In this paper, we present a method of analysing perturbed linear system by pole sensitivity defined by the rate of pole movement with respect of perturbation. Pole sensitivity give us not only the rate of pole movement but also the directional information of the pole movement. We present a method of design of a LQR by considering the pole sensitivity and show that the suggested method guarantee the stability robustness of parameter perturbation.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1998.10a
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pp.93-99
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1998
Mathematical model can be obtained by physical law or engineering theory. However it is always incomplete expression of the real system. In active controls to suppress vibration due to earthquake or wind load, modeling errors can often cause the problems of instability and performance degradation. In this paper, robust optimal controller design method using H$\infty$ control theory is developed for the systems which have uncertain natural frequency and design constraints. Numerical results show that the proposed H$\infty$ controller can avoid the performance degradation due to several errors and has better performance than conventional LQR method.
This paper describes the robust controller design methods applied to the problem of an automatic system for tow-vehicle/trailer combinations. This study followed an inverse Linear Quadratic Regulator(LQR) approach which combines pole assignment methods with conventional LOR methods. It overcomes two concerns associated with these separate methods. It overcomes the robustness problems associated with pole placement methods and trial and error required in the application of the LQR problem. Moreover, a Kalman filter is used as the observer, but is modified by using the loop transfer recovery (LTR) technique with modified transmission zero assignment. The proposed inverse LQG,/LTR controllers enhances the forward motion stability and maneuverability of the combination vehicles. At high speeds, where the inherent yaw damping of the vehicle system decreases, the controller operates to maintain an adequate level of yaw damping. At backward moton, both 4WS (2WS tow-vehicle, 2WS trailer) and 6WS (4WS tow-vehicle, 2WS trailer) control laws are proposed by using inverse LQG/LTR method. To evaluate the stability and robustness of the proposed controllers, simulations for both forward and backward motion were conducted using a detailed nonlinear model. The proposed controllers are significantly more robust than the previous controllers and continues to operate effectively in spite of parameter perturbations that would cause previous controllers to enters limit cycles or to loose stability.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.3
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pp.37-53
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2016
This paper deals with an optimal output control for Space Shuttle Main Engine (SSME), a liquid propellant rocket engine using a staged-combustion cycle. For this purpose, we modeled simplified mathematical model of SSME using each SSME component divided into 7 major categories and found trim points called Rated Propulsion Level (RPL). For design the closed-loop system of SSME, we designed optimal output feedback Linear Quadratic Regulation (LQR) control system using SSME linearized model under RPL 104% and demonstrated the performance of the controller through numerical simulation.
The Journal of the Institute of Internet, Broadcasting and Communication
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v.12
no.6
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pp.141-146
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2012
This paper introduces development of multi-rotor system and vision based autonomous landing system. Multi-rotor platform is modeled by rigid body motion with Newton Euler concept. Also Multi-rotor platform is simulated and tuned by LQR control algorithm. Vision based Autonomous Landing system uses a single camera that is mounted Multi-rotor system. Augmented reality algorithm is used as marker detection algorithm and autonomous landing code is test with GCS for the precision landing.
To ensure safety and long term performance, structural control has rapidly matured over the past decade into a viable means of limiting structural responses to strong winds and earthquakes. Nonlinear response history analysis requires rigorous procedure to compute seismic demands. Therefore the simplified nonlinear analysis procedures are useful to determine performance of the structure. In this investigation, application of improved capacity demand diagram method in the control of structural system is presented for the first time. Developed pole assignment method (DPAM) in structural systems control is introduced. Genetic algorithm (GA) is employed as an optimization tool for minimizing a target function that defines values of coefficient matrices providing the placement of actuators and optimal control forces. The ground acceleration is modified under induced control forces. Due to this, performance of structure based on improved nonlinear demand diagram is selected to threshold of nonlinear behavior of structure. With small energy consumption characteristics, semi-active devices are especially attractive solutions for limiting earthquake effects. To illustrate the efficiency of DPAM, a 30-story steel moment frame structure employing the semi-active control devices is applied. In comparison to the widely used linear quadratic regulation (LQR), the DPAM controller was shown to be just as effective and better in the reduction of structural responses during large earthquakes.
Unified power flow controller (UPFC) is the most reliable device in the FACTS concept. It has the ability to adjust all three control parameters effective in power flow and voltage stability. In this paper, a linearized model of a power system installed with a UPFC has been presented. UPFC has four control loops that by adding an extra signal to one of them, increases dynamic stability and load angle oscillations are damped. In this paper, after open loop eigenvalue (electro mechanical mode) calculations, state-space equations have been used to design damping controller and it has been considered to influence active and reactive power flow durations as the input of damping controller, in addition to the common speed duration of synchronous generators as input damper signal. To increase stability, further Lead-Lag and LQR controllers, a novel on-line adaptive controller has been used analytically to identify power system parameters. Closed-loop calculations of the electro mechanical mode verify the improvement of system pole placement after controller designing. Suitable operation of adaptive controller to decrease rotor speed oscillations against input mechanical torque disturbances is confirmed by the simulation results.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.6
s.52
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pp.93-102
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2006
Control input's saturation of active control devices for large structures under large external disturbances are often occurred. It is more difficult to obtain the exact values of mass and stiffness as structures are higher. The modelling errors between mathematical models and real structures must be also included as parameter uncertainties. Therefore, in active vibration control of civil engineering structures like buildings and bridges, the robust saturation controller design method considering both control input's saturation and parameter uncertainties of system is needed. In this paper, stabilities of linear optimal controller LQR, modified bang-bang controller, saturated sliding mode controller, and robust saturation controller among various controllers which have been studied and applied to active vibration control of buildings are investigated. Especially, unstable phenomena of the LQR, the modified bang-bang controller and the saturated sliding mode controller when the control input is saturated or parameter uncertainties exist are presented to show the necessity of the robust saturation controller. The robust stability of the robust saturation controller are shown through a numerical example of a 2DOF linear vibrating system and an experimental test of the two-story structure with an active mass damper (AMD).
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.2
no.3
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pp.99-106
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1998
The performance of the turbofan engine, a medium scale civil aircraft which has been developing in Rep. of Korea, was analyzed and the control scheme for optimization the performance was studied. The dynamic and real-time linear simulation was performed in the previous study The result was that the fuel scedule of the step increase overshoot the limit temperature(3105 $^{\cire}R$) of the high pressure turbine and got small surge margine of the high pressure compressor. Therefore a control scheme such as the LQR(Linear Quadratic Regulator) was applied to optimizing the performance in this studies. The linear model was expected for designing controller and the real time linear model was developed to be closed to nonlinear simulation results. The system matrices were derived from sampling operating points in the scheduled range and then the least square method was applied to the interpolation between these sampling points, where each element of matrices was a function of the rotor speed. The control variables were the fuel flow and the low pressure compressor bleed air. The controlled linear model eliminated the inlet temperature overshoot of the high pressure turbine and obtained maximum surge margins within 0.55. The SFC was stabilized in the range of 0.355 to 0.43.
Kim, Min-Sung;Choi, Wan-Shik;Oh, Hwa-Suk;Heo, Hoon
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1996.04a
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pp.113-118
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1996
Nonlinear Attitude Dynamic Equation for rigid-body satellite is derived and linearzed. Estimator using Kalman filter and controller are designed. Controller using LQR technique implemented on satellite under torque disturbance shows much better performance than those by using of Bang-Bang technique.
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