This paper deals with a waypoint trajectory following problem for the tilt-rotor UAV under development in Korea (TR-KUAV). In this problem, dynamic model inversion based on the linearized model and Sigma-Phi neural network with adaptive weight update are involved to realize the waypoint following algorithm for the vehicle in the helicopter flight mode (nacelle angle=0 deg). This algorithms consists of two main parts: outer-loop system as a command generator and inner-loop system as stabilizing controller. In this waypoint following problem, the position information in the inertial axis is given to the outer-loop system. From this information, Attitude Command/Attitude Hold logic in the longitudinal channel and Rate Command/Attitude Hold logic in the lateral channel are realized in the inner-loop part of the overall structure of the waypoint following algorithm. The nonlinear simulation based on the TR-KUAV is carried out to evaluate the stability and performance of the algorithm. From the numerical simulation results, the algorithm shows very good tracking performance of passing the waypoints given. Especially, it is observed that ACAH/RCAH logic in the inner-loop has the satisfactory performance due to adaptive neural network in spite of the model error coming from the linear model based inversion.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.16
no.3
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pp.166-171
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2008
In this paper, the optimization design module for the brake system of a vehicle is developed. As using this module, design variables, that minimize an object function and satisfy nonlinear constraint conditions, can be found easily. Before an optimization is operated, Plackett-Burman design, one of the factorial design methods, is used to choose the design variables which affect a response function significantly. Using the response surface analysis, second order recursive model function, which informs a relation between design variables and response function, is estimated. In order to verify the reliability of the model function, analysis of variances(ANOVA) table is used. The value of design variables which minimize the model function and satisfy the constraint conditions is predicted through Sequential Quadratic-Programming (SQP) method. As applying the above procedure to a real vehicle simulation model and comparing the values of object functions of a current and optimized system, the optimization results are verified.
A bushing is a device used in automotive suspension systems to reduce the load transmitted from the wheel to the frame of the vehicle. A bushing is a hollow cylinder, which is bonded to a solid steel shaft at its inner surface and a steel sleeve at its outer surface. The relation between the force applied to the shaft and the relative deformation of a bushing is nonlinear and exhibits features of viscoelasticity. Since a force-displacement relation for bushings is important for multibody dynamics numerical simulations, the relation is expressed in terms of a force relaxation function and a method of determination by experiments on bushings has been developed. For the nonlinear viscoelastic axial response, Pipkin-Rogers model, the direct relation of force and displacement, has been derived from experiment. It is shown that the predictions by the proposed force-displacement relation are in very good agreement with the experimental results.
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.
No, Ung-Rae;Kim, Yu-Dan;Park, Jeong-Ju;Tak, Min-Je
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.8
no.7
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pp.613-623
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2002
Ascent trajectory optimization and explicit guidance problems for a satellite launch vehicle with yaw maneuver in a 3-dimension are considered. The trajectory optimization problem with boundary conditions is formulated as a nonlinear programming problem by parameterizing the inertial pitch and yaw attitude control variables, and is solved by using the SQP algorithm. The flight constraints such as gravity-turn and range safety conditions are imposed. An explicit inertial guidance algorithm in the exoatmospheric phase is also presented. The guidance algorithm provides steering command and time-to-go value directly using the current states of the vehicle and the desired orbit insertion conditions. The liquid propelled Delta 2910 launch vehicle is used as a numerical model.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.5
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pp.817-832
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2015
This paper presents a state feedback based backstepping control algorithm to address the trajectory tracking problem of an underactuated Unmanned Surface Vessel (USV) in the horizontal plane. A nonlinear three Degree of Freedom (DOF) underactuated dynamic model for USV is considered, and trajectory tracking controller that can track both curve trajectory and straight line trajectory with high accuracy is designed as the well known Persistent Exciting (PE) conditions of yaw velocity is completely relaxed in our study. The proposed controller has further been enriched by incorporating an integral action additionally for enhancing the steady state performance and control precision of the USV trajectory tracking control system. Global stability of the overall system is proved by Lyapunov theory and Barbalat's Lemma, and then simulation experiments are carried out to demonstrate the effectiveness of the controller designed.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.49
no.5
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pp.241-248
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2000
Until now, all of the port goods are transported manually by container transporter in the port. Recently there are a lot of studies about unmanned vehicle driven automatically. In terms of the vehicle automation, the control of steering and velocity on vehicle systems is very important part in container transporter. In common sense, vehicle systems have lots of nonlinear parameters so we have many difficulties in designing the optimal controller of them. In this paper, we present a design of the TDOF PID controller using a hybrid schematic algorithm to control the steering system optimally. We used the single-track model to pre-test the designed controller before appling to AGV. We also used the ES(evolutionary strategy) and SA(simulated annealing) algorithms to construct the hybrid tuning algorithm for parameters of controller. Finally, we had the computer simulation to verify that our designed controller has better performance than the other one.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.2
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pp.129-143
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1998
The vibrations of steering wheel are required to be reduced for convenient ride quality and good controllability. This phenomenon, vibration of steering wheel, is occured by interaction with suspension system, steering system, vehicle body, engine/transmission and tire complicately. But reviewing the current research activities, most researches are performed for the vibration analysis of steering wheel with a simple model, and mot easy to be applied to the variation of each component element connected with steering system as well as that of the steering system. In this study, suspension system and steering system are modelled by the T.L.H. coordinate system which is usually used by a passenger car maker. Also, rigid body motions of engine and elastic motions of vehicle body in the previous study are considered. Derive the equation of motion in 29 d.o.f. and the vibration of steering wheel is analyzed numerically and verify the midelling of steering system by comparison with test results for real car. And then, the optimal design values of the engine mount system obtained from the previous study are applied to the verified steering system model and investigate the effects of various engine mount design values on the vibration of steering wheel.
The flyback converter, which can be regarded as a nonlinear time-varying system, has complex dynamics and nonlinear behaviors. These phenomena can affect the stability of the converter. To simplify the modeling process and retain the information of the output capacitor branch, a special sampled-data model of a peak current-mode (PCM) controlled flyback converter is established in this paper. Based on this, its dynamic behaviors are analyzed, which provides guidance for designing the circuit parameters of the converter. With the critical stability boundary equation derived by a Jacobian matrix, the stable operation range with a varied output capacitor, proportional coefficient of error the amplifier, input voltage, reference voltage and slope of the compensation ramp of a PCM controlled flyback converter are investigated in detail. Research results show that the duty ratio should be less than 0.5 for a PCM controlled flyback converter without ramp compensation to operate in a stable state. The stability regions in the parameter space between the output capacitor and the proportional coefficient of the error amplifier are enlarged by increasing the input voltage or by decreasing the reference voltage. Furthermore, the ramp compensation also can extend to the stable region. Finally, time-domain simulations and experimental results are presented to verify the theoretical analysis results.
Su, Xiao-Long;Yu, Jian-Qiao;Wang, Ya-Fei;Wang, Lin-lin
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.3
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pp.247-255
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2013
The flight control of re-entry vehicles poses a challenge to conventional gain-scheduled flight controllers due to the widely spread aerodynamic coefficients. In addition, a wide range of uncertainties in disturbances must be accommodated by the control system. This paper presents the design of a roll channel controller for a non-axisymmetric reentry vehicle model using the trajectory linearization control (TLC) method. The dynamic equations of a moving mass system and roll control model are established using the Lagrange method. Nonlinear tracking and decoupling control by trajectory linearization can be viewed as the ideal gain-scheduling controller designed at every point along the flight trajectory. It provides robust stability and performance at all stages of the flight without adjusting controller gains. It is this "plug-and-play" feature that is highly preferred for developing, testing and routine operating of the re-entry vehicles. Although the controller is designed only for nominal aerodynamic coefficients, excellent performance is verified by simulation for wind disturbances and variations from -30% to +30% of the aerodynamic coefficients.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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