This paper is concerned with the trajectory tracking and vibration suppression of a single-link flexible arm by using piezoelectric materials. The dynamics of a single flexible arm with PZT patches as sensor and actuator is derived using extended Hamilton's principle. Resulting equations show that the coupled beam dynamics including beam vibration and its rigid in-plane rotation takes place in two different time scales. By using singular perturbation theory, the system dynamics is divided into two subsystems. Then, a composite control scheme is elaborated that makes the orientation of the arm track a desired trajectory while suppressing its vibration. The proposed controller has two parts: one is a tracking controller designed for the slow (rigid) subsystem, and the other one is a stabilizing controller for the fast (flexible) subsystem. The outputs considered for the system are angular position of the hub and voltage of the sensor mounted on the structure. To avoid requiring further measurements of beam vibration and also angular velocity of the hub for the fast and slow control laws, respectively, two sliding mode observers for estimating the unknown states are also designed.
A versatile 4-node shell element which is useful for the analysis of arbitrary shell structures is presented. The element is developed by flat shell approach, i.e., by combining a membrane element with a Mindlin plate element. The proposed element has six degrees of freedom per node and permits an easy connection to other types of finite elements. In the plate bending part, an improved Mindlin plate has been established by the combined use of the addition of non-conforming displacement modes (N) and the substitute shear strain fields (S). In the membrane part, the nonconforming displacement modes are also added to the displacement fields to improve the behavior of membrane element with drilling degrees of freedom and the modified numerical integration (M) is used to overcome the membrane locking problem. Thus the element is designated as NMS-4F. The rigid link correction technique is adopted to consider the effect of out-of-plane warping. The shell element proposed herein passes the patch tests, does not show any spurious mechanism and does not produce shear and membrane locking phenomena. It is shown that the element produces reliable solutions even for the distorted meshes through the analysis of benchmark problems.
Recently, since robot manipulator becomes faster and lighter, its link is no longer regarded as rigid body, and robot controller which only controls robot position cannot reduce vibration of the flexible link. Therefore vibration control is needed in robot manipulator control in addition to position control. In the case that tip mass changes when robot manipulator in working, it is clear that the efficiency of the vibration/position controller designed for the fixed system goes down. In this paper, the system with time varying parameters, adaptive control theory is adopted which estimates parameters changed by the variation of the tip mass and re-calculates the gain of the controller. Validify of the proposed adaptive controller and capability of the estimator are evaluated by computer simulations and experiments. Comparison results of the optimal controller for the fixed system and proposed adaptive controller and carried out.
Many of today´s robot are required to perform tasks which demand a high level of accuracy in end-effector positioning. Those rigid robots are very inefficient and slow because its have large and heavy links, In an attempt to solve these problems, a robots using flexible beam were created. But the single-link flexible beam is infinite-dimensional system. Many researchers have proposed controlling such a beam an approximated model consisting of a finite a number of models. In this paper, we start by deriving the analytic model for the dynamics of general single-link beam, and a controller is designed for flexible beam with integral type servo system bases of the linear matrix inequality (LM) technique. To the end, simulation results show that a designed controller guarantees affective vibration control the single-link flexible beam.
A numerical method is presented for the dynamic analysis of military tracked vehicles of high mobility. To compute the impulsive dynamic contact forces which occur when a vehicle passes on a ground obstacle, the track is modeled as the combination of elastic links interconected by pin joints. The mass of each track link, the elastic elongation of a track link between pin joints by the track tension, and the elastic spring effects on the upper and lower surfaces of each track link have been considered in the equations of motion. And the chassis, torsion bar arms, and road wheels of the vehicle are modeled as the rigid multi bodies connected with kinematic constraints. The contact positions and the contact forces between the road wheels and track, and the ground and the the track are simultaneously computed with the solution of the equations of motions of the vehicle consisting of the multibodies. The iterative scheme for the solution of the multi body dynamics of the tracked vehicle is presented and the numerical simulations are conducted.
A tracking controller is presented for RLFJ(rigid link flexible joint) robot manipulators with only position measurements. The controller is developed based on the integrator backstepping design method and on the two observers: the first is simple linear form observer for the filtered link velocity errors and the other for the actuator velocities. The proposed controller achieves exponential tracking of link positions and velocities while keeping all internal signals bounded. It also guarantees exponential convergence of the estimated signals to their actual ones. Finally, simulation results are included to demonstrate the tracking performance.
기존의 위성제어용 시뮬레이션 툴은 위성 모델을 강체로 보고, 비례-미분(Proportional-Differential)제어기를 사용하기 때문에, 이동하는 위성의 경우 오차한계범위를 벗어나 통신이 두절되는 현상이 발생할 수 있다. 따라서, 본 논문은 신속한 자세회복 및 안정된 진보적인 제어기의 설계를 위하여 이동하는 정지궤도 및 저궤도 위성에 대하여 위성을 강체 및 유연체 구조로 모델링하고, 통신두절시 신속한 자세 회복을 위한 최소시간 제어기 설계와 위성의 위치 제어시 발생하는 통신중단을 최소화 하기 위하여 기존의 PD제어기보다 정확하고 안정된 선형조절기를 상태공간 벡터를 사용하여 설계하였다. 시뮬레이션은 먼저 강체 모델과 유연체 모델을 비교하기 위하여, 이동하는 정지궤도 및 저궤도 위성에 대하여 PD제어기를 사용하여 시험되었으며, 자세이동시의 제어기의 응답특성을 분석하기 위하여, 지상의 명령에 의한 위성의 피치각을 변경하는 경우, 주기적으로 수행되는 남북 궤도 유지에 대하여 수행하였다. 그 결과, 강체모델에 대비하여 유연성 모델이 실제 상황에 근접한 결과를 가져다 주었으며, 최소시간제어기는 PD제어기 대비 약 7배 이상 빠르게 신속한 자세 회복을 가져다 주었으며, 선형조절기는 외란에 대한 적응 및 안정도, 응답속도 측면에서 장점을 나타내었다. 향후 이 위성 모델 및 제어기를 사용하여 실제 운용시 예상되는 제어기의 결과를 확인할 수 있으며, 더 나아가 새로운 제어기의 개발 및 교육 등에 유용하게 사용될 수 있을 것이다.
This paper presents a simple and efficient two-dimensional rigid-body-spring network model able to accurately estimate the fractural behavior of civil fiber reinforced pavements. The proposed rigid-body-spring network model, denoted as RBSN model, considers civil fiber reinforcing materials using the beam elements and link spring elements. The RBSN method is able to model collapse due to asphalt crushing and civil fiber slip. The RBSN model is used to predict the applied load-midspan deflection response of civil fiber retrofitted asphalt specimen subjected to the three-point bending. Numerical simulations and experimental measurements are compared to based on tests available in the literature. The numerically simulated responses agree significantly with the corresponding experimental results until the maximum load. However, It should be mentioned that, in order to more accurately predict the postpeak flexural behavior of the civil fiber retrofitted asphalt pavement, development of the advanced model to simulate the slip relationship between civil fiber and asphalt is required.
In this paper, a recursive formulation for generating the equations of motion of spatial mechanical systems is presented. The rigid bodies are replaced by a dynamically equivalent constrained system of particles which avoids introducing any rotational coordinates. For the open-chain system, the equations of motion are generated recursively along the serial chains using the concepts of linear and angular momenta Closed-chain systems are transformed to open-chain systems by cutting suitable kinematic joints and introducing cut-joint constraints. The formulation is used to carry out the dynamic analysis of multi-link five-point suspension. The results of the simulation demonstrate the generality and simplicity of the proposed dynamic formulation.
This paper concerns a SCARA robot with the flexible forearm linked to the rigid upper arm. The equations of motion are derived by the Lagrangian mechanics. For controller design, the perturbation approach is taken to separate the original equations of motion into linear equations describing small perturbed motions and nonlinear equations describing purely rigid motion of the robot. To effect the desired payload motion, open loop control inputs are determined based on the inverse dynamics of the latter. In order to reduce the positional error during maneuver, an active vibration suppression is done. To this end, a feedback control is designed for robustness against disturbance on the basis of the linear equations and the LQR theory modified to have a prescribed degree of stability. The proposed control scheme shows satisfactory performances in experiments as well as in numerical simulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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