This paper presents a learning controller for repetitive gate control of biped robot. The learning control scheme consists of a feedforward learning rule and linear feedback control input for stabilization of learning system. The feasibility of teaming control to biped robotic motion is shown via dynamic simulation with 12 dof biped robot.
An Independent Administrative Corporation Japan Agency for Marine-Earth Science and Technology (JAMSTEC) is developing light-and-small Autonomous Underwater Vehicles (AUV)$^{1)}$, named 'MR-X1' (Marine Robot Experimental 1), which can cruise, investigate and observe by itself without human's help. In this paper, we consider the motion control problem of 'MR-X1' and derive a controller. Since the dynamic property of 'MR-X1' is changed by the influence of the speed, the mathematical model of 'MR-X1' becomes the nonlinear model. In order to design a controller for 'MR-X1', we generally apply nonlinear control theories or linear control theories with some constant speed situation. If we design a controller by applying Linear Quadratic (LQ) optimal control theory, the obtained controller only compensates t e optimality at the designed speed situation, and does not compensate the stability at another speed situations. This paper proposes a controller design method using Linear Matrix Inequalities (LMIs)$^{2),3),4)}$, which can adapt the speed variation of 'MR-X1'. And examples of numerical analysis using our designed controller are shown.
Cruise control is a technology for automatically maintaining a steady speed of vehicle as set by the driver via controlling throttle valve and brake of vehicle. In this paper we investigate cruise controller design method with consideration for distance to vehicle ahead. We employ linear time varying (LTV) model to describe longitudinal vehicle dynamic motion. With this LTV system we approximately model the nonlinear dynamics of vehicle speed by frequent update of the system parameters. In addition we reformulate the LTV system by transforming distance to leading vehicle into variation of system parameters of the model. Note that in conventional control problem formulation this distance is considered as disturbance which should be rejected. Consequently a controller can be designed by pole placement at each instance of parameter update, based on the linear model with the present system parameters. The validity of this design method is examined by simulation study.
A dynamically positioned vessel must be capable of maintaining a specified position and direction by controlling the thruster devices. The motions of a vessel are often assuned to tne sum of low frequency(LF)motions and high frequency(HF)motions. The former is mainly due to wind, current and second order wave forces, while the latter is mainly due to first order wave forces. In order to avoid the high frequency thruser modulation, the control system must include filters to estimate the low frequency motions from the measured motion signals, This paper presents a control system based on Kalman filtering technique and optimal control tyeory. Using the combined kalmam filter, LF motion estimates and HF ones are achieved from the motion measurement of the vessel. The estimated low frequency motions are used as inputs to the dynamic positioning system. The thruster modulation is minimized using the optimal control theory; Linear Quadratic Gaussian(LQG)controller. The performances of the Kalman filter and the dynamic positioned vessel are investigated by computer simulation.
In this paper, we address an active vibration control system, which suppresses the vibration engaged by magnetically levitated stage. The stage system consists of a levitating platen with four permanent magnetic linear synchronous motors in parallel. Each motor generates vertical force for suspension against gravity and propulsion force horizontally as well. This stage can generate six degrees of freedom motion via the vertical and horizontal forces. In the stage system, which represents the settling-time critical system, the motion of the platen vibrates mechanically. We designed an active vibration control system for suppressing vibration due to the stage moving. The command feedforward with inertial feedback algorithm is used for solving stage system's critical problems. The components of the active vibration control system are accelerometers for detecting stage tables's vibrations, a digital controller with high precise signal converters. and electromagnetic actuators.
Park Chun Hong;Oh Yoon Jin;Hwang Joo Ho;Lee Deug Woo
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.1
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pp.51-58
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2006
To compensate for the motion errors in hydrostatic tables, a method to actively control the clearance of a bearing corresponding to the amount of error using actively controlled capillaries is introduced in this paper. The design method for an actively controlled capillary that considers the output rate of a piezo actuator and the amount of error that must be corrected is described. The basic characteristics of such a system were tested, such as the maximum controllable range of the error, micro-step response, and available dynamic bandwidth when the capillary was installed in a hydrostatic table. The tests demonstrated that the maximum controllable range was $2.4\;{\mu}m$, the resolution was 27 nm, and the frequency bandwidth was 5.5 Hz. Simultaneous compensation of the linear and angular motion errors using two actively controlled capillaries was also performed for a hydrostatic table driven by a ballscrew and a DC servomotor. An iterative compensation method was applied to improve the compensation characteristics. Experimental results showed that the linear and angular motion errors were improved to $0.12{\mu}m$ and 0.20 arcsec, which were about $1/15^{th}$ and $1/6^{th}$ of the initial motion errors, respectively. These results confirmed that the proposed compensation method improves the motion accuracy of hydrostatic tables very effectively.
Latching control was applied to a Wave Energy Converter (WEC) buoy with direct linear electric Power Take-Off (PTO) systems oscillating in heave direction in waves. The equation of the motion of the WEC buoy in the time-domain is characterized by the wave exciting, hydrostatic, radiation forces and by several damping forces (PTO, brake, and viscous). By applying numerical schemes, such as the semi-analytical and Newmark ${\beta}$ methods, the time series of the heave motion and velocity, and the corresponding extracted power may be obtained. The numerical prediction with the latching control is in accordance with the experimental results from the systematic 1:10-model test in a wave tank at Seoul National University. It was found that the extraction of wave energy may be improved by applying latching control to the WEC, which particularly affects waves longer than the resonant period.
Kim, Joong-Kwan;Han, Jong-Seob;Kim, Ho-Young;Han, Jae-Hung
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.1
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pp.1-6
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2015
This paper investigates the longitudinal flight dynamics and stability of flapping-wing micro air vehicles. Periodic external forces and moments due to the flapping motion characterize the dynamics of this system as NLTP (Non Linear Time Periodic). However, the averaging theorem can be applied to an NLTP system to obtain an NLTI (Non Linear Time Invariant) system which allows us to use a standard eigen value analysis to assess the stability of the system with linearization around a reference point. In this paper, we investigate the dynamics and stability of a hawkmoth-scale flapping-wing air vehicle by establishing an LTI (Linear Time Invariant) system model around a hovering condition. Also, a direct time integration of full nonlinear equations of motion of the flapping-wing micro air vehicle is conducted to see how the longitudinal flight dynamics appear in the time domain beyond the reference point, i.e. hovering condition. In the study, the flapping-wing air vehicle exhibited three distinct dynamic modes of motion in the longitudinal plane of motion: two stable subsidence modes and one unstable oscillatory mode. The unstable oscillatory mode is found to be a combination of a pitching velocity state and a forward/backward velocity state.
The SWATH concept hull form which is capable of high speed navigation with small oscillatory motions in waves, was developed from the catamaran type hull forms. This paper describes how the motion of a SWATH ship in irregular waves can be reduced by regulating the stabilizing fins. The optimal regulator and LQG (Linear Quadratic Gaussian) controller for vertical plane motion have been applied for both platforming mode and contouring mode controls. The calculations of hydrodynamic coefficients and external forces are possible for defining the system equation for the design purpose of motion control. Performances of the controlled system are compared with those of original system.
The good control performance of permanent magnet linear synchronous motor (LSM) drive systems is difficult to achieve using linear controllers because of uncertainty effects, such as fictitious forces. A backstepping control system using adaptive modified recurrent Laguerre orthogonal polynomial neural network uncertainty observer (OPNNUO) is proposed to increase the robustness of LSM drive systems. First, a field-oriented mechanism is applied to formulate a dynamic equation for an LSM drive system. Second, a backstepping approach is proposed to control the motion of the LSM drive system. With the proposed backstepping control system, the mover position of the LSM drive achieves good transient control performance and robustness. As the LSM drive system is prone to nonlinear and time-varying uncertainties, an adaptive modified recurrent Laguerre OPNNUO is proposed to estimate lumped uncertainties and thereby enhance the robustness of the LSM drive system. The on-line parameter training methodology of the modified recurrent Laguerre OPNN is based on the Lyapunov stability theorem. Furthermore, two optimal learning rates of the modified recurrent Laguerre OPNN are derived to accelerate parameter convergence. Finally, the effectiveness of the proposed control system is verified by experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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