In this paper, the position tracking control problem of the servo system with nonlinear dynamic friction is issued. The nonlinear dynamic friction contains a directly immeasurable friction state variable and the uncertainty caused by incomplete parameter modeling and its variations. In order to provide the efficient solution to these control problems, we propose the composite control scheme, which consists of the robust friction state observer, the FNN approximator and the approximation error estimator with sliding mode control. In first, the sliding mode controller and the robust friction state observer is designed to estimate the unknown internal state of the LuGre friction model. Next, the FNN estimator is adopted to approximate the unknown lumped friction uncertainty. Finally, the adaptive approximation error estimator is designed to compensate the approximation error of the FNN estimator. Some simulations and experiments on the servo system assembled with ball-screw and DC servo motor are presented. Results show the remarkable performance of the proposed control scheme. The robust friction state observer can successfully identify immeasurable friction state and the FNN estimator and adaptive approximation error estimator give the robustness to the proposed control scheme against the uncertainty of the friction parameters.
In this paper, a tracking control problem for a mechanical servo system with nonlinear dynamic friction is treated. The nonlinear friction model contains directly immeasurable friction state and the uncertainty caused by incomplete modeling and variations of its parameter. In order to provide the efficient solution to these control problems, we propose a hybrid control scheme, which consists of a robust friction state observer, a RFNN estimator and an approximation error estimator with sliding mode control. A sliding mode controller and a robust friction state observer is firstly designed to estimate the unknown infernal state of the LuGre friction model. Next, a RFNN estimator is introduced to approximate the unknown lumped friction uncertainty. Finally, an adaptive approximation error estimator is designed to compensate the approximation error of the RFNN estimator. Some simulations and experiments on the mechanical servo system composed of ball-screw and DC servo motor are presented. Results demonstrate the remarkable performance of the proposed control scheme.
In this article, we investigate a robust friction compensation scheme for the purpose of accomplishing precision positioning performance a servo mechanical system with nonlinear dynamic friction. To estimate the friction state and tackle robustness problem for uncertainty, a RFNN and reconstructed error compensator as well as a robust friction state observer are developed. The asymptotic stability of the series of friction compensation methodologies are verified from the Lyapunov's stability theory. Some simulations and experiments on a servo mechanical system were carried out to evaluate the effectiveness of the proposed control scheme.
This paper is concerned with the design of a robust tracking controller using a state observer on a robotic manipulator under the disturbance. The controller is designed to follow a step or ramp reference input without steady state error in the presence of a disturbance and a system parameter variation. In most cases, since all the state vectors are not measured, unmeasurable state vectors must be estimated or reconstructed. A reduced order observer is proposed to estimate unmeasurable state vectors of the non-linear system. Some problems are caused by the Coulomb friction, the disturbance, and the spring effect of a link between the drive motor and the manipulator arm. The state variables, directly measured and estimated by the reduced order observer, are fed back to the controller. When the robot system exhibits the 'limit cycle, the feedback gains initially obtained by optimal control theory are changed. As a result, the limit cycle is eliminated by the new controller gains,
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제4권5호
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pp.545-558
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2006
In this paper, PD-like visual servoing is modified in two ways: a sliding-mode observer is applied to estimate the joint velocities, and a RBF neural network is used to compensate the unknown gravity and friction. Based on Lyapunov method and input--to-state stability theory, we prove that PD-like visual servoing with the sliding mode observer and the neuro compensator is robust stable when the gain of the PD controller is bigger than the upper bounds of the uncertainties. Several simulations are presented to support the theory results.
Dong Cheol Song;Seung Tae Hwang;Nebiyeleul Daniel Amare;Young Ik Son
반도체디스플레이기술학회지
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제23권2호
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pp.92-99
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2024
As semiconductor processes require several nanometers precision, the importance of motor control is increasing in semiconductor equipment. Due to unpredictable uncertainties such as friction and mechanical vibrations achieving precise position control in semiconductor processes is challenging. The internal model principle-based controller is a control technique that ensures robust steady-state performance by incorporating a model of the reference and disturbance. The disturbance observer-based controller is a prominent robust control technique implemented to cope with various nonlinearities and uncertainties. Provided that the two controllers can be designed to exhibit equivalent performance under certain conditions, this paper demonstrates through experiments that they yield identical results for the case of a BLDC position control problem. The experimental results also indicate that they can offer enhanced robustness compared with the conventional PID controller in the presence of a time-varying disturbance.
본 논문에서는 외란이 존재하는 로보트 시스템에 대하여, 축소차수관측기를 사용하여 강인한 디지털 제어기의 설계방법을 다루었다. 대부분의 로보트 매니퓰레이터 경우는 상태변수 모두를 측정할 수 없기 때문에 측정할 수 없는 상태변수들은 추정되거나 재구성되어야 한다. 또 다른 문제점들은 미분불가능한 쿨롱마찰력과 같은 비선형 성분, 중력에 의한 외란, 그리고 구동모터와 매니퓰레이터 사이에 존재하는 뒤틀림 스프링 효과이다. 제어기의 설계는 측정가능한 상태변수와 축소차수 관측기에 의하여 추정한 상태변수들을 궤환시키고 출력 쪽에 이산적분기를 첨가하여 구성하였다. 제어기의 궤환이득은 우선 최적제어이론에 의해 구하고, 만약 시스템 응답이 리미트싸이클을 가지면 혼성시스템에 대한 기술함수법을 적용해서 제어기의 이득을 재조정하여 리미트싸이클을 제거하였다.
Semi-submersible drilling rigs are offshore plants that perform functions such as ocean exploration for oil and gas acquisition, drilling and production, and storage and unloading of crude oil and gas. Semi-submersible drilling rigs use watertight dampers as emergency buoyancy holders. Since the watertight damper is an emergency shutoff device, it is mainly driven by a pneumatic driving system that can operate without a power supply. The pneumatic driving system has highly non-linear characteristics due to compressibility of air and external disturbance such as static and Coulomb friction. In this paper, a new control algorithm is proposed for a watertight damper driving system based on the sliding mode control with a disturbance observer. To evaluate control performance and robust stability of the designed controller, the control results were compared with the results obtained using the state feedback controller. As a result, it was confirmed that the pneumatic driving system for driving the watertight damper using the sliding mode controller with a disturbance observer can obtain excellent control performance against the parameter changes and the disturbance input.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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