In this paper, the desist and the implementation of a robust adaptive controller for trajectory tracking control of the robot manipulator is presented. The proposed control scheme ensures that without any prior knowledge of the robot manipulator parameters, tracking errors are converged to some boundary in the presence of a state-dependent input disturbances as well as the ideal case. The 3 DOF robot manipulator including actuator dynamics is used for the implementation of the proposed control scheme. The experimental results show that the proposed control scheme is valid for trajectory tracking control of the robot manipulator.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.11
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pp.1117-1124
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2011
An integrated fault detection and isolation method is proposed in this paper. The main objective of this paper is development fault detection, isolation and diagnosis algorithm based on the DKF (Decentralized Kalman Filter) and the bank of IMM (Interacting Multiple Model) filters using penalty scalar for both partial and total faults and the outlier detection algorithm for preventing false alarm also included. The proposed FDI (Fault Detection and Isolation) scheme is developed in four phases. In the first phase, the outlier detection filter is designed to prevent false alarm as a pre-filter. In the second phases, two local filters and master filter are designed to detect sensor faults. In the third phases, the proposed FDI scheme checks sensor residual to isolate sensor faults and 11 EKFs actuator fault models are designed to detect wherever actuator faults occur. In the last phases, four filters are designed to identify the fault type which is either the total fault or partial fault. The developed scheme can deal with not only sensor and actuator faults, but also preventing false alarm. An important feature of the proposed FDI scheme can decreases fault isolation time and figure out not only fault detection and isolation but also fault type identification. To verify the proposed FDI algorithm performance, the Simulator is also developed under the Matlab/Simulink environment.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.40
no.1
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pp.1-10
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2003
This paper is concerned with the fuzzy control scheme and PID controller for the vibration suppression control of a cantilever beam equipped with a laser sensor and an electromagnetic actuator. The PID controller is being widely used in industrial applications. However, it is difficult to determine the appropriate PID gains in nonlinear systems and systems with time variant characteristic and so on. In this paper, we design the fuzzy based PID controller of which output gains are adjusted automatically and the designed controller is applied to active vibration control of a cantilever beam using electromagnetic actuator with strong nonlinearity. The tuning PID parameters of proposed controller are determined by using Fuzzy algorithm. Effectiveness and performance of the designed controller are verified by both simulation and experiment results. Experimental results demonstrate that better control performance can be achieved in comparison with the PID cotroller.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.24
no.11
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pp.1477-1483
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2020
The stability guarantee of wireless network based control systems is still challenging due to the lossy links and node failures. This paper proposes a hierarchical cluster-based network protocol called robust wireless sensor and actuator network (R-WSAN) by combining time, channel, and space resource diversity. R-WSAN includes a scheduling algorithm to support the network resource allocation and a control task sharing scheme to maintain the control stability of multiple plants. R-WSAN was implemented on a real test-bed using Zolertia RE-Mote embedded hardware platform running the Contiki-NG operating system. Our experimental results demonstrate that R-WSAN provides highly reliable and robust performance against lossy links and node failures. Furthermore, the proposed scheduling algorithm and the task sharing scheme meet the stability requirement of control systems, even if the controller fails to support the control task.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.25
no.7
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pp.986-992
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2021
To stabilize closed-loop wireless control systems, the state-of-the-art approach receives the individual sensor measurements at the controller and then sends the computed control signal to the actuators. We propose an over-the-air controller scheme where all sensors attached to the plant transmit scaled sensing signals simultaneously to the actuator, and the actuator then computes the feedback control signal by scaling the received signal. The over-the-air controller essentially adopts the over-the-air computation concept to compute the control signal for closed-loop wireless control systems. In contrast to the state-of-the-art sensor-to-controller and controller-to-actuator communication approach, the over-the-air controller exploits the superposition properties of multiple-access wireless channels to complete the communication and computation of a large number of sensing signals in a single communication resource unit. Therefore, the proposed scheme can obtain significant benefits in terms of low actuation delay and low resource utilization with a simple network architecture that does not require a dedicated controller.
An adaptive PID sliding mode controller is proposed for the position control of electro-hydrostatic actuator(EHA) systems with system uncertainties and saturation in the motor. An EHA prototype is developed and system modeling and parameter identification are executed. Then, adaptive PID sliding mode controller and optimal anti-windup PID controller are designed and the performance and robustness of the two control systems are compared by experiment. It was found that the adaptive PID sliding mode control system has better performance and is more robust to system uncertainties than the optimal anti-windup PID control system.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.2
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pp.169-175
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2009
This paper presents motion control of the Inchworm composed of the piezoelectric actuators and mechanical elements. Piezoelectric actuator shows nonlinear response characteristics including hysteresis due to the ferroelectric characteristics. This paper proposes feedback control scheme to improve the ability of tracking response to complex input signal and suppress the phenomenon of hysteresis using the sliding mode control technique with the integrator. The sliding mode control system has the limit to minimize both the settle time and overshoot. For making up this limit, this paper also suggests input shaping technique suitable to the inchworm control system.
This paper presents a direct seek control algorithm for swing-arm type dual stage servo system that consists of a coarse actuator and a fine actuator. The proposed scheme is to design a control system that attenuates the effect of dynamic coupling between the two actuators so that the seek operation can be performed in a single-shot with stability. In an optical drive system with dual stage servo mechanism, the effect of dynamic coupling between the two actuators needs to be handled during the coarse seek operation due to its inherent structure. In an extreme case, the two actuators can collide each other, which leads to critical degradation of the seek performance. To handle this problem, our proposed control scheme is to generate the drive signals such that the two actuators behave as if they are a single fixed body. To this end, a feedforward controller and two feedback controllers are designed that enable the current drive system perform wide range of track seek. Simulation results are provided to show the validity and feasibility of our proposed algorithm.
Age of Information (AoI) has been introduced in wireless networked control systems (WNCSs) to guarantee timely status updates. In addition, as the edge computing (EC) architecture has been deployed in NCS, EC close to sensors can be exploited to collect status updates from sensors and provide control decisions to actuators. However, when lots of sensors simultaneously deliver status updates, EC can be overloaded, which cannot satisfy the AoI requirement. To mitigate this problem, this paper uses actuators with computing capability that can directly receive the status updates from sensors and determine the control decision without the help of EC. To analyze the AoI of the actuation update via EC or directly using actuators, this paper developed an analytic model based on timing diagrams. Extensive simulation results are included to verify the analytic model and to show the AoI with various settings.
Model Predictive Control (MPC) is an advanced control approach that uses the current states of the system model to predict its future behavior. In this article, according to the seismic dynamics of structural systems, the Predictive Functional Control (PFC) method is used to solve the control problem. Although conventional PFC is an efficient control method, its performance may be impaired due to problems such as uncertainty in the structure of state sensors and process equations, as well as actuator saturation. Therefore, it requires the utilization of appropriate estimation algorithms in order to accurately evaluate responses and implement actuator saturation. Accordingly, an extended PFC is presented based on the H-ifinity (H∞) filter (HPFC) while considering simultaneously the saturation actuator. Accordingly, an extended PFC is presented based on the H-ifinity (H∞) filter (HPFC) while considering the saturation actuator. Thus, the structural responses are formulated by two estimation models using the H∞ filter. First, the H∞ filter estimates responses using a performance bound (𝜃). Second, the H∞ filter is converted into a Kalman filter in a special case by considering the 𝜃 equal to zero. Therefore, the scheme based on the Kalman filter (KPFC) is considered a comparative model. The proposed method is evaluated through numerical studies on a building equipped with an Active Tuned Mass Damper (ATMD) under near and far-field earthquakes. Finally, HPFC is compared with classical (CPFC) and comparative (KPFC) schemes. The results show that HPFC has an acceptable efficiency in boosting the accuracy of CPFC and KPFC approaches under earthquakes, as well as maintaining a descending trend in structural responses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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