This paper presents a system modeling, controller design and implementation for a rotational inverted pendulum system (RIPS), which is an under-actuated system and has the problem of unattainable velocity state. Two control strategies are applied to the RIPS. One is a sliding mode control method using the parameterization of both the hyperplane and the compensator for output feedback. The other is the disturbance observer which estimates disturbance and some modeling errors of RIPS with less computational effort. Some simulations and various kinds of experiments are performed in order to verify that the proposed controller has the ability to control RIPS whose velocity is assumed to be unavailable. The results of the simulations and experiments show that the proposed control system has superior performance for disturbance rejection and regulation at certain initial conditions as well as the robustness to model uncertainties.
A robust disturbance rejection controller for the hovering motion of underwater vehicles in near the surface of sea is presented. The suggested controller consists of two control parts, the one is disturbance observer for taking into account the effects of sea wave and missile-launching forces, and the other is sliding mode controller for the robust stability of underwater vehicles with model uncertainties and nonlinearities. It is shown that the sliding mode control system with disturbance observer is more effective compared with the sliding mode control system, especially in case that large sea wave force is affected.
The pantograph-catenary system is one of important components for high-speed rail system that are powered electrically. Electrical power is delivered from a catenary structure to the train via a pantograph and thus it is very important to regulate the contact force between catenary and pantograph. Although a lot of research results for active pantograph have been reported, most of them have made an unrealistic assumption that the catenary displacement is constant with respect to the time. In this paper, we present a new pantograph model that regards the catenary displacement as an unknown disturbance input. Moreover, a disturbance observer based controller is proposed to remove the effect of disturbance, i.e., the catenary displacement variation. The computer simulation result shows that the substantial improvement in regulating the contact force can be achieved by the proposed controller.
In this paper, a spindle system using an electromagnetic exciter is proposed to compensate a spindle disturbance such as unbalance and machining force etc A spindle compliance can be readily varied with a disturbance which is generated by the interact ion between the spindle / workpiece structure and the cutting process dynamics. The varied compliance is one of the major constraints that deteriorates the surface quality of workpiece. This paper suggests a compliance compensation by using the EME in the proposed spindle system. To compensate the varied compliance, firstly a spindle system modeling was conducted by using the bond graph. Then the model is simulated by numerical analysis method and an optimal EME position is determined to compensate a disturbance effectively through simulation, which makes the bearing load to be minimized
The stable and safe operation of a boiler system is essential for ensuring stability of the chemical processes. A dynamic simulation of a boiler drum was performed to identify the dynamics of the boiler drum. The obtained results represented that the variation of process variables disturb boiler system. So, disturbance rejection with tracking and constraints handing was necessary for stable operation of boiler drum. Among many controller, GPC has been known to show good performance in set point tracking than disturbance. In order to improve disturbance rejection performance measurable disturbance term was Introduced in basic GPC model. The controller which had tracking and disturbance rejection was designed for Improving the stable operation of a boiler system.
The disturbance observer (DOB) controller has been widely used in various industrial applications since it is capable of achieving robust stability and disturbance rejection. In this paper, we study the effect of Q-filter on disturbance observer controller for Electro-Magnetic suspension (EMS) systems. We consider three Q-filters and analyze their effects on the robust stability against parameter uncertainties due to mass variation. Moreover, we investigate the influence of sensor noise for three Q-filters. According to our study, robust stability improves as the order of Q-filter decreases. On the other hand, the larger the order of Q-filter, the more the effect of sensor noise can be removed.
The backdrivable servovalve is a desirable component for force and interaction control of hydraulic actuation systems because it provides direct force generation mechanical impedance reduction by its own inherent backdrivability. However, high parametric uncertainty and friction effects inside the hydraulic actuation system significantly degrade its advantage. To solve this problem, this letter presents a disturbance-adaptive robust internal-loop compensator (DA-RIC) to generate ideal interactive control performance from the backdrivable-servovalve-based system. The proposed control combines a robust internal-loop compensator structure (RIC) with an explicit disturbance estimator designed for asymptotic disturbance tracking, such that the controlled system provide stable and ideal dynamic behavior for impedance control, while completely compensating the disturbance effects. With the aid of a backdrivable servovalve, we show that the proposed control structure can be implemented based on a simplified nominal model, and the controller enables implementation without accurate knowledge of the target system parameters and disturbances. The performance and properties of the proposed controller are verified by simulation and experiments.
Considering the problems of poor control effect, weak disturbance rejection ability and adaptive ability of two-wheeled self-balanced robot (TWSBR) systems on undulating roads, this paper proposes a fuzzy neural network active disturbance rejection controller (FNNADRC), that is based on fuzzy neural network (FNN) for online correction of active disturbance rejection controller (ADRC)'s nonlinear control rate. Firstly, the dynamic model of the TWSBR is established and decoupled, the extended state observer (ESO) is used to compensate dynamically and linearize the upright and displacement subsystems. Then, the nonlinear PD control rate and FNN are designed, and the FNN is used to modify the control parameters of the nonlinear PD control rate in real time. Finally, the proposed control strategy is simulated and compared with the traditional ADRC and fuzzy active disturbance rejection controller (FADRC). The simulation results show that the control effect of the proposed control strategy is slightly better than ADRC and FADRC.
A magnetic levitation system requires a robustness to overcome a dynamic instability due to disturbances. In this paper a robust controller for a magnetically levitated fine manipulator is presented. The proposed controller consists of following two parts: a model reference controller and an $H_{\infty}$ controller. First, the model reference control stabilizes the motion of the manipulator. Then, the motion of the manipulator follows that of the reference model. Second, the $H_{\infty}$ control minimizes errors generated from the model reference control due to noise and disturbance since the $H_{\infty}$ control is a kind of robust control. The experiments of position control and tracking control are carried out by use of the proposed controller under the conditions of free disturbances and forced disturbances. Also, the experiments using PID controller are carried out under the same conditions. The results from above two controllers are compared to investigate the control performances. As the results, it is observed that the proposed controller has similar position accuracy but better tracking performances comparing to the PID controller as well as good disturbance rejection effect due to the robust characteristics of the controller. In conclusion. it is verified that the proposed controller has the simple control structure, the good tracking performances and good disturbance rejection effect due to the robust characteristics of the controller.
A robust controller that combines the merits of the feed-back, feed-forward and model-following control for induction motor drives utilizing field orientation control is designed in this paper. The proposed controller is a two-degrees-offreedom (2DOF) integral plus proportional & rate feedback (I-PD) speed controller combined with a model-following (2DOF I-PD MFC) speed controller. A systematic mathematical procedure is derived to find the parameters of the 2DOF I-PD MFC speed controller according to certain specifications for the drive system. Initially, we start with the I-PD feedback controller design, then we add the feed-forward controller. These two controllers combine to form the 2DOF I-PD speed controller. To realize high dynamic performance for disturbance rejection and set point tracking characterisitics, a MFC controller is designed and added to the 2DOF I-PD controller. This combination is called a 2DOF I-PD MFC speed controller. We then study the effect of the 2DOF I-PD MFC speed controller on the performance of the drive system under different operating conditions. A computer simulation is also run to demonstrate the effectiveness of the proposed controller. The results verify that the proposed 2DOF I-PD MFC controller is more accurate and more reliable in the presence of load disturbance and motor parameter variations than a 2DOF I-PD controller without a MFC. Also, the proposed controller grants rapid and accurate responses to the reference model, regardless of whether a load disturbance is imposed or the induction machine parameters vary.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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