A trajectory control system plays an important role in controlling motions of marine vehicle when a series of way points or a path is given. In this paper, a sliding mode control (SMC)-based trajectory tracking controller for marine vehicles is presented. A small-sized unmanned ship is considered as a control object. Both speed and heading angle of a ship should be controlled for tracking control. The common point of related researches was to separate ship's speed and heading angle in control methods. In this research, a new control law from a general sliding mode theory that can be applied to MIMO (multi input multi output) system is derived and both speed and heading angle of a ship can be controlled simultaneously. The propulsion force and rudder force are also applied in modeling stage to achieve accurate simulation. Disturbance induced by wind is also tackled in the dynamics considering robustness of the proposed control scheme. In the simulation, we employed a way-point method to generate ship's trajectory and applied the proposed control scheme to ship's trajectory tracking control. Our results confirmed that the tracking error was converged to zero, thus demonstrating the effectiveness of the proposed method.
This paper considers the problem of longitudinal control of a platoon of automotive vehicles on a straight lane of a highway and proposes control laws in the event of loss of communication between the lead vehicle and the other vehicles in the platoon. Since safety plays a key role in the development of an Automated Highway System, fault-tolerant control is vital. In this paper, we develop a control algorithm in vehicle platooning and prove that this control algorithm is stable for certain class of faults such as parameter uncertainties. The performance of the controller is demonstrated through a series of simulations incorporating various vehicles and AHS faults. Results of simulation shows that the vehicles have good performance in spite of simple automotive and AHS failure, such as actuator failure,that is to say, engine input failure, communication failure between lead vehicle and the another vehicles.
An integrated dynamic control (IDCF) with an active front steering system and an active rear braking system is proposed and developed in this study. A fuzzy logic controller is applied to calculate the desired additional steering angle and desired slip of the rear inner wheel. To validate IDCF system, an eight degree of freedom, nonlinear vehicle model and a sliding mode wheel slip controller are also designed. Various road conditions are used to test the performance. The results show that the yaw rate of IDCF vehicle followed the reference yaw rate and reduced the body slip angle, compared with uncontrolled vehicle. Thus, the IDCF vehicle had enhanced lateral stability and controllability.
Vehicle stability control system can enhance the vehicle stability and handling in the emergency situations through the control of traction and braking forces at the individual wheels. To achieve the desired performance, the wheel slip controller manages the hydraulic braking system to generate the desired braking force at each wheel. In this study, we propose the wheel slip controller for the generation of the braking forces based on multiple sliding mode control theory with the pulse width modulation. The proposed controller follows to the slip ratio and the brake pressure the desired ones so that the vehicle stability controller can Intervene braking force at each wheel. We show the validity and usefulness of the proposed controller through computer simulations.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제8권3호
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pp.243-251
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2016
Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) generally work in complex marine environments. Any fault in AUVs may cause significant losses. Thus, system reliability and automatic fault diagnosis are important. To address the actuator failure of AUVs, a fault diagnosis method based on the Gaussian particle filter is proposed in this study. Six free-space motion equation mathematical models are established in accordance with the actuator configuration of AUVs. The value of the control (moment) loss parameter is adopted on the basis of these models to represent underwater vehicle malfunction, and an actuator failure model is established. An improved Gaussian particle filtering algorithm is proposed and is used to estimate the AUV failure model and motion state. Bayes algorithm is employed to perform robot fault detection. The sliding window method is adopted for fault magnitude estimation. The feasibility and validity of the proposed method are verified through simulation experiments and experimental data.
A traction control systems (TCSs) composed of either a wheel slip controller or a throttle valve controller or an integrated controller of both systems are proposed in this study. To validatethe dynamic characteristics of a vehicle and TCS, a full car model that can simulate the responses of both front wheel drive (2WD) and four wheel drive (4WD) vehicle is also developed. The wheel slip controller uses a sliding mode control scheme and the throttle valve is controlled by a PID controller. The results shows that tHe brake TCS and the engine TCS achieve rapid acceleration, and reduce slip angle on slippery road. When a vehicle is cornering and accelerating maneuver with the brake or engine TCS, understeer or oversteer occur, depending on the driving conditions. The integrated TCS prevents most of these problems and improves the stability and controllability of the vehicle.
This paper proposes a traction control system (TCS) that uses a sliding mode wheel slip controller and a PID throttle valve controller. In addition, a yaw motion controller (YMC) is also developed to improve lateral stability using a PID rear wheel steering angle controller. The dynamics of a vehicle and characteristics of the controllers are validated using a proposed full-car model. A driver model is also designed to steer the vehicle during maneuvers on a split ${\mu}$ road and double lane change maneuver. The simulation results show that the proposed full-car model is sufficient to predict vehicle responses accurately. The developed TCS provides improved acceleration performances on uniform slippery roads and split ${\mu}$ roads. When the vehicle is cornering and accelerating with the brake or engine TCS, understeer occurs. An integrated TCS eliminates these problems. The YMC with the integrated TCS improved the lateral stability and controllability of the vehicle.
This paper describes development of 4 Wheel Drive (4WD) Electric Vehicle (EV) based driving control algorithm for severe driving situation such as icy road or disturbance. The proposed control algorithm consists three parts : a supervisory controller, an upper-level controller and optimal torque vectoring controller. The supervisory controller determines desired dynamics with cornering stiffness estimator using recursive least square. The upper-level controller determines longitudinal force and yaw moment using sliding mode control. The yaw moment, particularly, is calculated by integration of a side-slip angle and yaw rate for the performance and robustness benefits. The optimal torque vectoring controller determines the optimal torques each wheel using control allocation method. The numerical simulation studies have been conducted to evaluated the proposed driving control algorithm. It has been shown from simulation studies that vehicle maneuverability and lateral stability performance can be significantly improved by the proposed driving controller in severe driving situations.
The purpose of engine control TCS is to regulate engine torque to keep driven wheel slip in a desired range. In this paper, engine control TCS using sliding mode control law based on engine model and estimated load torque is proposed. This system includes a two-level controller. Slip controller calculates desired wheel torque, and engine torque controller determines throttle angle for engine torque corresponding to desired wheel torque. Another issue is to measure load torque for model based controller design. Luenberger observer with state variables of load torque and engine speed solves this problem as estimating load torque. The performance of controller and observer is certificated by simulation using 8-degree vehicle model, Pacejka tire model, and 2-state engine model. The simulation results in various maneuvers during slippery and split road conditions showed that acceleration performance and ability of the vehicle with TCS is improved. Also, the load torque observer could estimate real load torque very well, so its performance was proved.
In the present work, vibration control performance of piezoactuator-based active mount system for unmanned aero vehicle(UAV) equipment is evaluated via hardware in the loop simulation(HILS). At first, the vibration level of UAV is measured and from this vibration data, the proper piezostack actuator is selected. Then, the dynamic model of active mount system including four active mounts and UAV camera equipment is derived. In order to evaluate vibration control performance, the HILS system is constructed. The proposed mount is prepared as hardware part and the other mounts are considered in software part. A sliding mode controller is designed and implemented to the HILS system. Effective vibration control results are presented in both time and frequency domains.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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