This paper presents a model predictive control (MPC) based on a neural network (NN) model for air/fuel ration (AFR) control of automotive engines. The novelty of the paper is that the severe nonlinearity of the engine dynamics are modelled by a NN to a high precision, and adaptation of the NN model can cope with system uncertainty and time varying effects. A single dimensional optimization algorithm is used in the paper to speed up the optimization so that it can be implemented to the engine fast dynamics. Simulations on a widely used mean value engine model (MVEM) demonstrate effectiveness of the developed method.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.11
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pp.1128-1136
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2007
This paper presents an application study of a model predictive control based commercial package PCTP to real chemical processes. The first case study concerns a product purity control of a splitter process which distillates styrene from undesired component ethyl-benzene produced from ethyl-benzene dehydrogenation reaction. The second case study is about a temperature control of ethyl-benzene dehydrogenation reactor and an excess oxygen control of the fired heater. Optimum control structure for MPC application is developed for each case study. The application results show a significant improvement in control performance and stability.
This paper offers two Maximum Power Point Tracking (MPPT) systems for Photovoltaic (PV) applications. The first MPPT method is based on a fixed frequency Model Predictive Control (MPC). The second MPPT technique is based on the Predictive Hysteresis Control (PHC). An experimental demonstration shows that the proposed techniques are fast, accurate and robust in tracking the maximum power under different environmental conditions. A DC/DC converter with a high voltage gain is obligatory to track PV applications at the maximum power and to boost a low voltage to a higher voltage level. For this purpose, a high gain Switched Inductor Quadratic Boost Converter (SIQBC) for PV applications is presented in this paper. The proposed converter has a higher gain than the other transformerless topologies in the literature. It is shown that at a high gain the proposed SIQBC has moderate efficiency.
This paper proposes a linear model predictive control of 6-DOF remotely operated underwater vehicles using nonlinear robust internal-loop compensator (NRIC). First, we design a integrator embedded linear model prediction controller for a linear nominal model, and then let the real model follow the values calculated through forward dynamics. This work is carried out through an NRIC and in this process, modeling errors and external disturbance are compensated. This concept is similar to disturbance observer-based control, but it has the difference that H∞ optimality is guaranteed. Finally, tracking results at trajectory containing the velocity discontinuity point and the position tracking performance in the disturbance environment is confirmed through the comparative study with a traditional inverse dynamics PD controller.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.7
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pp.662-668
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2015
This paper presents an improved predictive control of an induction machine fed by a matrix converter using N-switching vectors as the control action during a complete sampling period of the controller. The conventional model predictive control scheme based matrix converter uses a single switching vector over the same period which introduces high torque ripple. The proposed switching scheme for a matrix converter based model predictive control of an induction machine drive selects the appropriate switching vectors for control of electromagnetic torque with small variations of the stator flux. The proposed method can reduce the ripple of the electrical variables by selecting the switching state as well as the method used in the space vector modulation techniques. Simulation results are presented to verify the effectiveness of the improved predictive control strategy for induction machine fed by a matrix converter.
Parallel three-phase voltage source inverters in a direct connection configuration are widely used to increase system power ratings. A zero-sequence circulating current can be generated according to the switching method; however, the zero-sequence circulating current not only distorts current, but also reduces the system reliability and efficiency. In this paper, a model predictive control scheme is proposed for parallel inverters to drive an interior permanent magnet synchronous motor with zero-sequence circulating current suppression. The voltage vector of the parallel inverters is derived to predict and control the torque and stator flux components. In addition, the zero-sequence circulating current is suppressed by designing the cost function without an additional current sensor and high-impedance inductor. Simulation and experimental results are presented to verify the proposed control scheme.
본 논문은 5-레벨 NPC/H-브릿지 (Neutral Point Clamped/H-bridge) 인버터의 최적 제어 세트 (finite-control-set) 모델 예측 제어 (MPC: Model Predictive Control) 방법을 제안한다. NPC/H-브릿지 인버터의 출력 전류 제어 및 DC-link 커패시터 전압 균형을 유지하기 위해 출력 전류와 DC-link 커패시터 전압을 예측하고, 하나의 비용 함수 (cost function)을 통해 최적의 스위칭 상태를 출력한다. PSIM 시뮬레이션을 통해 제안된 제어 알고리즘의 검증하였다.
To achieve a fast dynamic response and to solve the multi-objective control problems of the output currents, capacitor voltages and system constraints, this paper proposes a deadbeat and hierarchical predictive control with space-vector modulation (DB-HPC-SVM) for five-level nested neutral point piloted (NNPP) converters. First, deadbeat control (DBC) is adopted to track the reference currents by calculating the deadbeat reference voltage vector (DB-RVV). After that, all of the candidate switching sequences that synthesize the DB-RVV are obtained by using the fast SVM principle. Furthermore, according to the redundancies of the switch combination and switching sequence, a hierarchical model predictive control (MPC) is presented to select the optimal switch combination (OSC) and optimal switching sequence (OSS). The proposed DB-HPC-SVM maintains the advantages of DBC and SVM, such as fast dynamic response, zero steady-state error and fixed switching frequency, and combines the characteristics of MPC, such as multi-objective control and simple inclusion of constraints. Finally, comparative simulation and experimental results of a five-level NNPP converter verify the correctness of the proposed DB-HPC-SVM.
In physics-based character animation, trajectory optimization has been widely adopted for automatic motion synthesis, through the prediction of an optimal sequence of future states of the character based on its system dynamics model. In general, the system dynamics model is neither in a closed form nor differentiable when it handles the contact dynamics between a character and the environment with rigid body collisions. Employing smoothed contact dynamics, researchers have suggested efficient trajectory optimization techniques based on numerical differentiation of the resulting system dynamics. However, the numerical derivative of the system dynamics model could be inaccurate unlike its analytical counterpart, which may affect the stability of trajectory optimization. In this paper, we propose a novel method to derive the closed-form derivative for the system dynamics by properly approximating the contact model. Based on the resulting derivatives of the system dynamics model, we also present a model predictive control (MPC)-based motion synthesis framework to robustly control the motion of a biped character according to on-line user input without any example motion data.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.2
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pp.163-169
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2014
Using the classical cascade voltage control strategy, this paper proposes an analytical solution to an MPC (Model Predictive Control) problem with a hexagonal input constraint set for the inner-loop to regulate the output voltage of the UPS (Uninterruptible Power Supply). Focus is placed on how to deal with the hexagonal input constraint set without any approximation. Following the conventional cascade voltage control strategy, the PI (Proportional-Integral) controller is used in the outer-loop in order to regulate the output voltage. The simulation results illustrate that the capacitor voltage rapidly goes to its reference in a satisfactory manner while keeping other state variables bounded under an unexpected load changes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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