Siddique, Md. Abu Ayub;Kim, Wan-Soo;Baek, Seung-Yun;Kim, Yeon-Soo;Choi, Chang-Hyun;Kim, Yong-Joo;Park, Jin-Kam
Journal of Biosystems Engineering
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v.43
no.4
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pp.331-341
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2018
Purpose: This study was conducted to develop a linear Proportional-Integral-Derivative (PID) control algorithm for the ascending and descending system of a rice transplanter and to analyze its response characteristics. Methods: A hydraulic model using a single-acting actuator, proportional valve and a PID control algorithm were developed for the ascending and descending system. The PID coefficients are tuned using the Ziegler-Nichols (Z-N) method and the characteristics of unit step response are analyzed to select the PID coefficients at various pump speeds. Results: Results showed that the performance of the PID controller was superior in any condition. It was found that the highest settling time and maximum overshoot were less than 0.210 s and 5%, respectively at all pump speed. It was determined that the steady state errors were 0% in all the cases. The lowest overshoot and settling time were calculated to be nearly 2.56% and 0.205 s, respectively at the pump rated speed (2650 rpm). Conclusions: The results indicated that the developed PID control algorithm would be feasible for the ascending and descending system of a rice transplanter. Finally, it would be helpful to plant the seedlings uniformly and improve the performance of the rice transplanter.
A gas turbine engine plays an important role as a prime mover that is used in the marine transportation field as well as the space/aviation and power plant fields. However, it has a complicated structure and there is a time delay element in the combustion process. Therefore, an elaborate mathematical model needs to be developed to control a gas turbine engine. In this study, a modeling technique for a gas generator, a PLA actuator, and a metering valve, which are major components of a gas turbine engine, is explained. In addition, sub-models are obtained at several operating points in a steady state based on the trial running data of a gas turbine engine, and a method for controlling the engine speed is proposed by designing an NPID controller for each sub-model. The proposed NPID controller uses three kinds of gains that are implemented with a nonlinear function. The parameters of the NPID controller are tuned using real-coded genetic algorithms in terms of minimizing the objective function. The validity of the proposed method is examined by applying to a gas turbine engine and by conducting a simulation.
In this paper, we present two sets of fuzzy algorithms for the steam generator level control ; one for the high power operations where the flow error is available and the other for the low power operations where the flow error is not available. These are converted to a PID type controller for the high power case and to a quadratic function form of a controller for the low power case. These controllers are implemented on the Compact Nuclear Simulator at Korea Atomic Energy Research Institute and tested by a set of four simulation experiments for each. For both cases, the results show that the total variation of the level error and of the flow error are about 50% of those by the PI controllers with about one half of the control action. For the high power case, this is mainly due to the fact that a combination of two PD type controllers in the velocity algorithm form rather than a combination of two PI type controllers in the position algorithm form is used. For the low power case, the controller is essentially a PID type with a very small integral component where the average values for the derivative component input and for the controller output are used.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.22
no.1
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pp.129-137
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2016
In the present study we verified performance of feed-forward control algorithm using short term prediction of ship motion information by taking advantage of developed numerical simulation model of FPSO motion. Up until now, various studies have been conducted about thrust control and allocation for dynamic positioning systems maintaining positions of ships or marine structures in diverse sea environmental conditions. In the existing studies, however, the dynamic positioning systems consist of only feedback control gains using a motion of vessel derived from environmental loads such as current, wind and wave. This study addresses dynamic positioning systems which have feedforward control gain derived from forecasted value of a motion of vessel occurred by current, wind and wave force. In this study, the future motion of vessel is forecasted via Brown's Exponential Smoothing after calculating the vessel motion via a selected mathematical model, and the control force for maintaining the position and heading angle of a vessel is decided by the feedback controller and the feedforward controller using PID theory and forecasted vessel motion respectively. For the allocation of thrusts, the Lagrange Multiplier Method is exploited. By constructing a simulation code for a dynamic positioning system of FPSO, the performance of feedforward control system which has feedback controller and feedforward controller was assessed. According to the result of this study, in case of using feedforward control system, it shows smaller maximum thrust power than using conventional feedback control system.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.40
no.6
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pp.516-526
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2016
This paper introduces a hovering-type autonomous underwater vehicle (AUV) developed for research and its fundamental motion performance results obtained by simulation and field test. The AUV can control its motion in four degrees of freedom (DOF) by means of its horizontal and vertical thrusters, and it is designed to provide a test-bed that facilitates ease of operation and experimentation. Prior to the field tests, six DOF equations of motion are developed, and a simulation program is constructed using MATLAB and Simulink to verify the essential motion performance of the designed vehicle. Furthermore, a proportional-integral-derivative (PID) controller and fuzzy PID controller are designed, and their performances are verified through a simulation. Field tests are performed to verify the motion performance of the AUV; way-point tracking is executed by the PID and fuzzy PID controllers. The results confirmed appropriate control performance under current disturbances.
Lee, Chang Joo;Ha, Jong Woo;Choi, Deok Su;Kim, Hak Jin
Journal of Drive and Control
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v.12
no.4
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pp.60-70
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2015
A front-end loader (FEL) mounted on an agricultural tractor is one of the most commonly used implements for farm work. However, when the tractor carries material using the bucket attached to the FEL on a sloping ground, the materials can spill or roll back over the operator due to the tilted body, thereby requiring the bucket surface to remain level at a constant value regardless of varying slopes. In this study, an active system for controlling the angle of the FEL bucket on a tractor based on the real-time measurement of ground slopes was developed to enable the bucket to constantly remain level. A FEL simulator operated based on an electro hydraulic proportional valve (EHPV) was constructed in the laboratory to develop a proportional-integral-derivative (PID) controller forming a virtual electronic control unit (ECU) on the computer, which could automatically adjust the bucket angles depending on varying input angles while sending SAE-J1939 associated messages via CAN BUS to the EHPV. The different parameter values for the PID controller due to the gravity effect of the bucket were determined using a manual PID tuning method while assuming that the tractor travels on either an ascending slope or a descending slope. The developed PID control-based self-leveling system showed a mean of steady-state errors of within $1^{\circ}$ and a mean of delayed times of ~ 0.8s when the step input of $+20^{\circ}$ was given, implying that the developed system and control algorithm would be effective in maintaining the bucket angle at a certain value. Future studies include the improvement of the control algorithm to reduce such a time delay as well as the application of the developed algorithm to the FEL mounted on a tractor tested at a testing ground.
Kim, Chang-Gyeom;Lee, Tae-Ho;Lee, Seung-Cheol;Chang, Yong-Keun;Chang, Ho-Nam
Microbiology and Biotechnology Letters
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v.21
no.4
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pp.354-365
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1993
A novel control method with automatic tuning of PID controller parameters has been developed for efficient regulation of dissolved oxygen concentration in fed-batch fermentations of Escherichia coli. Agitation speed and oxygen partial pressure in the inlet gas stream were chosen to be the manipulated variables. A heuristic reasoning allowed improved tuning decisions from the supervision of control performance indices and it coule obviate the needs for process assumptions or disturbance patterns. The control input consisted of feedback and feedforword parts. The feedback part was determined by PID control and the feedforward part is determined from the feed rate. The proportional gain was updated on-line by a set of heuristics rules based on the supervision of three performance indices. These indices were output error covariance, the average value of output error, and input covariance, which were calculated on-line using a moving window. The integral and derivative time constants were determined from the period of output response. The specific growth rate was maintained at a low level to avoid acetic acid accumulation and thus to achieve a high cell density. The specific growthe rate was estimated from the carbon dioxide evolution rate. In fed-batch fermentation, the simutaneous control of dissolved oxygen concentration (at 0.2; fraction of saturated value) and specific growth rate (at 0.25$hr^{-1}$) was satisfactory for the entire culture period in spite of the changes in the feed rate and the switching of control input.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.27
no.1
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pp.28-35
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2017
Recently, conventional hydraulic car lift systems face the technological limitations due to a lack of height control. The demand for height controllability is required in many tasks such as wheel alignment, and requires compensation for the structural deformation of the lift caused by irregular load distribution. In order to resolve this limitation of the conventional car lift, in this work, a new type of a hydraulic vehicle lift using a magneto-rheological (MR) valve system is proposed and analyzed. Firstly, the dynamic model of vehicle lift is formulated to evaluate control performance; subsequently, an MR valve is designed to obtain the desired pressure drop required in the car lift. Next, a proportional-integral-derivative (PID) controller is formulated to achieve accurate control of the lifting height and then computer simulations are undertaken to show accurate height control performances of the proposed new car lift system.
The change of the global performance of a turret-moored FPSO (Floating Production Storage Offloading) with DP (Dynamic Positioning) control is simulated, analyzed, and compared for two different internal turret location cases; bow and midship. Both collinear and non-collinear 100-yr GOM (Gulf of Mexico) storm environments and three cases (mooring-only, with DP position control, with DP position+heading control) are considered. The horizontal trajectory, 6DOF (degree of freedom) motions, fairlead mooring and riser tension, and fuel consumptions are compared. The PID (Proportional-Integral-Derivative) controller based on LQR (linear quadratic regulator) theory and the thrust-allocation algorithm which is based on the penalty optimization theory are implemented in the fully-coupled time-domain hull-mooring-riser-DP simulation program. Both in collinear and non-collinear 100-yr WWC (wind-wave-current) environments, the advantage of mid-ship turret is demonstrated by the significant reduction in heave at the turret location due to the minimal coupling with pitch mode, which is beneficial to mooring and riser design. However, in the non-collinear WWC environment, the mid-turret case exhibits unfavorable weathervaning characteristics, which can be reduced by employing DP position and heading controls as demonstrated in the present case studies. The present study also reveals the plausible cause of the failure of mid-turret Gryphon Alpha FPSO in milder environment than its survival condition.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.1
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pp.75-81
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2002
In the re-entry comtrol system, errors apt to induce because the time deriviative of drag acceleration is analytically estimated. Still more, the difficulty of estimation of th exact drag coefficient in hypersonic velocity and the non-reality of the scale height cause a steady-state drag errer. In the Space-Shuttle, a steady-state drag error is reduced by the addition of the integral term of drag acceleation error into the control system. This method, however, induces a difficulties in respect to the modern controller composition due to the multi-poles in a closed-loop system. Thus, this paper proposes the additional method of the disturbance observer. This reduces the steady-state drag error according to the following by the analytic calculation, and then creates the new drag acceleration time derivative using the estimated error. The performance of the re-entry control system is verified about 32 refernce trajectories.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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