This paper presents an observer-based robust controller for constant reference tracking of linear time invariant systems with polytopic model uncertainties. To this end, this paper not only designs a robust integral controller gain but also suggests how to determine the robust observer gain and the observer model used in the observer. Since the observer model selection is not obvious due to the polytopic uncertainties, particular attention needs to be paid to that. This paper computes the robust controller and observer gains first. Then, the observer model is selected in a way that the whole closedloop is stable and LMIs are used in the middle of choosing the gains and observer model. Simulation examples show that the proposed observer-based feedback control successfully achieves robust reference tracking.
A new flux observer based vector control system of an induction motor is constructed by using an observer in which the commanded stator currents are used to estimate the rotor flux. In this system, the flux observer is formulated by using a model of induction motor in a stationary coordinate system. By considering an observer of induction motor in a fixed co-ordinate system located on its secondary flux, a slip frequency controlled type of vector control system is also proposed. From these control schemes, the relation between the conventional slip frequency controlled type system and the observer based one is clarified. The steady-state error of the developed torque which is caused by the parameter change of induction motor is analyzed and discussed for the selection of observer gains. The poles of the observer error dynamics and those of the observer based vector control system are calculated analytically by neglecting the machine parameter change. In order to analyze the robust stability, a linear model of the observer based vector control system is proposed taking into account the machine parameter change. By using this model, the trajectories of the poles and zeros of the torque transfer function are computed and discussed. To test validity of the theoretical analysis, experiments are conducted by using a digital signal processor (TMS320C30) and a current controlled voltage source PWM inverter.
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.26
no.2
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pp.61-67
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2018
This paper presents a method to apply disturbance observer to PID controller for robustness enhancement of UAVs. The system uncertainties and disturbances bring adverse effects on performance and stability of UAVs. In this paper, we estimate the acceleration disturbances using nonlinear disturbance observer, then compensate disturbances with composite controller. By employing nonlinear disturbance observer and composite controller, we have better performance and robustness than conventional PID controller. The asymptotical stability of nonlinear disturbance observer is presented through theoretical analysis. The estimation performance of nonlinear disturbance observer is evaluated by numerical simulation. And performance of disturbance observer based PID controller is evaluated by comparing the performance with conventional PID controller.
A constraint equation-based control law design for large angle attitude maneuvers of flexible spacecraft is addressed in this paper The tip displacement of the flexible spacecraft model is prescribed in the form of a constraint equation. The controller design is attempted in the way that the constraint equation is satisfied throughout the maneuver. The constraint equation leads to a two-point boundary value problem which needs backward and forward solution techniques to satisfy terminal constraints. An observer-based tracking control law takes the constraint equation as the input to the dynamic observer. The observer state is used in conjunction with the state feedback control law to have the actual system follow the observer dynamics. The observer-based tracking control law eventually turns into a stabilized system with inherent nature of robustness and disturbance rejection in LQR type control laws.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.8
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pp.680-688
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2004
This paper proposes an observer-based method for adaptive nonlinear guidance. Previously, adaptive nonlinear guidance law is proposed considering target maneuver and control loop dynamics. However, several information of this guidance law is not available, and therefore needs to be estimated for more practical application. Accordingly, considering the unavailable information as bounded time-varying uncertainties, an integrated guidance and control model is re-formulated in normal form with respect to available states including target uncertainties and control loop dynamics. Then, a nonlinear observer is designed based on the integrated guidance and control model. Finally, using the estimates for states and uncertainties, an observer-based adaptive guidance law is proposed to guarantee the desired interception performance against maneuvering target. The proposed approach can be effectively used against target maneuver and the limited performance of control loop. The stability analyses and simulations of the proposed observer and guidance law are included to demonstrate the practical application of our scheme.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.4
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pp.652-658
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2016
In practical control systems differences between nominal and real systems arise from internal uncertainties and/or external disturbances. This paper presents a model-based low-order disturbance observer for a sinusoidal disturbance with unknown constant offset. By using the disturbance model of a biased harmonic signal, the proposed method can successfully estimate the biased sinusoidal disturbance with unknown amplitude and phase but known frequency. At the first stage of the observer design, a model-based disturbance observer is designed when all the system states are measurable. Next, a sufficient condition is presented for the proposed observer to estimate the sinusoidal disturbance with a minimal-order additional dynamics using only output measurement. Comparative computer simulations are performed to test the performance of the proposed method. The simulation results show the enhanced performance of the proposed disturbance observer.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.6
no.1
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pp.1-14
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2008
This paper presents a convex optimization method for observer-based mixed $H_2/H_{\infty}$ control design of linear systems with time-varying state, input and output delays. Delay-dependent sufficient conditions for the design of a desired observer-based control are given in terms of linear matrix inequalities (LMIs). An observer-based controller which guarantees asymptotic stability and a mixed $H_2/H_{\infty}$ performance for the closed-loop system of the linear system with time-varying delays is then developed. A Lyapunov-Krasovskii method underlies the observer-based mixed $H_2/H_{\infty}$ control design. A numerical example with simulation results illustrates the effectiveness of the methodology.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.8
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pp.822-827
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2014
This paper presents a robust observer-based output feedback control for stabilization of linear time invariant systems with polytopic uncertainties. To this end, this paper not only finds a robust observer gain but also suggests how to determine the model used in the observer, which is not obvious due to model uncertainties in the conventional observer design method. The robust observer gain and the observer model are selected in a way that the whole closed-loop is stable by solving LMIs and BMIs (Linear Matrix Inequalities and Bilinear Matrix Inequalities). A simulation example shows that the proposed robust observer-based output feedback control successfully leads to closed-loop stability.
In this paper, the design of a speed sensorless vector control system for induction motor is performed by using a new sliding mode technique based on current model flux observer. A current and flux observer based on the current estimation error is constructed. The proposed current observer includes a sliding mode function, which is derivative of the flux. That is, sliding mode observer which allows the estimation of both the rotor speed and flux based on the measurement of motor terminal quantities, would be proposed. And, a synergetic speed controller using the estimated speed signal is designed to stabilize the speed loop. Simulation results are presented to confirm the theoretical analysis, and to show the system performance with different observer gains and the influence of the motor parameter.
In this paper, the observer based nonlinear state feedback controller has been developed to control the pressures of the oxygen and the hydrogen in the PEM(Proton Exchange Membrane) fuel cell system. Nonlinear model of the PEM fuel cell system was introduced to study the design problems of the state observer and model based controller. A cascade observer using the filtering technique was used to estimate the pressure derivatives of the cathode and the anode in the system. In order to estimate the pressures of the cathode and the anode, the sliding mode observer was designed by using these pressure derivatives. To estimate the oxygen pressure and the hydrogen pressure in the system, the nonlinear state observer was designed by using the cathode pressure estimates and the anode it. These results will be very useful to design the state feedback controller. The validity of the proposed observers and the controller has been investigated by using the Lyapunov's stability analysis strategy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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