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An energetic control methodology for exploiting the passive dynamics of pneumatically actuated hopping / Yong Zhu in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 130 n°4 (Juillet 2008) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 130 n°4 (Juillet 2008) . - 11 p. Titre : An energetic control methodology for exploiting the passive dynamics of pneumatically actuated hopping Type de document : texte imprimé Auteurs : Yong Zhu, Auteur ; Barth, Eric J., Auteur Année de publication : 2008 Article en page(s) : 11 p. Note générale : dynamic systems Langues : Anglais (eng) Mots-clés : dynamics  (mechanics);  pressure;  motion;  robots;  actuators;  valves;  pistons;  flight;  stiffness;  potential  energy;  solenoids;  flow  (dynamics);  kinetic  energy;  oscillations;  simulation;  force;  pneumatic  actuators;  energy  storage;  equilibrium  (physics);  cylinders;  pneumatic  cylinders;  proportional  valves Résumé : This paper presents an energetically derived control methodology to specify and regulate the oscillatory motion of a pneumatic hopping robot. An ideal lossless pneumatic actuation system with an inertia is shown to represent an oscillator with a stiffness, and hence frequency, related to the equilibrium pressures in the actuator. Following from an analysis of the conservative energy storage elements in the system, a control methodology is derived to sustain a specified frequency of oscillation in the presence of energy dissipation. The basic control strategy is to control the pressure in the upper chamber of the pneumatic cylinder to specify the contact time of the piston, while controlling the total conservative energy stored in the system to specify the flight time and corresponding flight height of the cylinder. The control strategy takes advantage of the natural passive dynamics of the upper chamber to provide much of the required actuation forces and natural stiffness, while the remaining forces needed to overcome the energy dissipation present in a nonideal system with losses are provided by a nonlinear control law for the charging and discharging of the lower chamber of the cylinder. Efficient hopping motion, relative to a traditional nonconservative actuator, is achieved by allowing the energy storing capability of a pneumatic actuator to store and return energy to the system at a controlled specifiable frequency. The control methodology is demonstrated through simulation and experimental results to provide accurate and repeatable hopping motion for pneumatically actuated robots in the presence of dissipative forces. En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...] [article] An energetic control methodology for exploiting the passive dynamics of pneumatically actuated hopping [texte imprimé] / Yong Zhu, Auteur ; Barth, Eric J., Auteur . - 2008 . - 11 p. dynamic systems Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 130 n°4 (Juillet 2008) . - 11 p. Mots-clés : dynamics  (mechanics);  pressure;  motion;  robots;  actuators;  valves;  pistons;  flight;  stiffness;  potential  energy;  solenoids;  flow  (dynamics);  kinetic  energy;  oscillations;  simulation;  force;  pneumatic  actuators;  energy  storage;  equilibrium  (physics);  cylinders;  pneumatic  cylinders;  proportional  valves Résumé : This paper presents an energetically derived control methodology to specify and regulate the oscillatory motion of a pneumatic hopping robot. An ideal lossless pneumatic actuation system with an inertia is shown to represent an oscillator with a stiffness, and hence frequency, related to the equilibrium pressures in the actuator. Following from an analysis of the conservative energy storage elements in the system, a control methodology is derived to sustain a specified frequency of oscillation in the presence of energy dissipation. The basic control strategy is to control the pressure in the upper chamber of the pneumatic cylinder to specify the contact time of the piston, while controlling the total conservative energy stored in the system to specify the flight time and corresponding flight height of the cylinder. The control strategy takes advantage of the natural passive dynamics of the upper chamber to provide much of the required actuation forces and natural stiffness, while the remaining forces needed to overcome the energy dissipation present in a nonideal system with losses are provided by a nonlinear control law for the charging and discharging of the lower chamber of the cylinder. Efficient hopping motion, relative to a traditional nonconservative actuator, is achieved by allowing the energy storing capability of a pneumatic actuator to store and return energy to the system at a controlled specifiable frequency. The control methodology is demonstrated through simulation and experimental results to provide accurate and repeatable hopping motion for pneumatically actuated robots in the presence of dissipative forces. En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...]

Dynamic Constraint-Based Energy-Saving Control of Pneumatic Servo Systems / Khalid A. Al Dakkan in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 3 (Septembre 2006) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 3 (Septembre 2006) . - 655-662 p. Titre : Dynamic Constraint-Based Energy-Saving Control of Pneumatic Servo Systems Titre original : La contrainte Dynamique basée sur la Commande d'Economie d'Energie des Systèmes Servo Pneumatiques Type de document : texte imprimé Auteurs : Khalid A. Al Dakkan, Auteur ; Barth, Eric J., Auteur ; Goldfarb, Michael Article en page(s) : 655-662 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Energie  Système  servo-pneumatique  Valve  Bobine  Commande  de  liberté  Contrainte Résumé : This paper proposes a control approach that can provide significant energy savings for the control of pneumatic servo systems. The control methodology is formulated by decoupling the standard four-way spool valve used for pneumatic servo control into two three-way valves, then using the resulting two control degrees of freedom to simultaneously satisfy a performance constraint (which for this paper is based on the sliding mode sliding condition), and an energy-saving dynamic constraint that minimizes cylinder pressures. The control formulation is presented, followed by experimental results that indicate significant energy savings with essentially no compromise in tracking performance relative to control with a standard four-way spool valve. Cet article propose une approche de commande qui peut fournir l'épargne significative d'énergie pour la commande des systèmes servo pneumatiques. La méthodologie de commande est formulée en découplant la valve à quatre voies standard de bobine utilisée pour la servocommande pneumatique dans deux valves à trois voies, puis en employant les deux degrés de commande de liberté résultants pour satisfaire simultanément une contrainte d'exécution (qui pour cet article est basée sur l'état coulissant coulissant de mode), et une contrainte dynamique économiseuse d'énergie qui réduit au minimum des pressions de cylindre. La formulation de commande est présentée, suivi des résultats expérimentaux qui indiquent l'épargne significative d'énergie avec essentiellement aucun compromis dans à commande relative de cheminement d'exécution avec une valve à quatre voies standard de bobine. En ligne : http://journaltool.asme.org [article] Dynamic Constraint-Based Energy-Saving Control of Pneumatic Servo Systems = La contrainte Dynamique basée sur la Commande d'Economie d'Energie des Systèmes Servo Pneumatiques [texte imprimé] / Khalid A. Al Dakkan, Auteur ; Barth, Eric J., Auteur ; Goldfarb, Michael . - 655-662 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 3 (Septembre 2006) . - 655-662 p. Mots-clés : Energie  Système  servo-pneumatique  Valve  Bobine  Commande  de  liberté  Contrainte Résumé : This paper proposes a control approach that can provide significant energy savings for the control of pneumatic servo systems. The control methodology is formulated by decoupling the standard four-way spool valve used for pneumatic servo control into two three-way valves, then using the resulting two control degrees of freedom to simultaneously satisfy a performance constraint (which for this paper is based on the sliding mode sliding condition), and an energy-saving dynamic constraint that minimizes cylinder pressures. The control formulation is presented, followed by experimental results that indicate significant energy savings with essentially no compromise in tracking performance relative to control with a standard four-way spool valve. Cet article propose une approche de commande qui peut fournir l'épargne significative d'énergie pour la commande des systèmes servo pneumatiques. La méthodologie de commande est formulée en découplant la valve à quatre voies standard de bobine utilisée pour la servocommande pneumatique dans deux valves à trois voies, puis en employant les deux degrés de commande de liberté résultants pour satisfaire simultanément une contrainte d'exécution (qui pour cet article est basée sur l'état coulissant coulissant de mode), et une contrainte dynamique économiseuse d'énergie qui réduit au minimum des pressions de cylindre. La formulation de commande est présentée, suivi des résultats expérimentaux qui indiquent l'épargne significative d'énergie avec essentiellement aucun compromis dans à commande relative de cheminement d'exécution avec une valve à quatre voies standard de bobine. En ligne : http://journaltool.asme.org

Dynamic modeling and design of a bulk-loaded liquid monopropellant powered rifle / Mark Adams in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 130 n°6 (Novembre 2008) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 130 n°6 (Novembre 2008) . - 8 p. Titre : Dynamic modeling and design of a bulk-loaded liquid monopropellant powered rifle Type de document : texte imprimé Auteurs : Mark Adams, Auteur ; Barth, Eric J., Auteur Année de publication : 2009 Article en page(s) : 8 p. Note générale : dynamic systems Langues : Anglais (eng) Mots-clés : interior  ballistics;  liquid  propellant  powered  rifle;  dynamic  model Résumé : This paper presents a dynamic model of the interior ballistics of an experimental liquid propellant powered rifle. The liquid propellant powered rifle described utilizes a mixture of hydroxyl ammonium nitrate and hydrocarbon fuel to replace gunpowder typically used in such firearms. The motivation for such a development is to discard the need for a shell casing whereby carrying only propellant and bullets will reduce both the mass and volume per shot carried by the soldier. A first-principles dynamic model of the interior ballistics is derived as a compressible fluid power problem with the chemical liberation of heat within the chamber modeled via a condensed-phase reaction rate law. The model is used to predict the overall performance in terms of ballistic kinetic energy as well as draw design insight regarding the role of friction, chamber geometry, and the profile of chamber pressure with respect to time. Simulation results are presented as well as preliminary experimental results from a proof-of-concept device. En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...] [article] Dynamic modeling and design of a bulk-loaded liquid monopropellant powered rifle [texte imprimé] / Mark Adams, Auteur ; Barth, Eric J., Auteur . - 2009 . - 8 p. dynamic systems Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 130 n°6 (Novembre 2008) . - 8 p. Mots-clés : interior  ballistics;  liquid  propellant  powered  rifle;  dynamic  model Résumé : This paper presents a dynamic model of the interior ballistics of an experimental liquid propellant powered rifle. The liquid propellant powered rifle described utilizes a mixture of hydroxyl ammonium nitrate and hydrocarbon fuel to replace gunpowder typically used in such firearms. The motivation for such a development is to discard the need for a shell casing whereby carrying only propellant and bullets will reduce both the mass and volume per shot carried by the soldier. A first-principles dynamic model of the interior ballistics is derived as a compressible fluid power problem with the chemical liberation of heat within the chamber modeled via a condensed-phase reaction rate law. The model is used to predict the overall performance in terms of ballistic kinetic energy as well as draw design insight regarding the role of friction, chamber geometry, and the profile of chamber pressure with respect to time. Simulation results are presented as well as preliminary experimental results from a proof-of-concept device. En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...]

Nonlinear Model-Based Control of Pulse Width Modulated Pneumatic Servo Systems / Xiangrong, Shen in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 3 (Septembre 2006) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 3 (Septembre 2006) . - 663-669 p. Titre : Nonlinear Model-Based Control of Pulse Width Modulated Pneumatic Servo Systems Titre original : Modèle non-linéaire basé la Commande des Systèmes Servo Pneumatiques Modulés par Largeur d'Impulsion Type de document : texte imprimé Auteurs : Xiangrong, Shen, Auteur ; Zhang, Jianlong, Auteur ; Barth, Eric J. ; Goldfarb, Michael Article en page(s) : 663-669 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Commande  non-linéaire  Largeur  d'impulsion  Commande  PWM  Déclancheur  pneumatique Résumé : This paper presents a control methodology that enables nonlinear model-based control of pulse width modulated (PWM) pneumatic servo actuators. An averaging approach is developed to describe the equivalent continuous-time dynamics of a PWM controlled nonlinear system, which renders the system, originally discontinuous and possibly nonaffine in the input, into an equivalent system that is both continuous and affine in control input (i.e., transforms the system to nonlinear control canonical form). This approach is applied to a pneumatic actuator controlled by a pair of three-way solenoid actuated valves. The pneumatic actuation system is transformed into its averaged equivalent control canonical form, and a sliding mode controller is developed based on the resulting model. The controller is implemented on an experimental system, and the effectiveness of the proposed approach validated by experimental trajectory tracking. Cet article présente une méthodologie de commande qui permet la commande modèle-basée non-linéaire des déclencheurs servo pneumatiques modulés par largeur d'impulsion (PWM). Une approche faisante la moyenne est développée pour décrire la dynamique équivalente de continu-temps d'un système non-linéaire commandé par PWM, qui rend le système, à l'origine discontinu et probablement le non affiné dans l'entrée, dans un système équivalent qui est continu et affine dans l'entrée de commande (c.-à-d., transforme le système à la forme canonique de commande non-linéaire). Cette approche est appliquée à un déclencheur pneumatique commandé par une paire de valves actionnées par solénoïde à trois voies. Le système pneumatique de mise en action est transformé en sa forme canonique ramenée à une moyenne de commande équivalente, et un contrôleur de mode coulissant est développé a basé sur le modèle résultant. Le contrôleur est mis en application sur un système expérimental, et l'efficacité de l'approche proposée validée par le cheminement expérimental de trajectoire. En ligne : http://journaltool.asme.org [article] Nonlinear Model-Based Control of Pulse Width Modulated Pneumatic Servo Systems = Modèle non-linéaire basé la Commande des Systèmes Servo Pneumatiques Modulés par Largeur d'Impulsion [texte imprimé] / Xiangrong, Shen, Auteur ; Zhang, Jianlong, Auteur ; Barth, Eric J. ; Goldfarb, Michael . - 663-669 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 3 (Septembre 2006) . - 663-669 p. Mots-clés : Commande  non-linéaire  Largeur  d'impulsion  Commande  PWM  Déclancheur  pneumatique Résumé : This paper presents a control methodology that enables nonlinear model-based control of pulse width modulated (PWM) pneumatic servo actuators. An averaging approach is developed to describe the equivalent continuous-time dynamics of a PWM controlled nonlinear system, which renders the system, originally discontinuous and possibly nonaffine in the input, into an equivalent system that is both continuous and affine in control input (i.e., transforms the system to nonlinear control canonical form). This approach is applied to a pneumatic actuator controlled by a pair of three-way solenoid actuated valves. The pneumatic actuation system is transformed into its averaged equivalent control canonical form, and a sliding mode controller is developed based on the resulting model. The controller is implemented on an experimental system, and the effectiveness of the proposed approach validated by experimental trajectory tracking. Cet article présente une méthodologie de commande qui permet la commande modèle-basée non-linéaire des déclencheurs servo pneumatiques modulés par largeur d'impulsion (PWM). Une approche faisante la moyenne est développée pour décrire la dynamique équivalente de continu-temps d'un système non-linéaire commandé par PWM, qui rend le système, à l'origine discontinu et probablement le non affiné dans l'entrée, dans un système équivalent qui est continu et affine dans l'entrée de commande (c.-à-d., transforme le système à la forme canonique de commande non-linéaire). Cette approche est appliquée à un déclencheur pneumatique commandé par une paire de valves actionnées par solénoïde à trois voies. Le système pneumatique de mise en action est transformé en sa forme canonique ramenée à une moyenne de commande équivalente, et un contrôleur de mode coulissant est développé a basé sur le modèle résultant. Le contrôleur est mis en application sur un système expérimental, et l'efficacité de l'approche proposée validée par le cheminement expérimental de trajectoire. En ligne : http://journaltool.asme.org

On the Observability of Pressure in a Pneumatic Servo Actuator / Jianhui, Wu in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 126 N° 4 (Décembre 2004)

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 126 N° 4 (Décembre 2004) . - 921-924 p. Titre : On the Observability of Pressure in a Pneumatic Servo Actuator Titre original : Sur l'Observabilité de la Pression dans un Déclencheur Servo Pneumatique Type de document : texte imprimé Auteurs : Jianhui, Wu, Auteur ; Goldfarb, Michael, Auteur ; Barth, Eric J. Article en page(s) : 921-924 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Déclancheur  servo-pneumatique  Dynamique  non-linéaire  Commande  de  valve  de  bobine  Cylindre  Pression  Contrôle  non-linéaire  Observabilité Index. décimale : 629.8 Résumé : Pneumatic servo actuators are characterized by highly nonlinear dynamics from spool valve command to cylinder pressure and, as such, are well suited to the use of nonlinear control methods requiring measurement of the full state, such as sliding mode control. This paper investigates the possibility of eliminating the pressure measurement required for nonlinear control in lieu of a nonlinear pressure observer, based on measurement of the output motion. A nonlinear observability analysis is conducted that demonstrates that such a system loses local observability in several regions of the state space, thus rendering the system unobservable. Des déclencheurs servo pneumatiques sont caractérisés par dynamique fortement non-linéaire de la commande de valve de bobine à la pression de cylindre et, en tant que tels, sont bien adaptés à l'utilisation des méthodes de contrôle non-linéaires exigeant la mesure du plein état, tel que la commande coulissante de mode. Cet article étudie la possibilité d'éliminer la mesure de pression exigée pour la commande non-linéaire au lieu d'un observateur non-linéaire de pression, basé sur la mesure du mouvement de rendement. On conduit une analyse non-linéaire d'observabilité qui démontre qu'un tel système perd l'observabilité locale dans plusieurs régions de l'espace d'état, de ce fait rendre le système inobservable. [article] On the Observability of Pressure in a Pneumatic Servo Actuator = Sur l'Observabilité de la Pression dans un Déclencheur Servo Pneumatique [texte imprimé] / Jianhui, Wu, Auteur ; Goldfarb, Michael, Auteur ; Barth, Eric J. . - 921-924 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 126 N° 4 (Décembre 2004) . - 921-924 p. Mots-clés : Déclancheur  servo-pneumatique  Dynamique  non-linéaire  Commande  de  valve  de  bobine  Cylindre  Pression  Contrôle  non-linéaire  Observabilité Index. décimale : 629.8 Résumé : Pneumatic servo actuators are characterized by highly nonlinear dynamics from spool valve command to cylinder pressure and, as such, are well suited to the use of nonlinear control methods requiring measurement of the full state, such as sliding mode control. This paper investigates the possibility of eliminating the pressure measurement required for nonlinear control in lieu of a nonlinear pressure observer, based on measurement of the output motion. A nonlinear observability analysis is conducted that demonstrates that such a system loses local observability in several regions of the state space, thus rendering the system unobservable. Des déclencheurs servo pneumatiques sont caractérisés par dynamique fortement non-linéaire de la commande de valve de bobine à la pression de cylindre et, en tant que tels, sont bien adaptés à l'utilisation des méthodes de contrôle non-linéaires exigeant la mesure du plein état, tel que la commande coulissante de mode. Cet article étudie la possibilité d'éliminer la mesure de pression exigée pour la commande non-linéaire au lieu d'un observateur non-linéaire de pression, basé sur la mesure du mouvement de rendement. On conduit une analyse non-linéaire d'observabilité qui démontre qu'un tel système perd l'observabilité locale dans plusieurs régions de l'espace d'état, de ce fait rendre le système inobservable.

On the Observability of Pressure in a Pneumatic Servo Actuator / Jianhui, Wu in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 126 N° 4 (Décembre 2004)

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Passivity-based impact and force control of a pneumatic actuator / Yong Zhu in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 130 N°2 (Mars/Avril 2008) 

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Predictive Control for Time-Delayed Switching Control Systems / Shields, Bobby L. in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N°4 (Decembre 2006)

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A Unified Force Controller for a Proportional-Injector Direct-Injection Monopropellant-Powered Actuator / Fite, Kevin B. in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 1 (Mars 2006)

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