The aerial support air sculptures currently exhibited in indoor spaces are similar to simple ad balloons, using multiple rope strands. Users now want more advanced unfixed sculptures, and hope these will develop into buoyant sculptures that can maintain the attitudes that users want on their own. This study investigated an attitude control system for unfixed levitation sculptures that can levitate with no rope and continuously maintain a certain attitude at a height specified by the user. To facilitate levitation, the exterior part of the sculpture was made of lightweight fibers, and the interior part was filled with helium gas. The controller was composed of a microprocessor of the dsPIC30F line from microchip, gyro, acceleration, and earth magnetic field sensors, and a highly efficient brushless DC (BLDC) electric motor. The attitude and position control system requires scheduling considering the trajectories of the sculpture and the control system, because the roles of the overall components are more important than those of a single controller. Furthermore, the system was designed like a fusion system that is expanded and controlled as a total controller, because it is interconnected with various sensors. The attitude control system of buoyant sculptures was implemented in this study, such that it can actively cope with the position, direction, stopping, and time aspects. The system performance was then evaluated.
In this paper, we address a position control scheme for a stage system, which is levitated and driven by electric magnetic actuators. This consists of a levitating object (called platen) with 4 permanent magnetic linear synchronous motors in parallel. Each motor generates vertical force for suspension against gravity and propulsion force horizontally as well. This stage can generate six degrees of freedom motion by the vertical and horizontal forces. Dynamic equations of the stage system are derived based on Newton-Euler method and its special Jacobian matrix describing a relation between the Joint velocity and platen velocity is done. There are proposed two control schemes for positioning, which are Cartesian space controller and Joint space controller. The control performance of the Cartesian space controller is better than the Joint space controller in task space trajectory while the Joint space controller is simpler than the Cartesian space controller in controller realization.
This paper describes a PID controller for an attraction type magnetic levitation system considering $H^{\infty}$ performance. PID controllers are a kind of fixed structure reduced order controllers. Using change of variables a reduced order control problem can be recast into a static output feedback control problem and can be solved efficiently by LMI(Linear Matrix Inequality) method. In this paper, cone complementarity method is adopted and the simulation shows good results.
A hybrid self-hearing motor, which Is a functional combination of general permanent magnet (PM) motor and hybrid active magnetic bearing(AMB), was proposed a few years ago. In this paper the hybrid self-bearing motor is modified to a disk type, in which one of two magnetic hearings was substituted for a thin yoke to make the system more compact. An outer rotors in this self-hearing motor is actively controlled only in two radial directions while the ocher motions are passively salable owing to the disk-type structure. Main advantages of the proposed self-hearing motor are simple control mechanism, low power consumption and smart structure. Mathematical model for the magnetic force Is built wish consideration of the radial displacement of the rotor. The model helps us not only to design a levitation controller but also to expect the system performance. Some experimental results show good capability and feasibility of the Proposed self-bearing motor.
A bearingless linear motor(BLLM) which consists of two stators and a common mover is able to levitate and move its mover without any linear bearing or even additive windings. In the previous study, BLLM was actively controlled on the translation and pitch motion, while the roll motion is passively stable. In order to control the roll motion, this paper suggests adding active magnetic bearings(AMBs) at bottom of the mover in BLLM. The AMBs control the roll motion and also partially supports the weight of the mover. In this paper, magnetic forces generated by the AMBs are estimated by using an FEM model. Based on the analysis results, the bias current of the AMBs is determined and a PD controller is designed. Through an experimental levitation test, it was verified that roll motion is well controlled by AMB during levitation.
This paper suggests a new linear motor which is able to levitate as well as move its mover without any linear bearing or even additive windings. Its structure is very similar to a well-known both-sided linear motor which consists of two stators and a common mover. And the movement principle is the same with that of conventional linear motor. But unlike the conventional one, the amplitudes of phase currents are controlled to levitate the mover. In this paper, the structure and principle of the suggested bearingless linear motor are introduced in detail and its feasibility is experimentally investigated. Using the prototype and a very simple controller, we succeeded in the levitation and linear movement of the mover at a time.
This paper is an overview of the experimental work using a Planar Magnetic Levitation Stage System structure proposed by Dr. Won-Jong Kim in his PhD thesis. Based on his results, we built an Experimental Test Stand (ETS), which enabled us to get accustomed with the new technology and to create new control structures and algorithms. The ETS is controlled by a powerful controller made of 4 DSPs mastered by a PC. This controller structure increases the controller bandwidth up to 10 kHz leading to a better emulation of an analog controller and leaving enough room for further development. Based on analyzing all the factors that can affect the performances of the system, we achieved a great accurate positioning performance of sub-nanometer RMS value.
A self-sensing magnetic suspension system utilizing a LC resonant circuit is proposed by using the characteristic that the inductance of the magnetic system is varied with respect to the air gap displacement. An external capacitor is added into the electric system to make the levitation system be statically stable system, which much relieves the control effort required to stabilize the magnetic suspension system of haying an intrinsic unstable nature. For the realization of the self- sensing magnetically levitated system, an amplitude modulation / demodulation method is used with a positive position feedback controller Experimental results are presented to validate the proposed method.
본 논문에서는 시간영역 및 주파수영역 성능지수와 클론 선택기반 유전자 알고리즘을 이용한 자기부상 RGV(Rail-Guided Vehicle)의 최적 PID 제어기 설계 기법을 제안한다. 일반적으로 RGV에 적용되는 흡인식 자기부상시스템은 시스템 자체의 불안정성을 내포하고 있으며, 오버슈트 및 정착시간을 고려한 설계가 요구되기 때문에 기존의 성능지수함수로는 원하는 성능을 얻기에 어려움이 있다. 본 논문에서는 먼저 PID 제어기 설계에 사용되는 성능지수함수를 분석하고, 자기부상 RGV에 적합한 시간영역 및 주파수영역 성능을 고려한 새로운 성능지수 함수를 제안하였다. 또한, 클론선택 최적화기법을 적용하여 성능이 향상된 클론 선택기반 유전자 알고리즘을 제안하였다. 제안된 최적화 알고리즘과 성능지수함수의 성능을 평가하기 위하여 단순 유전자 알고리즘과 기존의 군집 최적화 기법인 PSO(Particle Swarm Optimization)를 이용하여 비교 시뮬레이션을 하였다. 제안된 알고리즘이 기존의 최적화 기법들에 비해 자기부상 RGV의 최적 제어기 설계에 더 효과적임을 시뮬레이션을 통해 보였다.
In this paper, the vibration control of CPM(Controlled-Permanent Magnet) type magnetic levitation system of 1ton is designed and implemented. The target to be controlled has 8 magnets and 4 corners of the maglev module are levitated using a digital feedback controller. The designed controller includes PID type gap controller and speed observer. Its performance is validated by some kinds of experiments.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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