Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.4
no.4
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pp.296-304
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2002
A position tracking control schemes on the precise mechanical system in presence of nonlinear dynamic friction is proposed. A nonlinear dynamic friction is regarded as the bristle friction model to compensate effects of friction. The conventional sliding mode controller often has been used as a non-model-based friction controller, but it has a poor tracking performance in high-precision position tracking application since it completely cannot compensate the friction effect below a certain precision level. Thus to improve the precise position tracking performance, we propose the sliding mode control method combined with the friction-model-based observer having tunable structure of the transient response. Then this control scheme has a good transient response as well as the high precise tracking performance compared with the conventional sliding mode control without observer and the control system with similar type of observer. The experiments on the bali-screw drive table with the nonlinear dynamic friction show the feasibility of the proposed control scheme.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.2
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pp.180-185
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2014
DC motor is a representative electric motor commonly utilized in various motion control fields. However, DC motor-based motion control systems suffer from degradation of position precision due to nonlinear static friction. In order to enhance control precision, friction model-based compensators have been introduced in previous researches, where friction models are identified and counter inputs are added to control inputs for cancelling out the identified friction forces. In this paper, a static friction compensator is proposed without use of a friction model. The proposed compensation algorithm utilizes internal state manipulation to generate compensation pulses, and related parameters are easily tuned experimentally. The proposed friction compensator is applied to a DC motor-based motion control system, and results are presented in comparison with those without a friction compensator.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.25
no.12
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pp.89-99
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2008
In this paper, the position tracking control problem of the servo system with nonlinear dynamic friction is issued. The nonlinear dynamic friction contains a directly immeasurable friction state variable and the uncertainty caused by incomplete parameter modeling and its variations. In order to provide the efficient solution to these control problems, we propose the composite control scheme, which consists of the robust friction state observer, the FNN approximator and the approximation error estimator with sliding mode control. In first, the sliding mode controller and the robust friction state observer is designed to estimate the unknown internal state of the LuGre friction model. Next, the FNN estimator is adopted to approximate the unknown lumped friction uncertainty. Finally, the adaptive approximation error estimator is designed to compensate the approximation error of the FNN estimator. Some simulations and experiments on the servo system assembled with ball-screw and DC servo motor are presented. Results show the remarkable performance of the proposed control scheme. The robust friction state observer can successfully identify immeasurable friction state and the FNN estimator and adaptive approximation error estimator give the robustness to the proposed control scheme against the uncertainty of the friction parameters.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.10a
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pp.59-63
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2011
Friction damping is one of the attractive vibration control technique for space structures due to its simplicity and large damping capacity. However, passive approaches for friction damping have a limitation because energy is no longer dissipated at sticking. In order to overcome this problem, semi-active control methods to adjust normal force at frictional interface have been studied in previous researches. In this paper, two semi-active friction control method is compared by simulating SDOF model of truss structure. The first approach is on-off control to maximize rate of energy dissipation, whereas the second concept is variable friction force control to minimize amplitude ratio for each half period. The maximum friction force, control variable in on-off control method, is obtained to minimize 1% settling time, and is different from optimal friction force in passive control. Simulation results show that performance of on-off control is better than that of variable friction force control in terms of settling time and controlled friction force.
The research of friction compensation control system seeks the accuracy, the velocity increase of the table, and the settling time reduction. The friction is the disturbance which has the greatest influence, but the past research of control system doesn´t perform exact modeling of the friction. So this research aims at the friction compensation control system, the exact modeling of the friction, comparison between the model simulation and experimental data, and the design of observer for the friction estimation.
In this paper, we describe the nonlinear character for a friction control. The nonlinear character of friction control is inherent in mechanical system, which has gained more and more interest. The modeling and compensation of nonlinear friction are difficult tasks for precise motion control. This paper is performance evaluation of nonlinearities and mechanical compliance exists together with friction control system.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.6
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pp.1-8
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2020
This paper proposes a method for measuring friction forces and creating a friction model for a rotary motion control system as well as an autonomous vehicle testbed. The friction forces versus the velocity were measured, and the viscous friction, Coulomb friction, and stiction were identified. With a nominal PID (proportional-integral-derivative) controller, we observed the adverse effects due to friction, such as excessive steady-state errors, oscillations, and limit-cycles. By adding an adequate friction model as part of the augmented nonlinear dynamics of a plant, we were able to conduct a simulation study of a motion control system that well matched experimental results. We have observed that the implementation of a model-based friction compensator improves the overall performance of both motion control systems, i.e., the rotary motion control system and the Altino testbed for autonomous vehicle development. By utilizing a better simulation tool with an embedded friction model, we expect that the overall development time and cost can be reduced.
Kim, Han-Me;Choi, Jeong-Ju;Lee, Young-Jin;Kim, Jong-Shik
Proceedings of the KSME Conference
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2003.04a
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pp.893-898
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2003
Coulomb friction is an important factor for precise position tracking control systems. The control systems with friction causes the steady state error because of being sensitive to the change of system condition and highly nonlinear characteristics. To overcome these problems, we use an estimation scheme of Coulomb friction to experiment for it's compensating. The estimated factor for Coulomb friction is used as a feed-forward compensator to improve the tracking performance of ball-screw systems. The tracking performance was improved by compensating the estimated friction torque in the feed-forward term. And, the sliding mode control which is derived from the Lyapunov stability theorem is applied for robust stability and reducing chattering. The experimental results show that the sliding mode controller with adaptive friction compensator has a good tracking performance compared with the friction uncompensated controller.
Semi-active control systems have attracted a great deal of attention in recent years because these systems can operate on battery power alone, proving advantageous during seismic events when the main power source of the structure may likely fail. The behavior of semi-active devices is often highly non-linear and requires suitable and efficient control algorithm. This paper presents the comparative study and performance of variable semi-active friction dampers by using recently proposed predictive control law with direct output feedback. In this control law, the variable slip force of semi-active variable friction damper is kept slightly lower than the critical friction force, which allows the damper to remain in the slip state during an earthquake, resulting in improved energy dissipation capability. This control algorithm is able to produce a continuous and smooth slip forces for a variable friction damper. The numerical examples include a structure controlled with multiple variable semi-active friction dampers and with multiple passive friction dampers. A parameter, gain multiplier defined as the ratio of damper force to critical damper control force, is investigated under four different real earthquake ground motions, which plays an important role in the present control algorithm of the damper. The numerically evaluated optimum parametric value is considered for the analysis of the structure with dampers. The numerical results of the variable friction dampers show better performance over the passive dampers in reducing the seismic response of structures.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.18
no.1
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pp.90-102
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2009
In this paper, a tracking control problem for a mechanical servo system with nonlinear dynamic friction is treated. The nonlinear friction model contains directly immeasurable friction state and the uncertainty caused by incomplete modeling and variations of its parameter. In order to provide the efficient solution to these control problems, we propose a hybrid control scheme, which consists of a robust friction state observer, a RFNN estimator and an approximation error estimator with sliding mode control. A sliding mode controller and a robust friction state observer is firstly designed to estimate the unknown infernal state of the LuGre friction model. Next, a RFNN estimator is introduced to approximate the unknown lumped friction uncertainty. Finally, an adaptive approximation error estimator is designed to compensate the approximation error of the RFNN estimator. Some simulations and experiments on the mechanical servo system composed of ball-screw and DC servo motor are presented. Results demonstrate the remarkable performance of the proposed control scheme.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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