This paper proposes a new method of discretization for nonlinear systems using a Taylor series expansion and the zero-order hold assumption. The method is applied to sampled-data representations of nonlinear systems with input time delays. The delayed input varies in time and its amplitude is bounded. The maximum time-delayed input is assumed to be two sampling periods. The mathematical expressions of the discretization method are presented and the ability of the algorithm is tested using several examples. A computer simulation is used to demonstrate that the proposed algorithm accurately discretizes nonlinear systems with variable time-delayed inputs.
In this paper, a digital controller design procedure is presented for single-phase voltage-doubler boost rectifiers (VDBR). The model derivation of the single-phase VDBR is performed in the s-domain. After that the simplified equivalent z-domain models are derived. These z-domain models are utilized to design the input current and the output dc-link voltage controllers. For the controller design in the z-domain, the traditional K-factor method is modified by considering the nature of the digital controller. The frequency pre-warping and anti-windup techniques are adapted for the controller design. By using the proposed method, the phase margin and the control bandwidth are accurately achieved as required by controller designers in a practical frequency range. The proposed method is applied to a 2.5 kVA single-phase VDBR for Uninterruptible Power Supply (UPS) applications. From the simulation and the experimental results, the effectiveness of the proposed design method has been verified.
An input time delay always exists in practical systems. Analysis of the delay phenomenon in a continuous-time domain is sophisticated. It is appropriate to obtain its corresponding discrete-time model for implementation via digital computers. In this paper a new scheme for the discretization of nonlinear systems using Taylor series expansion and the zero-order hold assumption is proposed. The mathematical structure of the new discretization method is analyzed. On the basis of this structure the sampled-data representation of nonlinear systems with time-delayed multi-input is presented. The delayed multi-input general equation has been derived. In particular, the effect of the time-discretization method on key properties of nonlinear control systems, such as equilibrium properties and asymptotic stability, is examined. Additionally, hybrid discretization schemes that result from a combination of the scaling and squaring technique (SST) with the Taylor series expansion are also proposed, especially under conditions of very low sampling rates. Practical issues associated with the selection of the method's parameters to meet CPU time and accuracy requirements, are examined as well. A performance of the proposed method is evaluated using a nonlinear system with time delay maneuvering an automobile.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.3
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pp.293-301
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2006
A new discretization method for calculating a sampled-data representation of a nonlinear continuous-time system is proposed. The proposed method is based on the well-known Taylor series expansion and zero-order hold (ZOH) assumption. The mathematical structure of the new discretization method is analyzed. On the basis of this structure, a sampled-data representation of a nonlinear system with a time-delayed input is derived. This method is applied to obtain a sampled-data representation of a non-affine nonlinear system, with a constant input time delay. In particular, the effect of the time discretization method on key properties of nonlinear control systems, such as equilibrium properties and asymptotic stability, is examined. 'Hybrid' discretization schemes that result from a combination of the 'scaling and squaring' technique with the Taylor method are also proposed, especially under conditions of very low sampling rates. Practical issues associated with the selection of the method parameters to meet CPU time and accuracy requirements are examined as well. The performance of the proposed method is evaluated using a nonlinear system with a time-delayed non-affine input.
This paper proposes a new start-up method for a load commutated inverter (LCI) in a large synchronous gas-turbine generator. The initial rotor position for start-up torque is detected by the proposed initial angle detector, which consists of an integrator and a phase-locked loop. The initial rotor position is accurately detected within 150ms, and the angle difference between the real position and the detected position is less than 1%. The LCI system operates in two modes (forced commutation mode and natural commutation mode) according to operating speed range. The proposed controllers include a forced commutation controller for the low-speed range, a PI speed controller and a PI current controller, where the forced commutation controller is connected to the current controller in parallel. The current controller is modeled by Matlab/Simulink, where a six-pulse delay of the thyristor and a processing delay are considered by using a zero-order hold. The performance of the proposed start-up method is evaluated in Matlab/Psim at standstill and at low speed. To verify the feasibility of the method, a 5kVA LCI system prototype is implemented, and the proposed initial angle detector and the system performance are confirmed by experimental results from standstill to 900rpm.
This paper presents the effects of a virtual mass with a low-pass filter on the stability boundary of a virtual spring in the haptic system. In general, a haptic system consists of a haptic device, a sampler, a virtual impedance model and zero-order-hold. The virtual impedance is modeled as a virtual spring and a virtual mass. However the high-frequency noise due to the sampling time and the quantization error of sampled data may be generated when an acceleration is measured to compute the inertia force of the virtual mass. So a low-pass filter is needed to prevent the unstable behavior due to the high-frequency noise. A finite impulse response (FIR) filter is added to the measurement process of the acceleration and the effects on the haptic stability are simulated. According to the virtual mass with the FIR filter and the sampling time, the stability boundary of the virtual spring is analyzed through the simulation. The maximum available stiffness to guarantee the stable behavior is reduced, but simulation results still show that the stability boundary of the haptic system with the virtual mass is larger than that of the haptic system without the virtual mass.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.20
no.2
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pp.649-654
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2019
Stable haptic interaction with virtual environments is essential not only for the safety of the user but also for improving the immersion of the user. If the coefficient of a virtual spring is increased, the system becomes unstable. Therefore, the coefficient of the virtual spring is limited. The haptic system with the high-frequency zero-order-hold (HF-ZOH) is proposed to enhance the stability margin of a virtual spring. In this paper, the relationship among the sampling period of HF-ZOH, the coefficient of the physical damper, and the maximum stable margin of the virtual spring is analyzed. The lager the coefficient of the physical damper is, the shorter the sampling period of the HF-ZOH is, the larger the stable region of the virtual spring becomes. If the ratio N is larger than 40, the stable region of the proposed method is about three times to eight times that of the previous method, according to the coefficient of the physical damper. Hence the method enables to improve the user's realism in virtual environments.
Proceedings of the Korean Operations and Management Science Society Conference
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1999.04a
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pp.426-426
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1999
;There are many sources of uncertainty in a typical production and inventory system. There is uncertainty as to how many items customers will demand during the next day, week, month, or year. There is uncertainty about delivery times of the product. Uncertainty exacts a toll from management in a variety of ways. A spurt in a demand or a delay in production may lead to stockouts, with the potential for lost revenue and customer dissatisfaction. Firms typically hold inventory to provide protection against uncertainty. A cushion of inventory on hand allows management to face unexpected demands or delays in delivery with a reduced chance of incurring a stockout. The proposed strategies are used for the design of a probabilistic inventory system. In the traditional approach to the design of an inventory system, the goal is to find the best setting of various inventory control policy parameters such as the re-order level, review period, order quantity, etc. which would minimize the total inventory cost. The goals of the analysis need to be defined, so that robustness becomes an important design criterion. Moreover, one has to conceptualize and identify appropriate noise variables. There are two main goals for the inventory policy design. One is to minimize the average inventory cost and the stockouts. The other is to the variability for the average inventory cost and the stockouts The total average inventory cost is the sum of three components: the ordering cost, the holding cost, and the shortage costs. The shortage costs include the cost of the lost sales, cost of loss of goodwill, cost of customer dissatisfaction, etc. The noise factors for this design problem are identified to be: the mean demand rate and the mean lead time. Both the demand and the lead time are assumed to be normal random variables. Thus robustness for this inventory system is interpreted as insensitivity of the average inventory cost and the stockout to uncontrollable fluctuations in the mean demand rate and mean lead time. To make this inventory system for robustness, the concept of utility theory will be used. Utility theory is an analytical method for making a decision concerning an action to take, given a set of multiple criteria upon which the decision is to be based. Utility theory is appropriate for design having different scale such as demand rate and lead time since utility theory represents different scale across decision making attributes with zero to one ranks, higher preference modeled with a higher rank. Using utility theory, three design strategies, such as distance strategy, response strategy, and priority-based strategy. for the robust inventory system will be developed.loped.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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