Seungwoon Park;Bo Gyum Kim;Chang Dae Park;Hyeon Jun Lim;Chul-Hee Lee
Journal of Drive and Control
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v.21
no.3
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pp.28-35
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2024
This study compared performances of PID (Proportional Integral Derivative), SMC (Sliding Mode Control), and MPC (Model Predictive Control) strategies applied to a 2DOF (Degree Of Freedom) drone tracking robot. The developed 2DOF robot utilized a depth camera with an IMU (Inertial Measurement Unit), laser pointers, and servo motors to rapidly detect and track objects. Image processing was conducted using the YOLO deep learning model. Through this setup, controllers were attached to the robot to track random drone movements, comparing performances in terms of accuracy and energy consumption. This study revealed that while SMC demonstrated precise tracking without deviating from the path, both PID and MPC controllers showed deviations. Performance-wise, SMC is superior. However, considering economic aspects, PID is more advantageous due to its lower power consumption and relatively minor tracking errors.
Deep extreme learning machine (DELM) and multi-verse optimization algorithms (MVO) are hybridized for designing an optimal and adaptive control framework for uncertain buildings. In this approach, first, a robust model predictive control (RMPC) scheme is developed to handle the problem uncertainty. The optimality and adaptivity of the proposed controller are provided by the optimal determination of the tunning weights of the linear programming (LP) cost function for clustered external loads using the MVO. The final control policy is achieved by collecting the clustered data and training them by DELM. The efficiency of the introduced control scheme is demonstrated by the numerical simulation of a ten-story benchmark building subjected to earthquake excitations. The results represent the capability of the proposed framework compared to robust MPC (RMPC), conventional MPC (CMPC), and conventional DELM algorithms in structural motion control.
Multi-input multi-output (MIMO) dynamic matrix control (DMC) technique is applied to control steam temperatures in a large-scale ultrasupercritical once-through boiler-turbine system. Specifically, four output variables (i.e., outlet temperatures of platen superheater, finish superheater, primary reheater, and finish reheater) are controlled using four input variables (i.e., two spray valves, bypass valve, and damper). The step-response matrix for the MIMO DMC is constructed using the four input and the four output variables. Online optimization is performed for the MIMO DMC using the model predictive control technique. The MIMO DMC controller is implemented in a full-scope power plant simulator with satisfactory performance.
The modular multilevel converter (MMC) has become a promising topology for high-voltage direct current (HVDC) transmission systems. To control a MMC system properly, the ac-side current, circulating current and submodule (SM) capacitor voltage are taken into consideration. This paper proposes a low-computation indirect model predictive control (IMPC) strategy that takes advantages of the conventional MPC and has no weighting factors. The cost function and duty cycle are introduced to minimize the tracking error of the ac-side current and to eliminate the circulating current. An optimized merge sort (OMS) algorithm is applied to keep the SM capacitor voltages balanced. The proposed IMPC strategy effectively reduces the controller complexity and computational burden. In this paper, a discrete-time mathematical model of a MMC system is developed and the duty ratio of switching state is designed. In addition, a simulation of an eleven-level MMC system based on MATLAB/Simulink and a five-level experimental setup are built to evaluate the feasibility and performance of the proposed low-computation IMPC strategy.
In order to avoid the high cost and high risk of demonstration mission of rendezvous-docking technology, missions using nanosatellites have recently been increasing. However, there are few successful mission cases due to many limitations of nanosatellites like small size, power limitation, and limited performances of sensor, thruster, and controller. To improve the probability of rendezvous-docking mission success using nanosatellite, a rendezvous-docking phase analysis tool for nanosatellites is developed. The tool serves to analyze the relative position and attitude control of the chaser satellite at the docking phase. In this tool, the Model Predictive Controller (MPC) is implemented as a controller, and Extended Kalman Filter (EKF) is adopted as a filter for noise filtering. To verify the performance and effectiveness of the developed tool for nanosatellites, simulation study was conducted. Consequently, we confirmed that this tool can be used for the analysis of relative position and attitude control for nanosatellites in the rendezvous-docking phase.
Ji, Dae-Hyun;Lee, Sang-Moon;Kim, Sang-Un;Kim, Sun-Jang;Won, Sang-Chul
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2004.08a
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pp.524-529
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2004
In this paper, We described the method which developed the optimal control system for air separation unit to change production rates frequently and rapidly. Control models of the process were developed from actual plant data using subspace identification method which is developed by many researchers in resent years. The model consist of a series connection of linear dynamic block and static nonlinear block (Wiener model). The model is controlled by model based predictive controller. In MPC the input is calculated by on-line optimization of a performance index based on predictions by the model, subject to possible constraints. To calculate the optimal the performance index, conditions are expressed by LMI(Linear Matrix Inequalities).In order to access at the Bailey DCS system, we applied the OPC server and developed the Client program. The OPC sever is a device which can access Bailey DCS system.The Client program is developed based on the Matlab language for easy calculation,data simulation and data logging. Using this program, we can apply the optimal input to the DCS system at real time.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.1
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pp.35-41
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2010
In developing modern aircraft, the reconfiguration control that can improve the safety and the survivability against the unexpected failure by partitioning control surfaces into several parts has been actively studied. This paper deals with the reconfiguration control using model predictive control method considering the saturation of control surfaces under the control surface failure. Linearized aircraft model at trim condition is used as the internal model of model predictive control. We propose the controller that performs optimization using LMI (linear matrix inequalities) based semi-definite programming in case that control surface saturation occurs, otherwise, uses analytic solution of the model predictive control. The performance of the proposed control method is evaluated by nonlinear simulation under the flight scenario of control surface failure.
Heave compensation is a vital part of various marine and offshore operations. It is used in various applications, including the transfer of cargo between two vessels in the open ocean, installation of topsides of an offshore structure, offshore drilling and for surveillance, reconnaissance and monitoring. These applications typically involve a load suspended from a hydraulically powered winch that is connected to a vessel that is undergoing dynamic motion in the ocean environment. The goal in these applications is to design a winch controller to keep the load at a regulated height by rejecting the net heave motion of the winch arising from ship motions at sea. In this study, we analyze and compare the performance of various control algorithms in stabilizing a suspended load while the vessel is subjected to changing sea conditions. The KCS container ship is chosen as the vessel undergoing dynamic motion in the ocean. The negative of the net heave motion at the winch is provided as a reference signal to track. Various control strategies like Proportional-Derivative (PD) Control, Model Predictive Control (MPC), Linear Quadratic Integral Control (LQI), and Sliding Mode Control (SMC) are implemented and tuned for effective heave compensation. The performance of the controllers is compared with respect to heave compensation, disturbance rejection and noise attenuation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.41
no.7
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pp.575-583
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2017
This paper describes the design and evaluation of a driving mode decision algorithm for automated driving for merge situations on highways. For the development of a highly automated driving control algorithm for merge situations, the driving mode decision is crucial for merging appropriately. There are two driving modes: lane keeping and lane changing (merging). The merge mode decision is determined based on the state of the surrounding vehicles and the remaining length of the merge lane. In the merge mode decision algorithm, merge possibility and the desired merge position are decided to change the lane safely and quickly. A safety driving envelope is defined based on the desired driving mode using the information on the surrounding vehicles' behaviors. To obtain the desired steering angle and longitudinal acceleration for maintaining the subject vehicle in the safe driving envelope, a motion planning controller is designed using model predictive control (MPC), with constraints that are decided considering the vehicle dynamics, safe driving envelope, and actuator limit. The proposed control algorithm has been evaluated via computer simulation studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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