This paper presents a systematic design method of an anti-swing control law for overhead cranes. A velocity servo system for the trolley of a crane is designed based on the dynamics of the trolley and its load. The velocity servo system compensates for the effects of load swing on the trolley dynamics so that the velocity servo is independent of load swing. The velocity servo system is used for the design of a position servo system for the trolley via the loop shaping method. The position servo system and the swing dynamics of the load are then used to design an angle control system for load swing based on the root locus method. The combined position servo and the angle control systems constitute the overall control system. In the presence of low frequency disturbances, the proposed control law guarantees accurate position control for the trolley and fast damping for load swing. Furthermore, the performance of the proposed control law is independent of the mass of the load. Experimental results on a prototype crane show the effectiveness of the proposed anti-swing control law.
Tip position control of a flexible cantilever is difficult due to the non-minimum phase dynamics that result from the finite propagating speed of a mechanical wave along the cantilever. In this paper, we propose a method for the tip position control using a light and cheap accelerometer that does not bring any significant change to the dynamics of the cantilever system. The linear system identification model of the flexible cantilever is obtained with measurements by a laser displacement sensor. A Kalman estimator is designed with this model and calculates the estimated tip position with the acceleration data of the accelerometer that is attached on the tip of the cantilever. To verify reliability of the estimator, the estimated tip position is used to the feedback control system that uses a fuzzy logic controller. The control results are compared with those of the fuzzy control system where the real tip position is measured by a laser displacement sensor. Also, the performance of the estimator with the accelerometer is presented and discussed.
Control of a robot manipulator in contact with the environment is usually conducted by the direct feedback control using a force-torque sensor or the indirect impedance control. In these methods, however, the control algorithms become complicated and the performance of position and force control cannot be improved because of the mechanical properties of the passive components. To cope with such problems, redundant actuation has been used to enhance the performance of position control and force control. In this research, a Double Actuator Unit (DAU) is proposed, with which the force control algorithm can be simplified and can make the robot ensure the safety during the external collision. The DAU is composed of two actuators; one controls the position and the other modulates the joint stiffness. Using this unit, it is possible to independently control the position and stiffness. The DAU based on the planetary gears is investigated in this paper. Performance using the DAU is also verified by various experiments. It is shown that the manipulator using this mechanism provides better safety during the impact with the environment by reducing the joint stiffness appropriately on detecting the collision of a manipulator.
This paper is concerned with the active vibration control of building structure by means of the active tuned mass damper and the modified positive position feedback controller. To this end, one-degree-of-freedom spring-mass-damper system equipped with ATMD is considered. The stability condition for the addressed system when applying the proposed PPF controller is derived by Routh-Hurwitz stability criterion. The stability condition shows that the modified PPF controller is absolutely stable if the controller gain is positive, so that the modified PPF controller can be used without difficulty. Theoretical study shows that the modified PPF controller can effectively suppress vibrations as the original PPF controller does in smart structure applications. To investigate the validity of the modified PPF controller, a simple experimental structure with an ATMD system driven by DC motor was built. The modified PPF control algorithm was implemented on Atmel 128 microcontroller. The experimental result shows that the modified PPF controller can also suppress vibrations for the real structure.
This paper is concerned with the real-time automatic tuning of the multi-input multi-output positive position feedback controllers for smart structures by the genetic algorithms. The genetic algorithms have proven its effectiveness in searching optimal design parameters without falling into local minimums thus rendering globally optimal solutions. The previous real-time algorithm that tunes a single control parameter is extended to tune more parameters of the MIMO PPF controller. We employ the MIMO PPF controller since it can enhance the damping value of a target mode without affecting other modes if tuned properly. Hence, the traditional positive position feedback controller can be used in adaptive fashion in real time. The final form of the MIMO PPF controller results in the centralized control, thus it involves many parameters. The bounds of the control Parameters are estimated from the theoretical model to guarantee the stability. As in the previous research, the digital MIMO PPF control law is downloaded to the DSP chip and a main program, which runs genetic algorithms in real time, updates the parameters of the controller in real time. The experimental frequency response results show that the MIMO PPF controller tuned by GA gives better performance than the theoretically designed PPF. The time response also shows that the GA tuned MIMO PPF controller can suppress vibrations very well.
본 연구에서는 유압식 방법보다 절삭 정밀도가 높고 전기신호를 사용함으로 인한 조작과 증폭이 간단하고 특성 개선을 위한 조작과 증폭이 간단하고 특성 개선을 위한 계의 보상(sysyem compensation)을 할 수 있는 전기 유압식 모방장치를 설계, 제 작하여 그 성능을 실험적으로 해석하였다.
This paper reports the active vibration control of plates using positive position feedback controller (PPF). The equations of motion of the plate under force and moment pairs were derived and the equations of PPF controllers were formulated. The effect of the parameters - gain and damping ratio - of the PPF controllers on the open loop transfer function was investigated mainly in terms of the system stability. Increasing the gain of the PPF controller tuned at a mode, the magnitude of the open loop transfer function is increased at all frequencies without changing the phase behavior. The increase of the damping ratio of the PPF controller leads to decrease the magnitude of the open loop transfer function and to modify its phase characteristics to be more stable. Two PPF controllers connected in parallel, Each PPF controller is tuned at the $1^{st}$ and $2^{nd}$ modes, respectively. Their parameters were determined to remain the system to be stable based on the results of the parametric study. A significant reduction in vibration at the 2 modes can be obtained.
This paper is concerned with the active vibration control of building structure by means of the active tuned mass damper and the modified positive position feedback controller. To this end, one-degree-of-freedom spring-mass-damper system equipped with ATMD is considered. The stability condition for the addressed system when applying the proposed PPF controller is derived by Routh-Hurwitz stability criterion. The stability condition shows that the modified PPF controller is absolutely stable if the controller gain is positive. so that the modified PPF controller can be used without difficulty. Theoretical study shows that the modified PPF controller can effectively suppress vibrations as the original PPF controller does in smart structure applications. To investigate the validity of the modified PPF controller, a simple experimental structure with an ATMD system driven by DC motor was built. The modified PPF control algorithm was implemented on Atmel 128 microcontroller. The experimental result shows that the modified PPF controller can also suppress vibrations for the real structure.
An experimental and theoretical study on a pneumatic servo system has been conducted using on-off valves and a pneumatic cylinder. A V/I converter has been designed for rapid rising and falling of the solenoid current, which significantly improves the positioning accuracy and settling time of the servo system by shortening the valve opening time. Pulse width modulation was modified to operate on-off valves effectively. A state feedback controller which feeds back position, velocity and acceleration is used to control the system. The influence of controller gains on the system performance is studied to develop a scheme that automatically adjusts the gains using fuzzy logic theory. It is shown experimentally that the proposed fuzzy logic tuner works satisfactorily. A new method for measurements of valve effective areas is proposed, and a partially polytropic model is applied to simulation of the pneumatic system. Simulated results show good agreement with experimental data.
The problem considered in this paper is that the tip position of a flexible cantilever beam is controlled to follow a command signal, using a pair of piezoelectric actuators at the clamped end. The beam is lightly damped and so the natural transient response is rather long, and also since the sensor and actuator are not collocated, the plant response is non-minimum phase. Two control strategies were investigated. The first involved conventional PID control in which the feedback gains were adjusted to give the fastest closed-loop response to a step input. The second control strategy was based on an internal model control (IMC) architecture. The control filter in the IMC controller was a digital FIR device designed to minimize the expectation of the mean square tracking error. The IMC controller designed fur the beam was found to have very much reduced settling times to a step input compared with those of the PID controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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