The purpose of this paper is to develop systematic analysis and automatic tuning rule of PID controller for industry servo applications. Considering the coupling of inner current control loop and speed loop delay, the target plant fit into second-order plus time delay model. Based on PID controller design for high-order plus known/unknown time delay plant model, some formulars are provided for the control gain calculation and system-based theoretical analysis is developed, and it also allows an automatic controller setup to benefit the inexperienced user. In addition, the proposed design rule gives uniformly satisfactory performance and the motor speed stays on a desired response curve with minimal oscillation and settling time. This approach can be applicable in conjunction with the cascaded control loop which is widely used in practice.
This paper discusses a observer based discrete-time controller design and presents a modified control structure for dual-stage hard disk drive systems using piezoelectric microactuator(MA). In plant modeling, dynamic coupling between VCM and MA is not considered. Each controller is organized independently and designed using pole placement. Simulation result shows that 4th-order controller achieves about 3kHz servo bandwidth and 0.22msec of 2% settling time.
Many control techniques have been proposed in order to improve the control performance of discrete-time domain control system. In the position control system using a DC servo motor as a driver, the response-characteristic of system is controlled by the PID controller. In the PID control system, the transient response characteristic is more increased and settling time gets longer if gains of PID controller are unsuitable. In this paper, therefore, a expended PID control system is constructed by inserting a pre-compensator at output terminal of PID controller. It is implemented by using the double layers neural network. Form the results of computer simulation in the proposed control algorithm, its usefulness is verified.
In this paper, optimal tuning of a cross-coupled controller linked with the feedforward controller and the disturbance observer is studied to improve contouring and tracking accuracy as well as robustness against disturbance. Previously developed integrated design and optimal tuning methods are applied for developing the robust tuning method. Strict mathematical modeling of the multivariable system is formulated as a state-space equation. Identification processes of the servomechanism are conducted for mechanical servo models. An optimal tuning problem to minimize both the contour error and settling time is formulated as a nonlinear constrained optimization problem including the relevant controller parameters of the servo control system. Constraints such as relative stability, robust stability and overshoot, etc. are considered for the optimization. To verify the effectiveness of the proposed optimal tuning procedure, linear and circular motion experiments are performed on the xy-table. Experimental results confirm the control performance and robustness despite the variation of parameters of the mechanical subsystems.
The Auto Tuning Controller is designed using Fuzzy set theory. And to verify its validity it is Applied to the Auto Tuner of hydraulic Control System. Fuzzy Tuning Procedures are written by linguistic model and translated into C language formation by preprocessor. Then it is executed with state feedback controller in real time, Fuzzy Logic Controller adjusts state feedback gain by proper tuning logic in each step to satisfy the desired maximum overshoot and settling time.
Conventional P/PI speed controller of today's servo drives should be manually tuned the controller switching set-point by trial-and-errors, which may translate the drive system down-time and loss of productivity. The adjustable drive performance is heavily dependent on the qualify of the expert knowledge and becomes inadequate in applications where the operating conditions change in a wide range, i.e., tracking command, cceleration/deceleration time, and load disturbances. In this paper, the demands on simple controls/setup are discussed for industry servo drives. Analyzing the frequency content of motor torque command, P/PI control mode switching is automatically peformed with some prior knowledge of the mechanical dynamics. The dynamic performance of the proposed scheme assures a desired tracking response curve with minimal oscillation and settling time over the whole operating conditions. For comprehensive comparison of traditional P/PI control scheme, extensive test is carried out on actual servo system.
International journal of advanced smart convergence
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제10권2호
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pp.175-186
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2021
We have studied the speed regulation of the permanent magnet synchronous motor (PMSM) servo system in this paper. To optimize the PMSM servo system's speed-control performance with disturbances, a non-linear speed-control technique using a back-propagation neural network (BP-NN) algorithm forthe controller design of the PMSM speed loop is introduced. To solve the slow convergence speed and easy to fall into the local minimum problem of BP-NN, we develope an improved BP-NN control algorithm by limiting the range of neural network outputs of the proportional coefficient Kp, integral coefficient Ki of the controller, and add adaptive gain factor β, that is the internal gain correction ratio. Compared with the conventional PI control method, our improved BP-NN control algorithm makes the settling time faster without static error, overshoot or oscillation. Simulation comparisons have been made for our improved BP-NN control method and the conventional PI control method to verify the proposed method's effectiveness.
In this study, we introduce the design methodology of an optimized type-2 fuzzy cascade controller with the aid of hierarchical fair competition-based genetic algorithm(HFCGA) for ball & beam system. The ball & beam system consists of servo motor, beam and ball, and remains mutually connected in line in itself. The ball & beam system determines the position of ball through the control of a servo motor. Consequently the displacement change of the position of the moving ball and its ensuing change of the angle of the beam results in the change of the position angle of a servo motor. The type-2 fuzzy cascade controller scheme consists of the outer controller and the inner controller as two cascaded fuzzy controllers. In type-2 fuzzy logic controller(FLC) as the expanded type of type-1 fuzzy logic controller(FLC), we can effectively improve the control characteristic by using the footprint of uncertainty(FOU) of membership function. The control parameters(scaling factors) of each fuzzy controller using HFCGA which is a kind of parallel genetic algorithms(PGAs). HFCGA helps alleviate the premature convergence being generated in conventional genetic algorithms(GAs). We estimated controller characteristic parameters of optimized type-2 fuzzy cascade controller applied ball & beam system such as maximum overshoot, delay time, rise time, settling time and steady-state error. For a detailed comparative analysis from the viewpoint of the performance results and the design methodology, the proposed method for the ball & beam system which is realized by the fuzzy cascade controller based on HFCGA, is presented in comparison with the conventional PD cascade controller based on serial genetic algorithms.
An experimental and theoretical study on a pneumatic servo system has been conducted using on-off valves and a pneumatic cylinder. A V/I converter has been designed for rapid rising and falling of the solenoid current, which significantly improves the positioning accuracy and settling time of the servo system by shortening the valve opening time. Pulse width modulation was modified to operate on-off valves effectively. A state feedback controller which feeds back position, velocity and acceleration is used to control the system. The influence of controller gains on the system performance is studied to develop a scheme that automatically adjusts the gains using fuzzy logic theory. It is shown experimentally that the proposed fuzzy logic tuner works satisfactorily. A new method for measurements of valve effective areas is proposed, and a partially polytropic model is applied to simulation of the pneumatic system. Simulated results show good agreement with experimental data.
This paper proposes the design of PI controller using real-coding genetic algorithm showing a good performance on convergence velocity and diversity of population among evolutionary computations. To evaluate the proposed method's effectiveness, we apply the proposed GA-PI controller to the speed control of an actual DC servomotor system. The experimental results show that GA-PI controller has the better control performance than PI controller in terms of settling time rising time and overshoot.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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