International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.5
no.5
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pp.547-558
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2007
This paper proposes a simpler solution to the stabilization problem of a special class of nonlinear underactuated mechanical systems which includes widely studied benchmark systems like Inertia Wheel Pendulum, TORA and Acrobot. Complex internal dynamics and lack of exact feedback linearizibility of these systems makes design of control law a challenging task. Stabilization of these systems has been achieved using Energy Shaping and damping injection and Backstepping technique. Former results in hybrid or switching architectures that make stability analysis complicated whereas use of backstepping some times requires closed form explicit solutions of highly nonlinear equations resulting from partial feedback linearization. It also exhibits the phenomenon of explosions of terms resulting in a highly complicated control law. Exploiting recently introduced Dynamic Surface Control technique and using control Lyapunov function method, a novel nonlinear controller design is presented as a solution to these problems. The stability of the closed loop system is analyzed by exploiting its two-time scale nature and applying concepts from Singular Perturbation Theory. The design procedure is shown to be simpler and more intuitive than existing designs. Design has been applied to important benchmark systems belonging to the class demonstrating controller design simplicity. Advantages over conventional Energy Shaping and Backstepping controllers are analyzed theoretically and performance is verified using numerical simulations.
This paper presents a model-free system based on a framework of a backstepping sliding mode control (BSMC) with a radial basis function neural network (RBFNN) and adaptive mechanism for electro-hydraulic systems (EHSs). First, an EHS mathematical model was dedicatedly derived to understand the system behavior. Based on the system structure, BSMC was employed to satisfy the output performance. Due to the highly nonlinear characteristics and the presence of parametric uncertainties, a model-free approximator based on an RBFNN was developed to compensate for the EHS dynamics, thus addressing the difficulty in the requirement of system information. Adaptive laws based on the actor-critic neural network (ACNN) were implemented to suppress the existing error in the approximation and satisfy system qualification. The stability of the closed-loop system was theoretically proven by the Lyapunov function. To evaluate the effectiveness of the proposed algorithm, proportional-integrated-derivative (PID) and improved PID with ACNN (ACPID), which are considered two complete model-free methods, and adaptive backstepping sliding mode control, considered an ideal model-based method with the same adaptive laws, were used as two benchmark control strategies in a comparative simulation. The simulated results validated the superiority of the proposed algorithm in achieving nearly the same performance as the ideal adaptive BSMC.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.6
no.2
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pp.347-360
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2014
The auto-berthing of a ship requires excellent control for safe accomplishment. Crabbing, which is the pure sway motion of a ship without surge velocity, can be used for this purpose. Crabbing is induced by a peculiar operation procedure known as the push-pull mode. When a ship is in the push-pull mode, an interacting force is induced by complex turbulent flow around the ship generated by the propellers and side thrusters. In this paper, three degrees of freedom equations of the motions of crabbing are derived. The equations are used to apply the adaptive backstepping control method to the auto-berthing controller of a cruise ship. The controller is capable of handling the system non-linearity and uncertainty of the berthing process. A control allocation algorithm for a ship equipped with two propellers and two side thrusters is also developed, the performance of which is validated by simulation of auto-berthing.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.3
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pp.233-240
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2006
This paper presents the robust control method using a self recurrent wavelet neural network (SRWNN) via adaptive backstepping design technique for stable walking of biped robots with unknown model uncertainties. The SRWNN, which has the properties such as fast convergence and simple structure, is used as the uncertainty observer of the biped robots. The adaptation laws for weights of the SRWNN and reconstruction error compensator are induced from the Lyapunov stability theorem, which are used for on-line controlling biped robots. Computer simulations of a five-link biped robot with unknown model uncertainties verify the validity of the proposed control system.
This paper presents to control speed of induction motors with uncertainties. We use an adaptive backstepping controller with fuzzy neural networks(FNNs) and model reference adaptive system(MRAS) at Indirect vector control method. The adaptive backstepping controller using FNNs can control speed of induction motors even we have a minimum of information. And this controller can be used to approximate most of uncertainties which are derived from unknown motor parameters, load torque such as disturbances. MRAS estimates to rotor resistance and also can find optimal flux to minimize power losses of Induction motor. Indirect vector PI current controller is used to keep rotor flux constant without measuring or estimating the rotor flux. Simulation and experiment results are verified the effectiveness of this proposed approach.
Seo, Kyoung-Cheol;Yoo, Sung-Jin;Park, Jin-Bae;Choi, Yoon-Ho
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.5
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pp.406-413
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2007
This paper proposes a self-recurrent wavelet neural network(SRWNN) based adaptive backstepping control technique for the robust steering control of autonomous underwater vehicles(AUVs) with unknown model uncertainties and external disturbance. The SRWNN, which has the properties such as fast convergence and simple structure, is used as the uncertainty observer of the steering model of AUV. The adaptation laws for the weights of SRWNN and reconstruction error compensator are induced from the Lyapunov stability theorem, which are used for the on-line control of AUV. Finally, simulation results for steering control of an AUV with unknown model uncertainties and external disturbance are included to illustrate the effectiveness of the proposed method.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.5
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pp.852-857
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2008
A new adaptive neuro-control algorithm for a SISO strict-feedback nonlinear system is proposed. All the previous adaptive neural control algorithms for strict-feedback nonlinear systems are based on the backstepping scheme, which makes the control law and stability analysis very complicated. The main contribution of the proposed method is that it demonstrates that the state-feedback control of the strict-feedback system can be viewed as the output-feedback control problem of the system in the normal form. As a result, the proposed control algorithm is considerably simpler than the previous ones based on backstepping. Depending heavily on the universal approximation property of the neural network (NN), only one NN is employed to approximate the lumped uncertain system nonlinearity. The Lyapunov stability of the NN weights and filtered tracking error is guaranteed in the semi-global sense.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.5
no.3
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pp.269-282
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2007
This paper presents a robust control method via the intelligent adaptive backstepping design technique for stable walking of nine-link biped robots with unknown model uncertainties and external disturbances. In our control structure, the self recurrent wavelet neural network(SRWNN) which has the information storage ability is used to observe the uncertainties of the biped robots. The adaptation laws for all weights of the SRWNN are induced from the Lyapunov stability theorem, which are used for on-line controlling biped robots. Also, we prove that all signals in the closed-loop adaptive system are uniformly ultimately bounded. Through computer simulations of a nine-link biped robot with model uncertainties and external disturbances, we illustrate the effectiveness of the proposed control system.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.11
no.2
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pp.77-83
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2011
In this paper, an active backstepping design is proposed to achieve control and synchronization of a new hyperchaotic system. The proposed method is a systematic design approach and exists in a recursive procedure that interlaces the choice of a Lyapunov function with the design of the active control. The proposed controller enables stabilization of chaotic motion to the origin as well as synchronization of the two identical new hyperchaotic systems. Numerical simulations illustrate the validity of the proposed control technique.
In this paper, a design method of a controller is presented for a class of nonlinear systems which have time-varying parametric uncertainly. Some features of this controller are that it can tackle 1) nonlinear parametrization(i.e. uncertain parameters enter the system in the nonlinear form) and 2) nonvanishing peturbation (i.e. uncertainty need not vanish at the origin). The class of systems considered in this paper has the triangular structure for which the well-known backstepping design can be applied. The uncertain parameter is assumed to be contained in the bounded set whose size can be arbitrarily large. Also, the uncertain system are globally uniformly bounded and converge to a compact set whose size is designable. In particular, the first state of the system can be made arbitrarily small, which can be seen by the presented simulation result.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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