• 제목/요약/키워드: State space equation model

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Position Control of Mobile Robot for Human-Following in Intelligent Space with Distributed Sensors

  • Jin Tae-Seok;Lee Jang-Myung;Hashimoto Hideki
    • International Journal of Control, Automation, and Systems
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    • 제4권2호
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    • pp.204-216
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    • 2006
  • Latest advances in hardware technology and state of the art of mobile robot and artificial intelligence research can be employed to develop autonomous and distributed monitoring systems. And mobile service robot requires the perception of its present position to coexist with humans and support humans effectively in populated environments. To realize these abilities, robot needs to keep track of relevant changes in the environment. This paper proposes a localization of mobile robot using the images by distributed intelligent networked devices (DINDs) in intelligent space (ISpace) is used in order to achieve these goals. This scheme combines data from the observed position using dead-reckoning sensors and the estimated position using images of moving object, such as those of a walking human, used to determine the moving location of a mobile robot. The moving object is assumed to be a point-object and projected onto an image plane to form a geometrical constraint equation that provides position data of the object based on the kinematics of the intelligent space. Using the a priori known path of a moving object and a perspective camera model, the geometric constraint equations that represent the relation between image frame coordinates of a moving object and the estimated position of the robot are derived. The proposed method utilizes the error between the observed and estimated image coordinates to localize the mobile robot, and the Kalman filtering scheme is used to estimate the location of moving robot. The proposed approach is applied for a mobile robot in ISpace to show the reduction of uncertainty in the determining of the location of the mobile robot. Its performance is verified by computer simulation and experiment.

레버암 상태 추정을 이용한 IMU 의 자세 결정 알고리즘 (Enhanced Attitude Determination with IMU using Estimation of Lever Arms)

  • 황태현;오재용;박세길;박병재;조득재
    • 제어로봇시스템학회논문지
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    • 제19권10호
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    • pp.941-946
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    • 2013
  • In this paper, an enhanced method for attitude determination is proposed for systems using an IMU (Inertial Measurement Unit). In attitude determination with IMU, it is generally assumed that the IMU can be located in the center of gravity on the vehicle. If the IMU is not located in the center of gravity, the accelerometers of the IMU are disturbed from additive accelerations such as centripetal acceleration and tangential acceleration. Additive accelerations are derived from the lever arm which is the distance between the center of gravity and the position of the IMU. The performance of estimation errors can be maintained in system with a non-zero lever arm, if the lever arm is estimated to remove the additive accelerations from the accelerometer's measurements. In this paper, an estimation using Kalman filter is proposed to include the lever arm in the state variables of the state space equation. For the Kalman filter, the process model and the measurement model for attitude determination are made up by using quaternion. In order to evaluate the proposed algorithm, both of the simulations and the experiments are performed for the simplified scenario of motion.

다양한 형상의 우주 물체와 충돌 각도를 고려한 우주 구조물의 초고속 충돌 시뮬레이션 연구 (Hypervelocity Impact Simulations Considering Space Objects With Various Shapes and Impact Angles)

  • 신현철;박재상
    • 한국항공우주학회지
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    • 제50권12호
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    • pp.829-838
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    • 2022
  • 본 연구에서는 다양한 형상의 우주 물체와 우주 구조물 사이의 충돌 각도를 고려한 초고속 충돌(Hypervelocity impact) 시뮬레이션 연구를 수행하였다. 비선형 구조 동역학 전산 해석 프로그램인 LS-DYNA의 완화 입자 유동법(Smoothed Particle Hydrodynamics, SPH)을 사용하여 초고속 충돌 현상을 묘사하였으며, 금속 재료의 비선형 거동을 구현하기 위하여 Mie-Grüneisen의 상태 방정식과 Johnson-Cook의 재료 모델을 사용하였다. 구, 정육면체, 원기둥 및 원뿔 형상의 다양한 형상의 우주 물체를 이용하였으며, 우주 구조물은 알루미늄 평판(200 mm×200 mm×2 mm)으로 모델링되었다. 우주 물체가 우주 구조물 대비 4.119 km/s의 상대 속도로 충돌하는 시뮬레이션을 수행하여 동일 질량을 갖는 다양한 형상의 우주 물체와 우주 구조물 사이의 0°, 30° 및 45°의 충돌 각도를 고려하였을 시 초고속 충돌에 의하여 발생되는 파편운(debris cloud) 형상을 분석하였다. 동일한 운동 에너지를 갖는 우주 물체는 형상의 차이로 인해 모두 다른 파편운이 형성되었다. 더불어 충돌 각도의 증가에 따라 파편운의 크기가 줄어드는 경향을 확인하였다.

Modeling and validation of a parabolic solar collector with a heat pipe absorber

  • Ismail, Kamal A.R.;Zanardi, Mauricio A.;Lino, Fatima A.M.
    • Advances in Energy Research
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    • 제4권4호
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    • pp.299-323
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    • 2016
  • Cylindrical parabolic solar concentrators of small concentration ratio are attractive options for working temperatures around $120^{\circ}C$. The heat gained can be utilized in many applications such as air conditioning, space heating, heating water and many others. These collectors can be easily manufactured and do not need to track the sun continuously. Using a heat pipe as a solar absorber makes the system more compact and easy to install. This study is devoted to modeling a system of cylindrical parabolic solar concentrators of small concentration ratio (around 5) fitted with a heat pipe absorber with a porous wick. The heat pipe is surrounded by evacuated glass tube to reduce thermal losses from the heat pipe. The liquid and vapor flow equations, energy equation, the internal and external boundary conditions were taken into consideration. The system of equations was solved and the numerical results were validated against available experimental and numerical results. The validated heat pipe model was inserted in an evacuated transparent glass tube as the absorber of the cylindrical parabolic collector. A calculation procedure was developed for the system, a computer program was developed and tested and numerical simulations were realized for the whole system. An experimental solar collector of small concentration, fitted with evacuated tube heat pipe absorber was constructed and instrumented. Experiments were realized with the concentrator axis along the E-W direction. Results of the instantaneous efficiency and heat gain were compared with numerical simulations realized under the same conditions and reasonably good agreement was found.

비선형 Kalman Filter를 사용한 타이어 횡력 추정 시스템 (Tire Lateral Force Estimation System Using Nonlinear Kalman Filter)

  • 이동훈;김인근;허건수
    • 한국자동차공학회논문집
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    • 제20권6호
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    • pp.126-131
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    • 2012
  • Tire force is one of important parameters which determine vehicle dynamics. However, it is hard to measure tire force directly through sensors. Not only the sensor is expensive but also installation of sensors on harsh environments is difficult. Therefore, estimation algorithms based on vehicle dynamic models are introduced to estimate the tire forces indirectly. In this paper, an estimation system for estimating lateral force and states is suggested. The state-space equation is constructed based on the 3-DOF bicycle model. Extended Kalman Filter, Unscented Kalman Filter and Ensemble Kalman Filter are used for estimating states on the nonlinear system. Performance of each algorithm is evaluated in terms of RMSE (Root Mean Square Error) and maximum error.

이산시간 퍼지-슬라이딩모드를 이용한 스마트구조물의 강건진동제어 (Robust Vibration Control of Smart Structures via Discrete-Time Fuzzy-Sliding Modes)

  • 최승복;김명석
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제20권11호
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    • pp.3560-3572
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    • 1996
  • This paper presents a new discrete-time fuzzy-sliding mode controller for robust vibration control of a smart structure featuring a piezofilm actuator. A governong equation of motion for the smart beam structure is derived and discrete-time codel with mismatched uncertainties such as parameter variations is constructed ina state space. A discrete-time sliding mode control system consisting of an equivalent controller and a discontinuous controller is formulated. In the design of the equivalent part, so called an equivalent controller separation method is adopted to achieve vzster convergence to a sliding surface without extension of a sliding region, in which the system robustness maynot be guaranteed. On the other hand, the discontinuous part is constructed on the basis of both the sliding and the convergence conditions using a time-varying feedback gain. The sliding moide controller is then incorporated with a fuzzy technique to appropriately determine principal control parameters such as a discountinuous feedback gain. Experimental implementation on the forced and random vibraiton controls is undertaken in order to demonstrate superior control performance of the proposed controller.

Numerical Implementation of Modified Coulomb-Mohr Yield Criterion for Anisotropic and Asymmetric Materials

  • Lee Myoung-Gyu;Kim Ji-Hoon;Ryou Han-Sun;Chung Kwan-Soo;Youn Jae-Ryoun;Kang Tae-Jin
    • Fibers and Polymers
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    • 제7권3호
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    • pp.276-285
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    • 2006
  • Development and numerical implementation for an elastoplastic constitutive model for anisotropic and asymmetric materials are presented in this paper. The Coulomb-Mohr yield criterion was modified to consider both the anisotropic and asymmetric properties. The modified yield criterion is an isotropic function of the principal values of a symmetric matrix which is linearly transformed from the Cauchy stress space. In addition to the constitutive equation, the numerical treatment for the singularity in the vertex region of yield surface and stress integration algorithm based on elastoplasticity were presented. In order to assess the accuracy of numerical algorithm, isoerror maps were considered. Also, extension of a strip with a circular hole was simulated and results compared with those obtained using the (smooth) Mises yield criterion to validate stress output for a complex stress state.

RCGA 기법을 이용한 컨테이너 크레인의 T-S 퍼지 모델링 (T-S Fuzzy Modeling for Container Cranes Using a RCGA Technique)

  • 이윤형;유희한;정병건;소명옥;진강규;오세준
    • 한국항해항만학회지
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    • 제31권8호
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    • pp.697-703
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    • 2007
  • 비선형성이 강한 컨테이너 크레인은 작업 시에 호이스트 와이어로프의 길이와 화물의 질량 변화로 인해 더욱 복잡한 동역학적 특성을 나타낸다. 이 같은 복잡한 비선형시스템을 다루기 위해 퍼지로직이 종종 사용되는데, 특히 각 퍼지 규칙의 결론부를 상태 방정식으로 표현하는 T-S 퍼지모델이 대표적인 방법이다. 본 논문에서는 T-S 퍼지모델을 이용하여 호이스트 와이어로프의 길이나, 화물의 질량이 변화하는 환경에서도 컨테이너 크레인의 동특성을 표현할 수 있는 퍼지모델을 얻는 방법을 제안한다. 이때, 퍼지모델의 소속함수 파라미터는 RCGA가 결합된 모델조정기법을 통해 최적으로 조정된다. 이렇게 구현한 퍼지모델과 컨테이너 크레인 비선형시스템의 개루프 응답을 비교하여 그 유효성을 확인한다.

연속 시간 혼돈 비선형 시스템을 위한 신경 회로망 제어기의 설계 ((Design of Neural Network Controller for Contiunous-Time Chaotic Nonlinear Systems))

  • 오기훈;최윤호;박진배;임계영
    • 전자공학회논문지SC
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    • 제39권1호
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    • pp.51-65
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    • 2002
  • 본 논문에서는 혼돈 비선형 시스템의 지능 제어를 위해 간접 적응 제어 방식에 기초한 신경 회로망 제어기 설계 방법을 제안하였다. 제안된 제어 방법은 혼돈 비선형 시스템의 동정을 위해 다층 신경 회로망과 간단한 상태 공간 신경 회로망을 사용한 직-병렬 동정 구조를 이용하여 오프 라인으로 동정 과정을 수행하였으며, 학습된 혼돈 비선형 시스템에 대한 신경 회로망 모델을 사용하여 온 라인으로 제어를 수행하였다. 이때 혼돈 비선형 시스템의 동정 및 제어를 위한 학습 방법은 오차 역전파 방법을 사용하였다. 한편 본 논문에서 제안된 제어 방법을 연속 시간 혼돈 비선형 시스템인 Duffing 방정식과 Lorenz 방정식에 각각 적용하여 신경 회로망을 사용한 기존의 제어 방법과 컴퓨터 모의 실험을 통해 제어 성능을 비교 및 고찰하였다.

모델 기반 연료전지 스택 온도 센서 고장 감지 및 판별 (Model - Based Sensor Fault Detection and Isolation for a Fuel Cell in an Automotive Application)

  • 한재영;김영현;유상석
    • 대한기계학회논문집B
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    • 제41권11호
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    • pp.735-742
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    • 2017
  • 본 연구에서는 PEM 연료전지 온도 센서의 고장을 감지 및 판별할 수 있는 모델 기반 센서 고장 감지 방법이 적용된다. 연료전지 차량이 작동하는 과정에서 스택 온도는 연료전지의 내구성에 영향을 미친다. 따라서 고장 진단 알고리즘이 고장 신호를 감지하는 것은 중요하다. 센서 고장 감지의 주요 목적은 연료전지 시스템의 안정적인 작동을 보장하여 고온과 저온으로부터 스택을 보호하는 것이다. 상태 공간에 기반한 패러티 방정식이 스택 온도와 냉각수 입구 온도와 같은 센서 고장을 감지하는데 적용되며, 잔차는 정상적인 온도 신호와 비교된다. 그리고 잔차는 현재의 센서 고장을 감지하는 다양한 고장 시나리오에 의해 평가된다. 결론적으로, 본 연구에서 설계된 고장 알고리즘이 고장 신호를 감지할 수 있다.