In this paper, the backstepping control method that is useful for cascade systems is applied to the slew maneuver of the spacecraft. The quaternion is used for representing the attitude of the spacecraft, because the reference trajectory of angular velocity has simple mathematical form. The conventional backstepping control has severa] problems such as slow convergence, trivial cancelling of nonlinear terms, and excessive control input. To overcome these problems, the modified backstepping control method which is redesign of Lyapunov function is proposed. To design a tracking function for angular velocity, it is necessary to estimate the process of maximum angular velocity, and therefore the estimation procedure using Bellman-Gronwall inequality is developed. To verify the effectiveness of the proposed control law, numerical simulation is performed and the results are compared with the exiting control scheme.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.10
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pp.1002-1007
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2014
This paper deals with the adaptive backstepping hovering control for a quadrotor with model parameter uncertainties. In this paper, the backstepping based technique is utilized to design a nonlinear adaptive controller which can compensate for the motor thrust factor and the drag coefficient of a quadrotor. First, the quadrotor nonlinear dynamics is derived using Newton-Euler formulation. In particular, we use the ${\pi}/4$ shifted coordinate for x- and y-axis of a quadrotor. Second, an adaptive backstepping based attitude and altitude tracking control method is presented. The system stability and the convergence of tracking errors are proven using the Lyapunov stability theory. Finally, the simulation results are given to verify the effectiveness of the proposed control method.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.3
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pp.282-293
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2018
This paper attempts to address the motion parameter skip problem associated with three-dimensional trajectory tracking of an underactuated Autonomous Underwater Vehicle (AUV) using backstepping-based control, due to the unsmoothness of tracking trajectory. Through kinematics concepts, a three-dimensional dynamic velocity regulation controller is derived. This controller makes use of the surge and angular velocity errors with bio-inspired models and backstepping techniques. It overcomes the frequently occurring problem of parameter skip at inflection point existing in backstepping tracking control method and increases system robustness. Moreover, the proposed method can effectively avoid the singularity problem in backstepping control of virtual velocity error. The control system is proved to be uniformly ultimately bounded using Lyapunov stability theory. Simulation results illustrate the effectiveness and efficiency of the developed controller, which can realize accurate three-dimensional trajectory tracking for an underactuated AUV with constant external disturbances.
In this paper, global chaos synchronization is investigated for WINDMI (J. C. Sprott, 2003) and Coullet (P. Coullet et al, 1979) chaotic systems using adaptive backstepping control design based on recursive feedback control. Our theorems on synchronization for WINDMI and Coullet chaotic systems are established using Lyapunov stability theory. The adaptive backstepping control links the choice of Lyapunov function with the design of a controller and guarantees global stability performance of strict-feedback chaotic systems. The adaptive backstepping control maintains the parameter vector at a predetermined desired value. The adaptive backstepping control method is effective and convenient to synchronize and estimate the parameters of the chaotic systems. Mainly, this technique gives the flexibility to construct a control law and estimate the parameter values. Numerical simulations are also given to illustrate and validate the synchronization results derived in this paper.
The synchronous reluctance motor (SynRM) servo-drive system has highly nonlinear uncertainties owing to a convex construction effect. It is difficult for the linear control method to achieve good performance for the SynRM drive system. The nonlinear backstepping control system using upper bound with switching function is proposed to inhibit uncertainty action for controlling the SynRM drive system. However, this method uses a large upper bound with a switching function, which results in a large chattering. In order to reduce this chattering, a nonlinear backstepping control system using an adaptive law is proposed to estimate the lumped uncertainty. Since this method uses an adaptive law, it cannot achiever satisfactory performance. Therefore, a nonlinear backstepping control system using a reformed recurrent Hermite polynomial neural network with an adaptive law and an error estimated law is proposed to estimate the lumped uncertainty and to compensate the estimated error in order to enhance the robustness of the SynRM drive system. Further, the reformed recurrent Hermite polynomial neural network with two learning rates is derived according to an increment type Lyapunov function to speed-up the parameter convergence. Finally, some experimental results and a comparative analysis are presented to verify that the proposed control system has better control performance for controlling SynRM drive systems.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.14
no.1
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pp.88-94
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2008
In this paper, a design method of a missile guidance command is presented considering the dynamics of missile control systems. The design of a new guidance command is based on the well-known PNG(propotional navigation guidance) laws. The missile control system dynamics cause the time-delays of the PN guidance command and degrade the performance of original guidance laws which are designed under the assumption of the ideal missile control systems. Using a backstepping method, these time-delay effects can be compensated. In order to implement the guidance command developed by the backstepping procedure, it is required to measure or calculate the successive time-derivatives of the original guidance command, PNG and other kinematic variables such as the relative distance. Instead of directly using the measurements of these variables and their successive derivatives, a simple disturbance observer technique is employed to estimate a guidance command described by them. Using Lyapunov method, the performance of a newly developed guidance command is analyzed against a target maneuvering with a bounded and time-varying acceleration.
This paper present backstepping control approach for controling chaotic Liu system. The proposed method is a systematic design approach and consists in a recursive procedure that interlaces the choice of a Lyapunov Function. Based on Lyapunov stability theory, control laws are derived. We used the same technique to enable stabilization of chaotic motion to a steady state as well as tracking of any desired trajectory to be achieved in a systematic way. Numerical solution are shown to verify the result.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers P
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v.54
no.4
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pp.211-216
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2005
In this paper a robust controller using adaptive backstepping technique is proposed to control the speed of wind power generation system. To make wind power generation truly cost effective and reliable, advanced and robust control algorithms are derived to on-line adjust the excitation winding voltage of the generator based on both mechanical and electrical dynamics. This method is shown to be able to achieve smooth and asymptotic rotor speed tracking, as justified by analysis and computer simulation.
Han, Minsoo;Lee, Cho Won;Yook, Joo-Hyoung;Son, Young Ik
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.12
no.1
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pp.356-362
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2017
This paper presents a robust position controller for a one degree-of-freedom (DOF) mechanical system using only position measurement. In order to alleviate the performance degradation owing to various uncertainties, a two-stage design method is studied by employing a proportional integral observer (PIO). In the first stage, a baseline backstepping controller is designed for a nominal system without accounting for uncertainties. The PIO is developed for estimating both the velocity information for the backstepping controller and an equivalent input disturbance for a feedforward compensation using the estimated uncertainty. It is shown that the estimation errors with the proposed PIO can be made arbitrarily small in a finite time. If the system suffers from undesirable actuator nonlinearities, however, it might be necessary to estimate the velocity and the disturbance with different rates of convergence. The proposed method combines the predesigned backstepping controller and dual PIOs to reduce mechanical vibrations as well as steady-state errors. The performance of the proposed method is tested through comparative computer simulations and experiments using a laboratory prototype.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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