A design of the global optimal sliding mode control is presented to control the second order uncertain time varying system with torque limit. With specified ranges of parametric uncertainties and torque limit, the minimum arrival time to reference inputs can be calculated. The proposed control scheme is applied to the motor system carrying loads. The merit of the proposed control scheme is that the arriving time at the reference input, which is the revolution angle, and the maximum allowable acceleration are expressed in a closed form solution. The superior performance of the proposed control scheme is validated by the computer simulation and experiments comparing with other sliding mode controllers.
When a manipulator makes contact with an object having position uncertainty, performance measures vary considerably with the control law. To achieve the optimal solution for this problem, an unique objective function that weights time and impact force is suggested and is solved with the help of variational calculus. The resulting optimal velocity profile is then modified to define a sliding mode for the impact and force control. The sliding mode control technique is used to achieve the desired performance. Sets of experiments are performed, which show superior performance compared to any existing controller.
An adaptive fuzzy sliding-mode control system which combines the merits of sliding-mode control the fuzzy inference mechanism and the adaptive algorithm is proposed. A fuzzy sliding-mode controller is investigated in which a simple fuzzy inference mechamism is used to estimate the upper bound of uncertainties., The fuzzy inference mechanism with centre adaptation of membership functions is investigated to estimate the optimal bound of uncertainties.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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제4권1호
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pp.84-91
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2002
A new composite control method for a carriage balancing single inverted pendulum system is proposed and applied to swing up the pendulum and to stabilize it under the state constraint. The target inverted pendulum system has an extremely limited length of the cart(below 16cm). The proposed swing-up controller comprises a sliding mode control algorithm and an optimal control algorithm based on two regions: the region near the inverted unstable equilibrium position and the rest of the state space including the downward stable equilibrium position. The sliding mode controller uses a switching control action to converge along the specified path(hyperplane) derived from energy equation from a state around the path to desired state(standing position). An optimal control method is also used to guarantee the stability at unstable equilibrium position. Compared with the reported controllers, it is simpler and easier to implement. Experimental results are given to show the effectiveness of this controller.
This paper presents the design of a now controller for the read/write head of a hard disk drive. The general controller for seeking is the time-optimal control. However if we use only the time optimal control law, this could be vulnerable to chattering effect. To solve this problem, we propose a modified controller design algorithm in this paper. The proposed controller consists of bang-bang control for seeking and sliding-mode control for tracking. Moreover, to test the robustness and stability of control system, a bounded disturbance is selected to maximize a severity index. Simulation results show the superiority of the proposed controller through comparison with time optimal VSC(variable structure control).
In this paper. we design a robust optimal controller for ultra-precision positioning system. Generally, it is hard to control the nanometric scale positioning system because of the parameter uncertainties and external disturbances. To solve this problem. we suggest a control algorithm based on the modified sliding-mode control and the LQ control in an augmented system. The augmented system is composed of additional state variables: state estimates and control input in the nominal system. Through comparison with LQ optimal control, it is verified that the proposed control algorithm is more robust to the unexpected parameter variations and external noises.
Semi-active control devices have received significant attention in recent Years because they offer the adaptability of active-control devices without requiring the associated large power sources. Magnetorheological(MR) dampers are semiactive control devices that use MR fluids to produce controllable dampers. This paper applies sliding mode control method using target variation rate of Lyapunov function for the control of structures by use of MR dampers. The three-story building model under earthquake excitation is analyzed by installing a MR damper in the first-story. The performance of semi-active controllers designed by clipped-optimal algorithm and modified sliding mode control algorithm is compared to the performance of passive-type MR dampers. The results indicate that semi-active controllers achieve a greater reduction of responses than passive-type system and especially the controller by modified sliding mode control method shows a good applicability in the view of response control and control force.
To achieve the lightweight and robust design of a structure, it is requested to design a structure and its control system simultaneously, which is called as the combined optimal design. A constant-cross-sectional area cantilever beam was chosen as an example for the applying the optimum design method. An initial load and a time varying disturbance were applied at the free end of the beam. Sliding mode control was selected due to its insensitiveness to the disturbance compared with other modes. It is known that the sliding mode control is robust to the disturbance and the uncertainty only if a matching condition is met, after giving a switching hyper plane. In this study, the optimum method was used for the design of the switching hyper plane and the objective function of the optimum switching hyper plane was assumed to be the objective one of the control system. The total weight of the structure was treated as a constraint and the cross sectional areas of the beam were considered as design variables, which means a nonlinear programming problem. The sequential linear programming method was applied to solve it. As a result of the optimum design, the effect of attenuating vibrations has been improved obviously. Moreover, lightweight design of the structure became possible from the relationship of the weight of the structure and the control objective function.
Continuous sliding mode control is applied to turning process for cutting force regulation. The highest feedrate compatible with the allowable cutting force is applied in rough cutting process such that maximum productivity is ensured and tool breakage is avoided. The programmed feedrate is overridden after the control algorithm is carried out. However, most CNC lathe manufacturers offer limited number of data bits far feedrate override, thus resulting in nonlinear behavior of the machine tools. Such nonlinearity brings “quantized” effect, and the optimal faedrate is rounded off before being fed into the CNC system. To compensate for this problem, continuous sliding mode control is applied. Conventional switching control law at a sliding surface is replaced by a smooth control interpolation in a selected boundary layer to avoid the excitation of high-frequency dynamics. Simulation results are presented in comparison with those obtained by applying adaptive control.
In order to achieve the desired lightweight and robust design of a structure, it is preferable to design a structure and its control system, simultaneously, which is termed the combined optimal design. A constant-cross-sectional area cantilever beam was chosen as the optimum design method, An initial load and a time-varying disturbance were applied at the free end of the beam. Sliding mode control was selected, due to its insensitivity to the disturbance, compared with other modes. It is known that the sliding mode control is robust to the disturbance and is uncertain, only if a matching condition is met, after giving a switching hyper plane. In this study, the optimum method was used for the design of the switching hyper plane, and the objective function of the optimum switching hyper plane was assumed to be the objective of the control system. The total weight of the structure was treated as a constraint, and the cross sectional areas of the beam were considered as design variables, the result being a nonlinear programming problem. To solve it, the sequential linear programming method was applied. As a result of the optimum design, the effect of attenuating vibrations has been substantially improved. Moreover, the lightweight design of the structure became possible as a result of the relationship of the weight of the structure to the control objective function.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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