Conventional P/PI speed controller of today's servo drives should be manually tuned the controller switching set-point by trial-and-errors, which may translate the drive system down-time and loss of productivity. The adjustable drive performance is heavily dependent on the qualify of the expert knowledge and becomes inadequate in applications where the operating conditions change in a wide range, i.e., tracking command, cceleration/deceleration time, and load disturbances. In this paper, the demands on simple controls/setup are discussed for industry servo drives. Analyzing the frequency content of motor torque command, P/PI control mode switching is automatically peformed with some prior knowledge of the mechanical dynamics. The dynamic performance of the proposed scheme assures a desired tracking response curve with minimal oscillation and settling time over the whole operating conditions. For comprehensive comparison of traditional P/PI control scheme, extensive test is carried out on actual servo system.
Sin E. C.;Kong B. G.;Kim J. S.;Yoo J. Y.;Park T. S.;Lee J. H.
Proceedings of the KIPE Conference
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2001.10a
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pp.374-379
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2001
In this paper, a novel design algorithm of speed controller for an Induction motor with the inertia variation is proposed. The main contribution of our work is a very robust, reliable and stable procedure for setting of the PI gains against the specified range of the inertia variation of an induction motor using Kharitonovs robust control theory. Therefore, the basic segment of controller design, the variation of induction motor inertia is estimated by the RLS (Recursive least square) method. PI based speed controller is widely used in industrial application for its simple structure and reliable performance. In addition the Kharitonov robust control theory is used for verification stability of closed-loop transfer function. The performance of this proposed design method is proved by digital simulation and experimentation with high performance DSP based induction motor driving system.
This paper proposes a novel control strategy for a unified power quality conditioner (UPQC) including a series and a shunt active power filter (APF) to compensate the harmonics in both the distorted supply voltage and the nonlinear load current. In the series APF control scheme, a proportional-integral (PI) controller and a resonant controller tuned at six multiples of the fundamental frequency of the network ($6{\omega}_s$) are performed to compensate the harmonics in the distorted source. Meanwhile, a PI controller and three resonant controllers tuned at $6n{\omega}_s$(n=1, 2, 3) are designed in the shunt APF control scheme to mitigate the harmonic currents produced by nonlinear loads. The performance of the proposed UPQC is significantly improved when compared to that of the conventional control strategy thanks to the effective design of the resonant controllers. The feasibility of the proposed UPQC control scheme is validated through simulation and experimental results.
This paper presents the design and implementation of voltage source inverter type SVPWM based speed control of an induction motor using a fuzzy PI controller. This scheme enables us to adjust the speed of the motor by controlling the frequency and amplitude of the stator voltage; the ratio of the stator voltage to the frequency should be kept constant. A model of the fuzzy control system is implemented in real time with a Xilinx FPGA XC3S 400E. It is introduced to maintain a constant speed to when the load varies.
The drum level control is initiated by 1-element manual control, and then the control mode is changed to 1-element automatic control mode. Finally, the drum level control is changed to 3-element automatic control mode by the logic based on pre-defined threshold of main steam flow. In terms of plant automation, the automatic 1-element control mode is required from the start-up of boiler. In this paper, the fuzzy controller is adopted for automatic 1-element control of drum level from start-up. It is suggested that the fuzzy controller is used in 1-element control, and the fuzzy-PI cascade controller is used in 3-element control. Finally, the validity of suggested control scheme is shown via simulation.
Kim, Jong-Hwa;Moon, Seok-Jun;Shin, Yun-Ho;Won, Moon-Cheol
Journal of Wind Energy
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v.4
no.2
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pp.17-24
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2013
Idealized PID-controlled rotor-speed error for blade pitch control of wind turbines responds as a second-order system with natural frequency and damping ratio for closed-loop system. RISO National Laboratory has recommended specific natural frequency(=0.6 rad/s) and damping ratio(=0.7) for 2 MW wind turbine. The baseline controller for 5 MW wind turbine of NREL(National Renewable Energy Laboratory) is designed based on the same values of RISO recommendation. This study investigates the effect of the natural frequency and damping ratio of the controller for NREL 5 MW wind turbine. It is confirmed that RISO recommendation shall be tuned for each wind turbine.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.24
no.1
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pp.49-55
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2019
This study proposes a robust control of a fin position servo system using the H-infinity loop-shaping method. The fin position control system has a proportional (P) position controller and a proportional-integral (PI) controller. In this work, the position control loop requires a wide bandwidth. No current control loop exists due to the compact design of the system. Hence, the controller parameters are difficult to determine using the traditional cascade design method. The $H_{\infty}$ controller design method is used to design the controller's gain to achieve good performance and robustness. First, the transfer function of the system, which can be divided into tunable and fixed parts, is derived. The tunable part includes the position P controller and speed PI controller. The fixed part includes the rest of the system. Second, the optimized controller parameters are calculated using Matlab $H_{\infty}$ controller design program. Finally, the system with optimized controller is tested by simulation and experiment. The control performance is satisfactory, and the $H_{\infty}$ controller design method is proven to be valid.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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v.16
no.3
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pp.146-157
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2024
Despite numerous air mattresses marketed to prevent Pressure Ulcers (PU), none have fully succeeded due to residual pressure surpassing critical levels. We introduces an innovative medical bed system aiming at complete PU prevention. This system employs a unique 4-bar link mechanism, moving keys up and down to manage body pressure. Each of the 17 keys integrates a sensor controller, reading pressure from 10 sensors. By regulating motor input, we maintain body pressure below critical levels. Keys are equipped with a servo drive and sensor controller, linked to the main controller via two CAN series. Using fuzzy or PI/IP controllers, we adjust keys to minimize total error, dispersing body pressure and ensuring comfort. In case of controller failure, keys alternate swiftly, preventing ulcer development. Through experimental tests under varied conditions, the fuzzy controller with tailored membership functions demonstrated swift performance. PI control showed rapid convergence, while IP control exhibited slower convergence and oscillations near zero error. Our specialized medical robot bed, incorporating 4-bar links and pressure sensors, underwent testing with three controllers-fuzzy, PI, and IP-showcasing their effectiveness in keeping body pressure below critical ulcer levels. Experimental results validate the proposed approach's efficacy, indicating potential for complete PU prevention.
This paper deals with the design and evaluation of the robust controller for a synchronous generator excitation system to improve the steady state and transient stability. The nonlinear characteristics of the system is treated as model uncertainties, and then the robust control techniques are introduced into the power system stability design to take into account these uncertainties at the controller design stage. The performance of the designed controller is examined by extensive non-linear time domain simulation. It is shown that the performance of the robust controller is superior to that of the conventional PI controller. This paper also proposes an improved digital exciter control system for a synchronized generator using a digitally designed controller with database. Results show that the proposed control system manifests excellent control performance compared to existing control systems. It has also been confirmed that it is easy for the proposed control system to implement digital control.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers
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v.35
no.1
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pp.26-35
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1986
In this paper, non-linear state equations for a 3-phase, 220V, 0.4 KW, squirrel cage induction motor have been derived using the d-q transformation and then these equations have been linearized around an operating point by a small perturbation method. Root loci on the s-plane with repect to the changes of slip S and supply frequency f have been studied. Based on the above results, the derived linear state equations have been augmented to the 6th order, including the output velocity feedback and a discrete PI speed controller. Using the new state equations, stability regions on the Kp-Kl plane have been investigated for slip S and sampling time T. In designing a discrete PI controller, the coefficients Kp and Kl around the normal operating point (220V,1,692rpm,60Hz)have been chosen under the assumptions that each response to a perturbation input of reference speed and load torque be underdamped and dominated by a pair of complex poles. Step responses in the experimental system using an Intel SDK-86 and an optimized PWM inverter show satisfactory results that the maximum overshoots and damped frequency are well coincided with ones from the computer simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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