The output of the controller is said to exceed the input limits of the plant being controlled when a control system operates in a non-linear region. This process is called the windup phenomenon. The windup phenomenon is not preferable in the control system because it leads to performance degradation, such as overshoot and system instability. Many anti-windup strategies involve switching, where the integral component differently operates between the linear and the non-linear states. The range of state for the non-overshoot performance is better illustrated by the boundary integral error plane than the proportional-integral (PI) plane in windup inspection. This study proposes a PI controller with a separate closed-loop integral controller and reference value set with respect to the input command and external torque. The PI controller is compared with existing conventional proportional integral, conditional integration, tracking back calculation, and integral state prediction schemes by using ScicosLab simulations. The controller is also experimentally verified on a direct current motor under no-load and loading conditions. The proposed controller shows a promising potential with its ability to eliminate overshoot with short settling time using the decoupling mode in both conditions.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.722-726
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2007
In this paper we deal with a design of the integral sliding mode controller to suppress the disturbance force acting on the suspension system of the magnetically levitated train system. One of the important factors that cause the disturbance force acting on the suspension system comes from the low propulsion speed of linear induction motor. In this paper integral sliding mode controller is employed to reject the disturbance force produced by the propulsion system of the linear induction motor. In order to show the effectiveness of the designed controller a dynamic simulation is utilized and the sliding mode controller without integral compensator is compared with the proposed integral sliding mode controller to suppress the disturbance force.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.49
no.9
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pp.526-537
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2000
This paper deals with a sliding mode controller with integral compensation in a magnetic suspension system The control scheme comprises an integral controller which is designed for achieving zero steady-steate error under step disturbance input and a sliding mode controller which is designed for enhancing robustness under plant parametric variations. A procedure is developed for determining the coefficients of the switching plane and integral control gain such that the overall closed-loop system has stable eigenvalues. A proper continuous design signal is introduced to overcome the chattering problem. The performance of a magnetically suspended balance beam using the proposed integral sliding mode controller is illustrated. Simulation and experimental results also show that the proposed method is effective under the external step disturbance and input channel parametric variations.
In this paper, a new simple integral variable structure controller is designed with incorporating the actuator dynamics. The formulation of the VSS (variable structure system) controller design includes integral augmented sliding surface and the dynamics of the actuator expressed as the state equation. An illustrative example is given to show the effectiveness of the developed controller.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers A
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v.49
no.7
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pp.345-349
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2000
This paper presents an extended integral control with the PI controller by introducing the delay and decaying factors. The extended integral control scheme is developed by substituting the proportional convolution integral control for the PI(Proportional Integral) control. So far, the integral part of PI controller produces a signal that is proportional to the time integral of the input signal to the controller. The steady-state operation points are affected forever by errors in the past due to the input signal containing the information of the error in the past. These phenomena may cause some disturbances for other control purposes related to the given PI control. Introduction of forgetting factors to the error in the past can resolve the disturbance problems. Various forgetting factors are developed using the delay elements, the decaying factors, and the combination of the delay and decaying factors. The proposed various extended integral control schemes can be applicable to the corresponding PI control designs in which the error in the past may badly affect the current steady-state operation points and may cause some disturbances for other control purposes.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.6
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pp.1173-1178
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2010
In this note, a systematic design of a new robust nonlinear integral variable structure controller based on state dependent nonlinear form is presented for the control of uncertain more affine nonlinear systems with mismatched uncertainties and matched disturbance. After an affine uncertain nonlinear system is represented in the form of state dependent nonlinear system, a systematic design of a new robust nonlinear integral variable structure controller is presented. To be linear in the closed loop resultant dynamics and remove the reaching phase problems, the linear integral sliding surface is suggested. A corresponding control input is proposed to satisfy the closed loop exponential stability and the existence condition of the sliding mode on the linear integral sliding surface, which will be investigated in Theorem 1. Through a design example and simulation studies, the usefulness of the proposed controller is verified.
This paper presents an observer-based chattering free robust optimal control scheme to regulate the total power of a nuclear reactor. The non-linear model of nuclear reactor is linearized around a steady state operating point to obtain a linear model for which an optimal second order integral sliding mode controller is designed. A second order integral sliding mode observer is also designed to estimate the unmeasurable states. In order to avoid the chattering effect, the discontinuous input of both observer and controller are designed using the super-twisting algorithm. The proposed controller is realized by combining an optimal linear tracking controller with a second order integral sliding mode controller to ensure minimum control effort and robustness of the closed-loop system in the presence of uncertainties. The condition for the selection of gains of discontinuous control based on the super-twisting algorithm is derived using a strict Lyapunov function. Performance of the proposed observer based control scheme is demonstrated through non-linear simulation studies.
This paper presents an extended integral control with the PID controller by introducing the delay and decaying factors. The convolution integral control scheme is developed by substituting proportional convolution integral controls for the proportional-integral control. So far, the integral part of the PI controller produces a signal that is proportional to the time integral of the input of the controller. The steady-state operation points are affected forever by the errors in the past due to the input signal containing the information of the errors in the past. These phenomina may cause some disturbances for other control purposes related to the given PI control. Introduction of forgetting factors of the error in the past can resolve the disturbance problems. Various forgetting factors are developed using the delay, the decaying factors, and the combination of the delay and the decaying factors. The proposed various extended integral control schemes can be applicable to corresponding PI control designs in which the error in the past may badly affect to the current steady-state operation points and may cause some disturbances for other control purposes.
The Journal of the Korea institute of electronic communication sciences
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v.16
no.3
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pp.503-510
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2021
This study intends to apply the mathematical method of fractional order differentiation to a controller that controls the response of the system. Therefore, we design integrator for the fractional index by converting it into discrete time to construct a controller. The IP controller composes an integral controller for errors and the proportional controller applies only the system output. The controller is designed by using the fractional order integrator to the integral controller of the IP controller. First, the performance of the PI controller and the IP controller is compared, and the designed controller is applied to the speed control of the motor. As a result, the motor output speed was uniformed and precise control performance could be obtained. It was confirmed that the speed error in the steady state is within 0.1 [%], and it has precise and uniform speed control performance without overshoot.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.39
no.9
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pp.997-1005
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1990
Integral Error and State Feedback (IESF) controller which incorporates state feedback as a modern control scheme and integral action as a classical control scheme has better performance than that of conventional PID controller in linear time invariant system. But the structure of the IESF controller requires all the state variables of the system and is applicable only to pole assignable linear time invariant systems without time delay. Many industrial processes have large time delay and it is impossible to directly apply IESF control scheme to those processes. In this paper, a new controller structure, Modified Integral Error and State Feedback (MIESF) has been suggested in order to effectively control processes having time delay and its performance has been analyzed and its effectiveness has also been confirmed. As the proposed controller uses output feedback scheme based on integral error and state feedback (IESF) method, it can be simply designed by pole assignment algorithm irrespective of the order of the process. The MIESF controller can follow setpoint changes without overshoot. It is robuster than conventional Smith-Predictor plus PI(D) controller in case of occurring time delay mismatch and extra parameter mismatches between the process and the model. It can enhance control performance by intentional time delay mismatch.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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