Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.12
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pp.1833-1844
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2004
A controller is proposed for the robust backstepping control of a class of nonlinear multiple-input multiple-output (MIMO) systems which can be converted to a strict feedback form. The proposed robust backstepping control scheme follows a systematic procedure for the design of control laws and uses time delay estimation (TDE) to estimate the uncertainties such as parameter variations, unknown disturbances, and unmodeled dynamics, etc. The proposed controller can be also applied to nonlinear MIMO systems with unmatched uncertainties. Stability analysis of the closed-loop system which contains the plant and the proposed controller is also studied and hereby a sufficient stability condition for the closed-loop system is proposed. The simulation results show that the control scheme works well with uncertainties and the proposed stability condition is valid. The controller is experimentally verified on a single-link flexible arm to show the effectiveness of the proposed scheme in the complicated systems with uncertainties.
To deal with the operation performance degradation of permanent magnet synchronous machine (PMSM) drives with uncertainties and unmodeled dynamics, this paper presents a finite-time nonlinear disturbance observer (FTNDO) based discretized integral sliding mode (DISM) composite control scheme. Based on the reaching-law approach, a DISM speed controller featuring a superior dynamic quality and global robustness against disturbances is constructed. This controller can avoid the reaching phase and overlarge control action. In addition, a sliding mode differentiator based FTNDO is devised and extended to the discrete-time domain for disturbance estimation. The attractive features of the FTNDO are that it can provide a finite-time converging estimation and alleviate the chattering effect in conventional sliding mode observers, while retaining robustness to parameter variations. By feeding the estimate forward to the pre-stage DISM controller, both disturbances and chattering can be significantly suppressed. Moreover, considering the estimation error of a FTNDO caused by discrete sampling, a stability analysis of the composite controller is discussed. Experimental results validate the superiority of the presented scheme.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.5
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pp.320-325
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2016
This paper presents a robust finite-time sliding mode control (SMC) scheme for unknown disturbance and unmodeled nonlinear friction and dynamics in the robotic manipulator. A finite-time SMC (FSMC) surface and finite-time sliding mode controller are constructed to obtain faster error convergence than the conventional infinite-time based SMC. By adding prescribed constraint control term to a finite-time SMC to compensate for unknown disturbance and uncertainties, a robust control scheme can be designed as well as faster convergence control. In addition, simpler controller structure is built by using feed-forwarding upper bound coefficients of each manipulator dynamic parameters instead of model-based control or adaptive observer to estimate unknown manipulator parameters. Simulation and experimental evaluations highlight the efficacy of the proposed control scheme for an articulated robotic manipulator.
Ha, Chang-Wan;Lee, Dongwook;Yoon, Byungho;Rew, Keun-Ho;Kim, Kyung-Soo
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.11
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pp.1125-1130
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2014
In this paper, we discuss the relation between the motion profile and pre-filter. As previously reported in various literatures [1-3], a tuned motion profile can effectively reduce residual vibration by placing inherent zeros of the motion profile at the vibratory pole of systems similar to the role of the input shaping technique. From the results, we factorize the motion profile into a basis function and an input shaper. In contrast to the previously reported impulse-sequence-based input shapers, the input shaper extracted from the motion profile has unique characteristics. Thanks to the characteristics of the input shaper extracted from the motion profile, it has advantages to reduce the vibrations caused by not only the modeled vibratory mode but also unmodeled dynamics which exist in higher frequency ranges.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.997-1001
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2000
In this paper, the case studies of reducing rotational errors is theoretically done for a grinding spindle with an active magnetic bearing system. The rotational errors acting on the magnetic bearing spindle are due to mass unbalance of rotor, runout, grinding excitation and unmodeled nonlinear dynamics of electromagnets. For the most case, the electrical runout of sensor target is big even in well finished surface, this runout can cause a rotation error amplified by feedback control system. The adaptiveed forward method based on LMS algorithm is discussed to compensate this kind of runout effects, and investigated its effectiveness by numerical simulation and experimental analysis. The electrical runout form the rear sensor target of grind spindle is about 70$\mu\textrm{m}$ with harmonic frequencies. The rotor orbit size in rear bearing is reduced about to 5$\mu\textrm{m}$ due to 1X and 2X rejection by feedforward control.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.438-442
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2003
For an efficient sliding mode control system stability and chattering avoidance should be guaranteed. A continuation method using boundary layer is well known as one solution for this. However since not only model uncertainties and disturbances but also control task itself is variable. it is practically impossible to set controller parameters - control discontinuity, control bandwidth, boundary layer thickness - in advance. In this paper first an adaptation law of control discontinuity is introduced to assure system stability and then fuzzy logic based tuning algorithm of design parameters is applied based on monitored performance indices of tracking error, control chattering, and model precision. In the end maximum control bandwidth not exciting unmodeled dynamics and minimum control discontinuity, boundary layer thickness making system stable and free of chattering are found respectively. This eliminates control chattering and enhances control accuracy as much as possible under given control situation. In order to demonstrate the validity of the proposed algorithm safe headway maintenance control for autonomous transportation system is simulated. The control results show that the proposed algorithm guarantees system stability all the time and tunes control parameters consistently and in consequence implements an efficient control in terms of both accuracy and actuator chattering.
A number of algorithm using the VSS(Variable Structure System) for uncertain dynamic system are developed. But, in these algorithms, the assumption that the uncertainties are bounded and their bounds are available to the designer is involved. And bounds on the uncertainties are an important clue to guarantee the stability of the closed loop system. However, sometimes bounds on the uncertainties may not be easily obtained because of the complexity of the structure of the uncertainties. Therefore, a methodology by which the boundary values on the uncertainties can be easily obtained is required. The VSS proposed in this proposal employ the new adaptive VSS scheme for uncertain dynamic system being estimated on line. The resulting control law is simple and easy to apply to on line computer control. It can also suppress chattering and maintain good tracking precision even if unmodeled dynamics are considered. And, a new method using nonlinear switching surface is introduced so that the speed response is improved and the good transient response can be obtained. Simulation results are presented and show the advantage of the proposed adaptive VSS with nonlinear switching surfaces.
In this paper, as an anti-sway control strategy of container cranes, we investigate a variable structure control in which the moving load follows a given trajectory, whereas both the trolley and hoist controllers achieve their positioning problems. It is crucial, in an automated container terminal, that collisions should be avoided during the transference of containers from one place to another. It is also necessary, in the case of a quay crane, to select suitable loading and unloading trajectories of containers, so that possible collisions with surrounding obstacles are avoided. After a brief introduction of the mathematical model, a robust control scheme (i.e., a second-order sliding mode control that guarantees a fast and precise transference and a suppression of the resulted swing) is presented. Despite model uncertainties and unmodeled actuators dynamics, the swing suppression from the given trajectory is obtained by constraining the system motion on suitable sliding surfaces, which include both the desired path and the swing angle. The proposed controller has been tested with a laboratory-size pilot crane. Experimental results are provided.
Technological encroachment provides human operators with flood of information that must be analyzed to understand the environment and make judgments that lead to strategic actions. Further, the environment is not static and therefore uncertain, changing its aspect dynamically. Complexity accompanied with its dynamics imposes substantial difficulty to human operators' task. Criticality of having situational understanding becomes more important than ever. Situationalunderstanding requires the human operators possessing tacit knowledge in order for them to make the sense out of the situation while interacting with information from many heterogeneous sources, the notion of sensemaking. Sensemaking refers to the process of developing mental framework to assemble pieces of information representing different aspects of the environment that can be used to develop one's own actionable knowledge to implement their judgments in the uncertain environment. Therefore, judgment process and performance is a key component of sensemaking process. Among many judgment and decision making models, the lens model with its extension can be utilized to partially describe the judgmental aspect of sensemaking. One of the lens model parameters, unmodeled knowledge, can be a corresponding quantitative measure for the tacit knowledge that plays an important role in sensemaking. In this paper, a comprehensive literature for sensemaking is provided to formally define the notion of sensemaking in the military domain. Also, it is proposed that there is a crucial link between the sensemaking and human judgment process and performance from the lens model perspective. Potential implications for experimental framework are also proposed.
KOorea Multi-purpose SATellite(KOMPSAT)-5 will be launched at 550km altitude in 2010. Accurate satellite position(20 cm) and velocity(0.03 cm/s) are required to treat highly precise Synthetic Aperture Radar(SAR) image processing. Ionosphere delay was eliminated using dual frequency GPS data and double differenced GPS measurement removed common clock errors of both GPS satellites and receiver. SAC-C carrier phase data with 0.1 Hz sampling rate was used to achieve precise orbit determination(POD) with ETRI GNSS Precise Orbit Determination(EGPOD) software, which was developed by ETRI. Dynamic model approach was used and satellite's position, velocity, and the coefficients of solar radiation pressure and drag were adjusted once per arc using Batch Least Square Estimator(BLSE) filter. Empirical accelerations for sinusoidal radial, along-track, and cross track terms were also estimated once per revolution for unmodeled dynamics. Additionally piece-wise constant acceleration for cross-track direction was estimated once per arc. The performance of POD was validated by comparing with JPL's Precise Orbit Ephemeris(POE).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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