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Design and control of chemomuscle / Xiangrong, Shen in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 133 N° 2 (Mars 2011) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 133 N° 2 (Mars 2011) . - 08 p. Titre : Design and control of chemomuscle : a liquid-propellant-powered muscle actuation system Type de document : texte imprimé Auteurs : Xiangrong, Shen, Auteur ; Christ, Daniel, Auteur Année de publication : 2011 Article en page(s) : 08 p. Note générale : Systèmes dynamiques Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Biomechanics  Mobile  robots  Muscle  Pneumatic  actuators  Propellants Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper describes the design and control of a new chemomuscle actuation system for robotic systems, especially the mobile systems inspired by biological principles. Developed based on the pneumatic artificial muscle, a chemomuscle actuation system features a high power density, as well as similar characteristics to the biological muscles. Furthermore, by introducing monopropellant (a special type of liquid fuel) as the energy storage media, the chemomuscle system leverages the high energy density of liquid fuel and provides a compact form of high-pressure gas supply with a simple structure. The introduction of monopropellant addresses the limitation of pneumatic supply on mobile devices and thus is expected to facilitate the future application of artificial muscle on biorobotic systems. In this paper, the design of a chemomuscle actuation system is presented, as well as a robust controller design that provides effective control for this highly nonlinear system. To demonstrate the proposed chemomuscle actuation system, an experimental prototype is constructed, on which the proposed control algorithm provides good tracking performance. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-.434 En ligne : http://asmedl.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JDSMAA00013300 [...] [article] Design and control of chemomuscle : a liquid-propellant-powered muscle actuation system [texte imprimé] / Xiangrong, Shen, Auteur ; Christ, Daniel, Auteur . - 2011 . - 08 p. Systèmes dynamiques Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 133 N° 2 (Mars 2011) . - 08 p. Mots-clés : Biomechanics  Mobile  robots  Muscle  Pneumatic  actuators  Propellants Index. décimale : 629.8 Résumé : This paper describes the design and control of a new chemomuscle actuation system for robotic systems, especially the mobile systems inspired by biological principles. Developed based on the pneumatic artificial muscle, a chemomuscle actuation system features a high power density, as well as similar characteristics to the biological muscles. Furthermore, by introducing monopropellant (a special type of liquid fuel) as the energy storage media, the chemomuscle system leverages the high energy density of liquid fuel and provides a compact form of high-pressure gas supply with a simple structure. The introduction of monopropellant addresses the limitation of pneumatic supply on mobile devices and thus is expected to facilitate the future application of artificial muscle on biorobotic systems. In this paper, the design of a chemomuscle actuation system is presented, as well as a robust controller design that provides effective control for this highly nonlinear system. To demonstrate the proposed chemomuscle actuation system, an experimental prototype is constructed, on which the proposed control algorithm provides good tracking performance. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-.434 En ligne : http://asmedl.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JDSMAA00013300 [...]

Energy Saving in Pneumatic Servo Control Utilizing Interchamber Cross-Flow / Xiangrong, Shen in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 129 N° 3 (Mai 2007)

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 129 N° 3 (Mai 2007) . - 303-310 p. Titre : Energy Saving in Pneumatic Servo Control Utilizing Interchamber Cross-Flow Titre original : Économie d'énergie dans la servocommande pneumatique utilisant le croisement de flux d'Interchamber Type de document : texte imprimé Auteurs : Xiangrong, Shen, Auteur ; Goldfarb, Michael, Auteur Article en page(s) : 303-310 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Servocommande  Système  servo  pneumatique  Contrôleur  de  mode  coulissant Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : This paper proposes a structure and control approach for the energy saving servo control of a pneumatic servo system. The energy saving approach is enabled by supplementing a standard four-way spool valve controlled pneumatic actuator with an additional two-way valve that enables flow between the cylinder chambers. The “crossflow” valve enables recirculation of pressurized air, and thus enables the extraction of stored energy that would otherwise be exhausted to the atmosphere. A control approach is formulated that supplements, to the extent possible, the mass flow required by a sliding mode controller with the recirculated mass flow provided by the crossflow valve. Following the control formulation, experimental results are presented that indicate energy savings of 25–52%, with essentially no compromise in tracking performance relative to the standard sliding mode control approach (i.e., relative to control via a standard four-way spool valve, without the supplemental flow provided by the crossflow valve). Cet article propose une approche de structure et de commande pour la servocommande économiseuse d'énergie d'un système servo pneumatique. L'approche économiseuse d'énergie est permise en complétant un déclencheur pneumatique commandé par valve à quatre voies standard de bobine avec un clapet bidirectionel additionnel qui permet l'écoulement entre les chambres de cylindre. La valve de « croisement de flux » permet le recyclage d'air pressurisé, et permet ainsi l'extraction de l'énergie stockée qui serait autrement épuisée à l'atmosphère. On formule une approche de commande qui complète, jusqu'au degré possible, l'écoulement de la masse exigé par un contrôleur de mode coulissant avec l'écoulement de la masse recyclé fourni par la valve de croisement de flux. Après la formulation de commande, on présente des résultats expérimentaux qui indiquent des économies d'énergie de 25-52%, avec essentiellement aucun compromis dans l'exécution de cheminement relativement à l'approche coulissante standard de commande de mode (c.-à-d., relativement à la commande par l'intermédiaire d'une valve à quatre voies standard de bobine, sans écoulement supplémentaire fourni par la valve de croisement de flux). DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 RAMEAU : Servomécanismes-- Pneumatique [article] Energy Saving in Pneumatic Servo Control Utilizing Interchamber Cross-Flow = Économie d'énergie dans la servocommande pneumatique utilisant le croisement de flux d'Interchamber [texte imprimé] / Xiangrong, Shen, Auteur ; Goldfarb, Michael, Auteur . - 303-310 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 129 N° 3 (Mai 2007) . - 303-310 p. Mots-clés : Servocommande  Système  servo  pneumatique  Contrôleur  de  mode  coulissant Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : This paper proposes a structure and control approach for the energy saving servo control of a pneumatic servo system. The energy saving approach is enabled by supplementing a standard four-way spool valve controlled pneumatic actuator with an additional two-way valve that enables flow between the cylinder chambers. The “crossflow” valve enables recirculation of pressurized air, and thus enables the extraction of stored energy that would otherwise be exhausted to the atmosphere. A control approach is formulated that supplements, to the extent possible, the mass flow required by a sliding mode controller with the recirculated mass flow provided by the crossflow valve. Following the control formulation, experimental results are presented that indicate energy savings of 25–52%, with essentially no compromise in tracking performance relative to the standard sliding mode control approach (i.e., relative to control via a standard four-way spool valve, without the supplemental flow provided by the crossflow valve). Cet article propose une approche de structure et de commande pour la servocommande économiseuse d'énergie d'un système servo pneumatique. L'approche économiseuse d'énergie est permise en complétant un déclencheur pneumatique commandé par valve à quatre voies standard de bobine avec un clapet bidirectionel additionnel qui permet l'écoulement entre les chambres de cylindre. La valve de « croisement de flux » permet le recyclage d'air pressurisé, et permet ainsi l'extraction de l'énergie stockée qui serait autrement épuisée à l'atmosphère. On formule une approche de commande qui complète, jusqu'au degré possible, l'écoulement de la masse exigé par un contrôleur de mode coulissant avec l'écoulement de la masse recyclé fourni par la valve de croisement de flux. Après la formulation de commande, on présente des résultats expérimentaux qui indiquent des économies d'énergie de 25-52%, avec essentiellement aucun compromis dans l'exécution de cheminement relativement à l'approche coulissante standard de commande de mode (c.-à-d., relativement à la commande par l'intermédiaire d'une valve à quatre voies standard de bobine, sans écoulement supplémentaire fourni par la valve de croisement de flux). DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 RAMEAU : Servomécanismes-- Pneumatique

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