Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.4
no.3
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pp.231-238
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2002
In this paper, we present a new approach to autopilot design for skid-to-turn missiles which may have severe aerodynamic cross-couplings and nonlinearities with angle of attack. The model of missile motion is derived in the maneuver plane and, based on that model, pitch, yaw, and roll autopilot are designed. They are composed of a nonlinear term which compensates for the aerodynamic couplings and nonlinearities and a linear controller driven by the measured outputs of missile accelerations and angular rates. Besides the outputs, further information such as Mach number, dynamic pressure, total angle of attack, and bank angle is required. With the proposed autopilot and simple estimators of bank angle and total angle of attack, it is shown by computer simulations that the induced moments and some aerodynamic nonlinearities are properly compensated and that the performance is superior to that of the conventional ones.
This paper presents a robust controller design approach for improving vehicle dynamic roll motion performance and guaranteeing the closed-loop system stability in spite of vehicle parameter variations resulting from aging elements, loading patterns, and driving conditions, etc. The designed controller is linear parameter-varying (LPV) in terms of the time-varying parameters; its control objective is to minimise the $H_{\infty}$ performance from the steering input to the roll angle while satisfying the closed-loop pole placement constraint such that the optimal dynamic roll motion performance is achieved and robust stability is guaranteed. The sufficient conditions for designing such a controller are given as a finite number of linear matrix inequalities (LMIs). Numerical simulation using the three-degree-of-freedom (3-DOF) yaw-roll vehicle model is presented. It shows that the designed controller can effectively improve the vehicle dynamic roll angle response during J-turn or fishhook maneuver when the vehicle's forward velocity and the roll stiffness are varied significantly.
This paper describes a robust model-based roll state estimator for application to the detection of impending vehicle rollover. The roll state estimator is based on a 2-D bicycle model and a roll model to estimate the maneuver-induced vehicle roll motion. The measurement signals are lateral acceleration, yaw rate, steering angle, and vehicle speed. Vehicle mass is adapted to obtain robust performance of the estimator. Computer simulation is conducted to evaluate the proposed roll state estimator by using a validated vehicle simulator. It is shown that the roll state estimator shows robust performance without exact vehicle mass information.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.3
no.2
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pp.13-23
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2002
In this paper, we present a sliding mode control strategy for the re-orientation maneuver of rigid spacecraft containing rotating wheels. The wheels are considered as internal devices, and external inputs are employed for generation of control commands. The formulation is developed for a general case while particular example is applied to pitch bias momentum spacecraft with a single momentum wheel. The resultant control commands are used to take the gyroscopic effects into account which are caused by the rotating wheels. The controller designed demonstrates that the nutational motion of the pitch bias momentum spacecraft is effectively controlled. It is also assumed that the external control torque device is of on-off nature, and pulse width modulation technique is applied to construct proper control torque history.
The new flexible controlling method integrated with some existing maneuvers of reducing a great head way during approaching a pilot station or anchor berth, namely , Super Rudder (Woo) controlling method originally was developed. The conclusions of this paper are drawn. 1) Super Rudder (Woo) controlling method has the shortest distance along base course and distance off base course among all reducing maneuvers including Rudder Cycling. 2) This new method is flexibly adjustable to a range of yaw angles 5-35 degrees either ship's side depending on traffic situations, 3) This new method is versatile controlling maneuver enabling shipandlers to reduce or stop a ship's headway and to adjust the proper courses to a pilot station or anchor berth.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.21
no.1
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pp.3-12
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1984
Up to now, it has been common to treat the maneuvering motion of a ship as a 3-degree-freedom motion i.e. surge, sway and yaw on the sea surface, for the simplicity and mathematical calculation, and it is quite acceptable in the practical point of view. Meanwhile, considering the maneuverability of a ship under the special conditions such as in irregular waves, in wind or at high speed with small GM value, it is required that roll effect must be considered in the equation of ship motion. In this paper the author tried to build up the 4-degree-freedom motion equation by adding roll. And then, applying the M.M.G.'s mathematical model and with captive model test results the roll-coupled hydrodynamic derivatives were found. With these the author could make some simulating program for turning and zig-zag steering. Through the computer simulations, the effect of roll to the ship maneuver became clear. The effect of the wind force to the maneuverability was also found. Followings are such items that was found. 1) When roll is coupled in the maneuvering motion, the directional stability becomes worse and the turning diameter becomes smaller as roll becomes smaller as roll becomes larger. 2) When maneuver a ship in the wind, the roll becomes severe and the directional stability becomes worse. 3) When a ship turns to the starboard side, the wind blowing from 90 degree direction to starboard causes the largest roll and the largest turning diameter, and the wind from other direction doesn't change the turning diameter. 4) When a ship is travelling with a constant speed with rudder amidship, if steady wind blows from one direction, the ship turns toward that wind. This phenomenon is observed in the actual seaways.
Kim, Jeong-Soo;Jung, Hun;Kam, Ho-Dong;Seo, Hang-Seok;Su, Hyuk
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.14
no.6
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pp.103-120
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2010
A development history of the thrusters used for space-vehicle orbit maneuver/attitude control is reviewed with their performance characteristics. Especially, a scrutiny is made for the current and practical application of TVC/Gimbal/Thrusters to the roll/pitch/yaw-axis control of each stage of launch vehicles. It is well perceived that a precise 3-axis attitude control system (ACS) must be equipped on the final stage of space launch vehicles (SLV) for an attainment of orbit-insertion accuracy. Under the superior reliability as well as moderate performance features, the monopropellant hydrazine thrusters occupy most of the SLV's 3-axis ACS currently operated. Domestic development status of the medium-thrust-level thruster is shortly introduced, finally.
In order to control the missiles by aerodynamics, control surfaces sometime called fins are used. Deflection angles of these fins are the right control variables of the aerodynamics, but aerodynamicists prefer to use analytic variables called aileron, elevator and rudder instead of these physical variables, because these three analytic variables dominantly influence on the roll, pitch and yaw channels of the missile maneuver, respectively, and each can be assumed a linear combination of four fin deflection angles. On that basis, roll, pitch and yaw autopilots for controlling the attitudes or lateral acceleration of the missile are designed, and as a consequence outputs of each autopilot are aileron, elevator and rudder commands, respectively. In the existing fin control scheme for the typical tail-fin controlled cruciform missiles, firstly these outputs are distributed to four fin defection commands, and after that four fins are actuated by fin controllers so that their deflections follow the commands. This paper shows that performance of such control schemes can be degraded significantly when fin actuators have certain physical constraints such as slew rate, voltage or current limit, uncertainty of actuator dynamics, and so on, and propose a new control scheme which alleviates such problems. This scheme can be widely applied to various fin actuation systems. But in this paper, for convenience, tail-fin controlled cruciform missile is taken as an example, and it is shown that a proposed control scheme gives better performance than the existing one.
Flow around a guided missile in high maneuver, i.e. at a high angle of attack, shows complex phenomena. It is well known that even in geometrically symmetric conditions the flow around a missile at high angles of attack can generate unexpected large side forces and yaw moments due to asymmetric vortices. In this paper, a CFD code (FLUENT) based on the Navier-Stokes equations was used for the numerical analysis to find a suitable numerical mechanism for generation of asymmetric vortices. It is shown that a numerical technique of applying different surface roughness to a specific area of the missile nose surface gives the best fit in comparison with the experimental results. In addition, a numerical investigation of variations of side forces and pressure distributions with angle of attack and roll angle was conducted for the purpose of identifying the source of vortex asymmetries.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.6
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pp.194-207
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2000
In this paper, we suggest a vision-based lane change control system, which can be applied on the straight road, without additional sensors such as a yaw rate sensor and a lateral accelerometer. In order to reduce the image processing time, we predict a reference line position during lane change using the lateral dynamics and the inverse perspective mapping. The sliding mode control algorithm with a boundary layer is adopted to overcome variations of parameters that significantly affects a vehicle`s lateral dynamics and to reduce chattering phenomenon. However, applying the sliding mode control to the system with a long sampling interval, the stability of a control system may seriously be affected by the sampling interval. Therefore, in this paper, a look ahead offset has been used instead of a lateral offset to reduce the effect of the long sampling interval due to the image processing time. The control algorithm is developed to follow the desired trajectory designed in advance. In the design of the desired trajectory, we take account of the constraints of lateral acceleration and lateral jerk for ride comfort. The performance of the suggested control system is evaluated in simulations as well as field tests.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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