It is well known that the model of nuclear reactors features natural nonlinearity, and variable parameters during power tracking operation. In this paper, a disturbance observer-based adaptive sliding mode control (DOB-ASMC) strategy is proposed for power tracking of the pressurized-water reactor (PWR) in the presence of lumped disturbances. The nuclear reactor model is firstly established based on point-reactor kinetics equations with six delayed neutron groups. Then, a new sliding mode disturbance observer is designed to estimate the lumped disturbance, and its stability is discussed. On the basis of the developed DOB, an adaptive sliding mode control scheme is proposed, which is a combination of backstepping technique and integral sliding mode control approach. In addition, an adaptive law is introduced to enhance the robustness of a PWR with disturbances. The asymptotic stability of the overall control system is verified by Lyapunov stability theory. Simulation results are provided to demonstrate that the proposed DOB-ASMC strategy has better power tracking performance than conventional sliding mode controller and PID control method as well as conventional backstepping controller.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.8
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pp.650-655
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2016
In this paper, a novel RLS-based DOB (Recursive Least Squares Disturbance Observer) scheme is proposed to improve the performance of DOB for nominal model identification. A nominal model can be generally assumed to be a second order system in the form of a proper transfer function of an ARMA (Autoregressive Moving Average) model. The RLS algorithm for the model identification is proposed in association with DOB. Experimental studies of the balancing control of a one-wheel robot are conducted to demonstrate the feasibility of the proposed method. The performances between the conventional DOB scheme and the proposed scheme are compared.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.1
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pp.187-192
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2009
This paper presents a method for designing a robust controller that alleviates disturbance effects and compensates performance degradation owing to the time-delay. Disturbance observer(DOB) approach as a tool of robust control has been widely employed in industry. However, since the Pade approximation of time-delay makes the plant non-minimum phase, the classical DOB cannot be applied directly to the system with time-delay. By using a new DOB structure for non-minimum phase systems together with the Smith Predictor, we propose a new controller for reducing the both effects of disturbance and time-delay. Moreover, the closed-loop system can be made robust against uncertain time-delay with the help of a Pill controller tuning method that is based on a second-order plus dead time modeling technique.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.4
s.235
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pp.591-599
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2005
This paper proposes a systematic design methodology for high-speed/high-precision servomechanisms by using a disturbance observer. A multiplicative uncertainty model and a two degree-of-freedom controller composed of a disturbance observer (DOB) and a PD controller are considered as subsystems. Analysis of the system performance, such as internal stability and bandwidth of a servomechanism according to subsystem parameters is conducted for better understanding of the dynamic behavior and interactions among the subsystem parameters. Then, an integrated design methodology, where the interactions are considered simultaneously, is applied to design processes of the servomechanism. The tradeoff relationship between disturbance suppression and measurement noise rejection of the DOB is considered through the design process. Numerical case studies show the improved possibility to evaluate and optimize the dynamic motion performance of the servomechanism. Moreover, the disturbance observer designed based on the proposed design methodology yields excellent disturbance suppression performance.
In this paper, a design guideline of disturbance observer(DOB) for track-following controller is presented. In the track-following control system(TFCS) of optical disk drive(ODD), disturbance rejection is the key issue for the overall performance. DOB gives an excellent advantage of disturbance rejection within its bandwidth determined by a low-pass filter. In general, design of DOB requires a tradeoff between performance and stability, which should be based on quantitative analysis. The external disturbance is well-defined in the frequency domain, which provides the base of the analysis. In addition to a DOB, a proper feedback controller is utilized for guaranteeing overall stability. Some computer simulations and experiments are conducted and some of the results are presented.
Park, Youngjin;Yang, Gwang-Jin;Chunng, Wan-Kyun;Kim, Hong-Rok;Suh, Il-Hong
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.8
no.8
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pp.655-664
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2002
The disturbance observer (DOB) has been widely utilized for high precision/speed motion control applications. However, it still lacks the analysis for the robustness and performance brought by using DOB. This paper proposes the robustness measure of DOB and reveals the relationships between the disturbance rejection performance and the order/time constant of a Q filter in DOB. Additionally, we propose six guidelines for the design of Q filter and show their validity through the experiments for DVD systems.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.1
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pp.66-71
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2017
In this paper, we study the robustness of disturbance observer based controller for DC motor in the presence of unmodeled dynamics. It is well known that the robustness property usually becomes weaker as the control gain becomes larger. On the contrary to this expectation, it is shown that the phase margin of DOB controller remains quite a large value even though the time constant of Q-filter becomes smaller. The computer simulation results show that DOB controller is able to stabilize the motor system even in the presence of unmodeled dynamics. On the contrary, the unity-feedback system fails to maintain stability when a high gain feedback is employed for the purpose of achieving better disturbance attenuation performance.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.1170-1175
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2003
Recently, the disturbance caused by an optical disk vibration and the external vibration/shock are more serious problem in an optical disk drives (ODD) as an ODD become small size and rotation speed increases. The conventional controller cannot cope with the mentioned problems properly when the disturbance and vibration are larger than some range. Therefore, we propose a new control scheme using a disturbance observer (DOB) and it can control the aforementioned problems. The designed the controller is applied to a commercial ODD in focusing direction, then its validity is proved by experimental method. By rising the disturbance observer theory, the focusing performance is conspicuously improved in the presence of sinusoidal vibrations or a shock disturbance. This algorithm also applies to a tracking structure also, because focusing structure is very similar to it.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.5
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pp.402-410
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2004
To obtain a good tracking performance in an optical disk drive servo system, it is essential to attenuate periodic disturbances caused by eccentric rotation of the disk. As an effective control scheme for enhancing disturbance attenuation performance, disturbance observers (DOBs) have been successfully applied to the track-following servo system of optical disk drives. In disk drive systems, the improvement of data transfer rate has been achieved mainly by the increase of disk rotational speed, which leads to the increase of the disturbance frequency. Conventional DOBs are no longer effective in disk drive systems with a high-speed rotation mechanism because the performance of conventional DOBs is severely degraded as the disk rotational frequency increases. This paper proposes a new DOB structure for effective rejection of the disturbance in optical disk drives with a very high rotation speed. Asymptotic disturbance rejection is achieved by adopting a band-pass filter in the DOB structure, which is tuned based on the information on the disturbance frequency. In addition, performance sensitivity of the proposed DOB to changes in disk rotational frequency is analyzed. The effectiveness of the proposed DOB is verified through simulations and experiments using a DVD-ROM drive.
This paper presents a robust impedance control of high-DOF robot based on disturbance observer(DOB). A novel DOB is derived by considering the residual disturbance caused by the difference between actual disturbance and disturbance decoupling input which utilizes the estimated disturbance. It focuses on the elimination of the residual disturbance and improvement of the control performance as well as the good estimation of disturbances. In the control of high-DOF robot, numerical dynamic model, which is conducted by a software based on dynamics, is utilized because the analytical model of high-DOF robot is difficult to be obtained. The simulation of high-DOF robot with numerical dynamic model is provided to verify the performance of the proposed controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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