle with the developed control scheme has much better performance in yaw rate, lateral acceleration, roll angle, and sideslip angle than the 2WS vehicle. Also, the results show that the performance of the developed control is close to the one of an optimal control which assumes all states are perfect.
Observer design for system with unknown input was carried out. First, Kalman filter was considered to estimate system state with White noise. With the results of Kalman filter design, state observer, controller properties, including controllability and observability, and the Kalman filter structure and algorithm were also studied. Kalman filter algorithm was applied to Position and velocity measurement based on Kalman filter with white noise, and it was constructed and achieved by programming based on Matlab programming. Finally, observer for system with unknown input was constructed with the help of Gershgorin's disc theorem. With the designed observer, system states was constructed and applied to system with unknown input. By simulation results, estimation performance was verified. In this project, state feedback control theory, observer theory and relevant design procedure, as well as Kalman filter design were understood and used in practical application.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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