This paper proposes a model based trajectory tracking control scheme for under-actuated underwater robotic vehicles. The difficulty in stabilizing a non-linear system using smooth static state feedback law means that the design of a feedback controller for an under-actuated system is somewhat challenging. A necessary condition for the asymptotic stability of an under-actuated vehicle about a single equilibrium is that its gravitational field has nonzero elements corresponding to non-actuated dynamics. To overcome this condition, we propose a continuous time-varying control law based on the direct estimation of vehicle dynamic variables such as inertia, damping and Coriolis & centripetal terms. This can work satisfactorily under commonly encountered uncertainties such as an ocean current and parameter variations. The proposed control law cancels the non-linearities in the vehicle dynamics by introducing non-linear elements in the input side. Knowledge of the bounds on uncertain terms is not required and it is conceptually simple and easy to implement. The controller parameter values are designed using the Taguchi robust design approach and the control law is verified analytically to be robust under uncertainties, including external disturbances and current. A comparison of the controller performance with that of a linear proportional-integral-derivative (PID) controller and sliding mode controller are also provided.
International Journal of Computer Science & Network Security
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v.22
no.4
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pp.1-12
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2022
In order to overcome the power fluctuation issues in photovoltaic (PV) smart grid-connected systems and the inverter nonlinearity model problem, an adaptive backstepping command-filter and a double second order generalized Integrators (DSOGI) controller are designed in order to tune the AC current and the DC-link voltage from the DC side. Firstly, we propose to present the filter mathematical model throughout the PV system, at that juncture the backstepping control law is applied in order to control it, Moreover the command filter is bounded to the controller aiming to exclude the backstepping controller differential increase. Additionally, The adaptive law uses Lyapunov stability criterion. Its task is to estimate the uncertain parameters in the smart grid-connected inverter. A DSOGI is added to stabilize the grid currents and eliminate undesirable harmonics meanwhile feeding maximum power generated from PV to the point of common coupling (PCC). Then, guaranteeing a dynamic effective response even under very unbalanced loads and/or intermittent climate changes. Finally, the simulation results will be established using MATLAB/SIMULINK proving that the presented approach can control surely the smart grid-connected system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.2
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pp.463-477
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1991
This study proposed a new method to design a robot manipulator control system capable of tracking the trajectories of joint angles in a reasonable accuracy to cover with actual situation of varying payload, uncertain parameters, and time delay. The direct adaptive model following control method has been used to improve existing industrial robot manipulator control system design. The proposed robot manipulator controller is operated by adjusting its gains based on the response of the manipulator in such a way that the manipulator closely matches the reference model trajectories predefined by the designer. The manipulator control system studied has two loops: they are an inner loop on adaptive model following controller to compensate nonlinearity in the manipulator dynamic equation and to decouple the coupling terms and an outer loop of state feedback controller with integral action to guarantee the stability of the adaptive scheme. This adaptation algorithm is based on the hyperstability approach with an improved Lyapunov function. The coupling among joints and the nonlinearity in the dynamic equation are explicitly considered. The designed manipulator controller shows good tracking performance in various cases, load variation, parameter uncertainties. and time delay. Since the proposed adaptive control method requires only a small number of parameters to be estimated, the controller has a relatively simple structure compared to the other adaptive manipulator controllers. Therefore, the method used is expected to be well suited for a high performance robot controller under practical operation environments.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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1999.10a
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pp.148-153
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1999
In this paper, it is proposed the adaptive-sliding mode control technique which is new approach to implement the robust control of industrial robot manipulator with external disturbances and parameter uncertainties. Over the past decade, the design of advanced control systems for industrial robotic manipulators has been a very active area of research and two major design categories have emerged. Sliding mode control is a well-known technique for robust control of uncertain nonlinear systems. The robustness of sliding model controllers can be shown in continuous time, but digital implementation may not preserve robustness properties because the sampling process limits the existence of a true sliding mode. Adaptive control algorithm is designed by using the principle of the model reference adaptive control method based upon the hyperstability theory. The proposed control scheme has a simple structure is computationally fast and does not require knowledge of the complex dynamic model or the parameter values of the manipulator or the payload. Simulation results how that the proposed method not only improves the performance of the system but also reduces the chattering problem of sliding mode control. Consequently, it is expected that the new adaptive sliding mode control algorithm will be suited for various practical applications of industrial robot control system.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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2000.05a
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pp.249-255
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2000
HRIV(Hybrid Rule-Interval Variation) method is presented to stabilize a class of nonlinear systems, where SMC(Sliding Mode Control) and ADC (ADaptive Control) schemes are incorporated to overcome the unstable characteristics of a conventional FLC(Fuzzy Logic Control). HRIV method consists of two modes: I-mode (Integral Sliding Mode PLC) and R-mode(RIV method). In I-mode, SMC is used to compensate for MAE(Minimum Approximation Error) caused by the heuristic characteristics of FLC. In R-mode, RIV method reduces interval lengths of rules as states converge to an equilibrium point, which makes the defined Lyapunov function candidate negative semi-definite without considering MAE, and the new uncertain parameters generated in R-mode are compensated by SMC. In RIV method, the overcontraction problem that the states are out of a rule-table can happen by the excessive reduction of rule intervals, which is solved with a dynamic modification of rule-intervals and a transition to I-mode. Especially, HRIV method has advantages to use the analytic upper bound of MAE and to reduce Its effect in the control input, compared with the previous researches. Finally, the proposed method is applied to stabilize a simple nonlinear system and a modified inverted pendulum system in simulation experiments.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.22
no.2
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pp.209-218
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2019
This study proposes a new approach to Control the Orientation and position based on obstacle avoidance technology by multi sensors fusion and autonomous travelling control of mobile robot system for implimentation of Smart FA. The important focus is to control mobile robot based on by the multiple sensor module for autonomous travelling and obstacle avoidance of proposed mobile robot system, and the multiple sensor module is consit with sonar sensors, psd sensors, color recognition sensors, and position recognition sensors. Especially, it is proposed two points for the real time implementation of autonomous travelling control of mobile robot in limited manufacturing environments. One is on the development of the travelling trajectory control algorithm which obtain accurate and fast in considering any constraints. such as uncertain nonlinear dynamic effects. The other is on the real time implementation of obstacle avoidance and autonomous travelling control of mobile robot based on multiple sensors. The reliability of this study has been illustrated by the computer simulation and experiments for autonomous travelling control and obstacle avoidance.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.4
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pp.287-295
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2022
As low altitude long-range artillery threat has been strengthened, the development of anti-artillery interception system to protect assets against its attacks will be kicked off. We view the defense of long-range artillery attacks as a typical dynamic weapon target assignment (DWTA) problem. DWTA is a sequential decision process in which decision making under future uncertain attacks affects the subsequent decision processes and its results. These are typical characteristics of Markov decision process (MDP) model. We formulate the problem as a MDP model to examine the assignment policy for the defender. The proximity of the capital of South Korea to North Korea border limits the computation time for its solution to a few second. Within the allowed time interval, it is impossible to compute the exact optimal solution. We apply approximate dynamic programming (ADP) approach to check if ADP approach solve the MDP model within processing time limit. We employ Shoot-Shoot-Look policy as a baseline strategy and compare it with ADP approach for three scenarios. Simulation results show that ADP approach provide better solution than the baseline strategy.
In order to solve problems happening in the practical environment of complicated system, the importance of the self-adaptive system has recently begun to emerge. However, since the differences between the model built at the time of system design and the practical environment can lead the system into unpredictable situations, the study into methods of dealing with it is also emerging as an important issue. In this paper, we propose a method for deciding on the adaptation time in an uncertain environment, and reflecting the real-time environment in the system's model. The proposed method calculates the Bayesian Surprise for the suitable adaptation time by comparing previous and current states, and then reflects the result following the performed policy in the design model to help in deciding the proper policy for the actual environment. The suggested method is applied to a navigation system to confirm its effectiveness.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.1
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pp.19-26
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2015
This paper proposes a design method for improving the frequency-domain performance reliability of dynamic systems with uncertain and degrading components. Discrete frequencies are used in this method as surrogates for the frequency band of interest, and the conformance of the frequency responses to the specification at these frequencies is utilized to model the frequency-domain performance reliability. A meta-model for the frequency responses, an extreme-value event, and the set-theory are integrated to improve the computational efficiency of the reliability estimation. In addition, a sample-based approach is presented to evaluate and optimize the estimated performance reliability. A case study of a vibration absorber system showed that the proposed design method has engineering applications.
The seismic isolation system makes a structure isolated from ground motions to protect the structure from seismic events. Seismic isolation techniques have been implemented in full-scale buildings and bridges because of their simplicity, economic effectiveness, inherent stability and reliability. As for the responses of an isolated structure due to seismic events, it is well known that the most uncertain aspects are the seismic loading itself and structural properties. Due to the randomness of earthquakes and uncertainty of structures, seismic response distributions of an isolated structure are needed when evaluating the seismic fragility assessment (or probabilistic seismic safety assessment) of an isolated structure. Seismic response time histories are useful and often essential elements in its design or evaluation stage. Thus, a large number of non-linear dynamic analyses should be performed to evaluate the seismic performance of an isolated structure. However, it is a monumental task to gather the design or evaluation information of the isolated structure from too many seismic analyses, which is impractical. In this paper, a new methodology that can evaluate the seismic fragility assessment of an isolated structure is proposed by using stochastic response database, which is a device that can estimate the seismic response distributions of an isolated structure without any seismic response analyses. The seismic fragility assessment of the isolated nuclear power plant is performed using the proposed methodology. The proposed methodology is able to evaluate the seismic performance of isolated structures effectively and reduce the computational efforts tremendously.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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