The Fuzzy Preview Control (FPC) design methodology using I-PD Preview Control (IPC) and Optimal Preview Control (OPC)[6] are discussed in this paper. First we show a new fuzzy controller with single input single output, and build a relationship between it and the I-PD Control proposed by Kitamari, as well as Optimal Control with some specific equations. We also give the stability analysis with Lyapunov theorem. On this way, we can design a Fuzzy I-PD Controller (FIC) very easier and more effective. Then, preview control element design methodology of FCP was given according to IPC and OPC. Third, to make the system more rapidly and more little overshooting, two factors are given to adjust the controller's properties. At last, the performance of FPC is revealed via computer simulation using a nonlinear plant.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.6
no.1
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pp.33-44
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1989
A controller disign method is proposed for multivariable nonlinear stochastic systems with hard nonlinearities such as Coulomb friction, backlash and saturation. In order to take the nonlinearities into account statistical linearization techniques are used. And multi- variable pole placement techniques are applied to design controller for the statistically linearized multivariable systems. The basic concept of the controller design method is to solve two coupled equations, characteristic equation and Lyapunov equation, simultaneously and iteratively for statistically linearized multivariable stochastic systems. An aircraft with saturation serves as a design example. The design example illustrates the influence of nonlinear effects. The results of the analysis are compared to Monte Carlo simulation to test their accuracy.
This paper addresses analysis and design of a fuzzy model-based-controller for the control of uncertain SISO nonlinear systems. In the design procedure, we represent the nonlinear system by using a Takagi-Sugeno fuzzy model and construct a global fuzzy logic controller via parallel distributed compensation and sliding mode control. Unlike other parallel distributed controllers. this globally stable fuzzy controller is designed without finding a common positive definite matrix for a set of Lyapunov equations, and has good tracking performance. Furthermore, stability analysis is conducted not for the fuzzy model but for the real underlying nonlinear system. A simulation is included for the control of the Duffing forced-oscillation system, to show the effectiveness and feasibility of the proposed fuzzy control method.
This paper addresses analysis and design of a fuzzy model-based-controller for the control of uncertain SISO nonlinear systems. In the design procedure, we represent the nonlinear system by using a Takagi-Sugeno fuzzy model and construct a global fuzzy logic controller via parallel distributed compensation and sliding mode control. Unlike other parallel distributed controllers, this globally stable fuzzy controller is designed without finding a common positive definite matrix for a set of Lyapunov equations, and has good tracking performance. The stability analysis is conducted not for the fuzzy model but for the real underlying nonlinear system. Furthermore, the proposed method can be applied to partially known uncertain nonlinear systems. A numerical simulation is performed for the control of an inverted pendulum, to show the effectiveness and feasibility of the proposed fuzzy control method.
Estimation errors of the rotor speed and position in sensorless control systems of Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) will lead to low efficiency and dynamic-performance degradation. In this paper, a parallel-type extended nonlinear observer incorporating the nominal parameters is constructed in the stator-fixed reference frame, with rotor position, speed, and the load torque simultaneously estimated. The stability of the extended nonlinear observer is analyzed using the indirect Lyapunov's method, and observer gains are selected according to the transfer functions of the speed and position estimators. Taking into account the parameter inaccuracies issue, explicit estimation error equations are derived based on the error dynamics of the closed-loop sensorless control system. An equivalent flux error is defined to represent the back Electromotive Force (EMF) error caused by the inaccurate motor parameters, and a compensation strategy is designed to suppress the estimation errors. The effectiveness of the proposed method has been validated through simulation and experimental results.
Song, Il Young;Song, Jin Mo;Jeong, Woong Ji;Gong, Myoung Sool
Journal of Sensor Science and Technology
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v.28
no.4
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pp.216-220
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2019
In this paper, we propose a finite memory filter (estimator) for discrete-time stochastic linear systems with delays in state and measurement. A novel filtering algorithm is designed based on finite memory strategies, to achieve high estimation accuracy and stability under parametric uncertainties. The new finite memory filter uses a set of recent observations with appropriately chosen initial horizon conditions. The key contribution is the derivation of Lyapunov-like equations for finite memory mean and covariance of system state with an arbitrary number of time delays. A numerical example demonstrates that the proposed algorithm is more robust and accurate than the Kalman filter against dynamic model uncertainties.
We establish the existence of $C^1$ stable invariant manifolds for differential equations $u^{\prime}=A(t)u+f(t,u,{\lambda})$ obtained from sufficiently small $C^1$ perturbations of a nonuniform exponential dichotomy. Since any linear equation with nonzero Lyapunov exponents has a nonuniform exponential dichotomy, this is a very general assumption. We also establish the $C^1$ dependence of the stable manifolds on the parameter ${\lambda}$. We emphasize that our results are optimal, in the sense that the invariant manifolds are as regular as the vector field. We use the fiber contraction principle to establish the smoothness of the invariant manifolds. In addition, we can also consider linear perturbations, and thus our results can be readily applied to the robustness problem of nonuniform exponential dichotomies.
In this study, a sliding mode (SM) controller for dynamic positioning (DP) was specifically designed for a turret connection operation of a ship or an offshore structure in which an arbitrary point on the structure could be controlled as the motion center instead of the center of mass. The SM controller allows control of the arbitrary point and provides capability to manage uncertainties in the dynamics of ships and offshore structures, external forces caused by unknown changing marine environments, and transient performance of DP systems. The Jacobian matrix included in kinematic equations of the controlled object was modified to design the SM controller to control based on an arbitrary point of ships or offshore structures. To ensure robustness of the controller, the Lyapunov stability theory was applied in the design of the SM controller. In general, for robustness in DP control, gain scheduling based on a proportional-derivative (PD) control algorithm is employed. However, finding appropriate gains for gain scheduling complicates the application of DP systems. Therefore, in this study, the SM control algorithm was considered to mitigate the complexity of the DP controller for ships and offshore structures. To validate the proposed SM control algorithm, time-domain simulations were conducted and utilized to evaluate the performance of the control algorithm. The effectiveness of the proposed SM controller was assessed by comparing simulation results with results of a conventional PD control algorithm applied in DP control.
Recently, many researchers have been involved in finding deterministic equations which can accurately predict future event, based on chaotic theory, or fractal theory. The theory says that some events which seem very random but internally deterministic can be accurately predicted by fractal equations. In contrast to the conventional methods, such as AR model, MA, model, or ARIMA model, the fractal equation attempts to discover a deterministic order inherent in time series data set. In discovering deterministic order, researchers have found that neural networks are much more effective than the conventional statistical models. Even though prediction accuracy of the network can be different depending on the topological structure and modification of the algorithms, many researchers asserted that the neural network systems outperforms other systems, because of non-linear behaviour of the network models, mechanisms of massive parallel processing, generalization capability based on adaptive learning. However, recent survey shows that prediction accuracy of the forecasting models can be determined by the model structure and data structures. In the experiments based on actual economic data sets, it was found that the prediction accuracy of the neural network model is similar to the performance level of the conventional forecasting model. Especially, for the data set which is deterministically chaotic, the AR model, a conventional statistical model, was not significantly different from the MLP model, a neural network model. This result shows that the forecasting model. This result shows that the forecasting model a, pp.opriate to a prediction task should be selected based on characteristics of the time series data set. Analysis of the characteristics of the data set was performed by fractal analysis, measurement of Hurst index, and measurement of Lyapunov exponents. As a conclusion, a significant difference was not found in forecasting future events for the time series data which is deterministically chaotic, between a conventional forecasting model and a typical neural network model.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.5
no.4
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pp.397-409
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2007
In this paper, we propose a nonlinear guidance law for missiles against maneuvering targets. First, we derive the equations of motion described in the line-of-sight reference frame and then we define the equilibrium subspace of the nonlinear system to guarantee target interception within a finite time. Using Sontag's formula, we derive a nonlinear guidance law that always delivers the state to the equilibrium subspace. If the speed of the missile is greater than that of the target, the proposed law has global capturability in that, under any initial launch conditions, the missile can intercept the maneuvering target. The proposed law also minimizes the integral cost of the control energy and the weighted square of the state. The performance of the proposed law is compared with the augmented proportional navigation guidance law by means of numerical simulations of various initial conditions and target maneuvers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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