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Dynamic Anti-Integrator-Windup Controller Design for LInear Systems With Actuator Saturation / Nakamura, Mitsuru in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 129 N° 1 (Janvier 2007) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 129 N° 1 (Janvier 2007) . - 1-12 p. Titre : Dynamic Anti-Integrator-Windup Controller Design for LInear Systems With Actuator Saturation Titre original : Conception Dynamique de Contrôleur d'Anti-Intégrateur-Remontage pour les Systèmes Linéaires avec la Saturation de Déclencheur Type de document : texte imprimé Auteurs : Nakamura, Mitsuru, Auteur ; Tomizuka, Masayoshi, Auteur Article en page(s) : 1-12 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Input  constraints  Dynamic  controller  Anti-windup  compensator  Lyapunov  design  Flexible  machanical  arm  Mechatronic  systems  Contraintes  d'entrée  Contrôleur  dynamique  Compensateur  d'Anti-remontage Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : The present paper is concerned with the design of dynamic anti-integrator-windup controllers for critically stable linear systems with a single pole at the origin. The constant gain term in the conventional anti-windup controller is extended to have dynamics represented by a transfer function. The proposed dynamic anti-windup compensator is similar to the one based on co-prime factorization of the plant. The overall controller includes an internal model for constant signals and achieves regulation for constant disturbance and reference inputs as long as the asymptotic control input stays within the saturation limits. The effectiveness of the proposed method is demonstrated on a one-link flexible arm through simulations and experiments. Le papier actuel est concerné par la conception des contrôleurs dynamiques d'anti-intégrateur-remontage pour les systèmes linéaires en critique stables avec un poteau simple à l'origine. La limite constante de gain dans le contrôleur conventionnel d'anti-remontage est prolongée pour avoir la dynamique représentée par une fonction de transfert. Le compensateur dynamique proposé d'anti-remontage est semblable à celui basé sur la factorisation copremière de l'usine. Le contrôleur global inclut un modèle interne pour les signaux constants et réalise le règlement pour les entrées constantes de perturbation et de référence tant que l'entrée asymptotique de commande reste dans les limites de saturation. L'efficacité de la méthode proposée est démontrée sur un bras flexible d'un lien par des simulations et des expériences. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 RAMEAU : Contraintes (mécanique) En ligne : kanamori@maizuru-ct.ac.jp, tomizuka@me.berkeley.edu [article] Dynamic Anti-Integrator-Windup Controller Design for LInear Systems With Actuator Saturation = Conception Dynamique de Contrôleur d'Anti-Intégrateur-Remontage pour les Systèmes Linéaires avec la Saturation de Déclencheur [texte imprimé] / Nakamura, Mitsuru, Auteur ; Tomizuka, Masayoshi, Auteur . - 1-12 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 129 N° 1 (Janvier 2007) . - 1-12 p. Mots-clés : Input  constraints  Dynamic  controller  Anti-windup  compensator  Lyapunov  design  Flexible  machanical  arm  Mechatronic  systems  Contraintes  d'entrée  Contrôleur  dynamique  Compensateur  d'Anti-remontage Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : The present paper is concerned with the design of dynamic anti-integrator-windup controllers for critically stable linear systems with a single pole at the origin. The constant gain term in the conventional anti-windup controller is extended to have dynamics represented by a transfer function. The proposed dynamic anti-windup compensator is similar to the one based on co-prime factorization of the plant. The overall controller includes an internal model for constant signals and achieves regulation for constant disturbance and reference inputs as long as the asymptotic control input stays within the saturation limits. The effectiveness of the proposed method is demonstrated on a one-link flexible arm through simulations and experiments. Le papier actuel est concerné par la conception des contrôleurs dynamiques d'anti-intégrateur-remontage pour les systèmes linéaires en critique stables avec un poteau simple à l'origine. La limite constante de gain dans le contrôleur conventionnel d'anti-remontage est prolongée pour avoir la dynamique représentée par une fonction de transfert. Le compensateur dynamique proposé d'anti-remontage est semblable à celui basé sur la factorisation copremière de l'usine. Le contrôleur global inclut un modèle interne pour les signaux constants et réalise le règlement pour les entrées constantes de perturbation et de référence tant que l'entrée asymptotique de commande reste dans les limites de saturation. L'efficacité de la méthode proposée est démontrée sur un bras flexible d'un lien par des simulations et des expériences. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 RAMEAU : Contraintes (mécanique) En ligne : kanamori@maizuru-ct.ac.jp, tomizuka@me.berkeley.edu

Intelligent Modeling of Thrust Force in Drilling Process / Sheng, Ye in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N°4 (Decembre 2006) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N°4 (Decembre 2006) . - 846-855 p. Titre : Intelligent Modeling of Thrust Force in Drilling Process Titre original : Modèle Intelligent de la Force Poussée dans le Processus de Forage Type de document : texte imprimé Auteurs : Sheng, Ye, Auteur ; Tomizuka, Masayoshi, Auteur Article en page(s) : 846-855 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Stratégie  modelante  intélligente  Réseau  neurologique  Forage  Commutation  Variation  de  gain Index. décimale : 629.8 Résumé : In this paper, an intelligent modeling strategy for thrust force in drilling process is proposed. First of all, neural network (NN) models are developed to model the thrust force in drilling process. Second, drill head position information is included in the NN model to get better force prediction accuracy for entrance and exit drilling stages. Third, a fuzzy switching strategy is proposed to deal with the gain variation problem due to transitions from one drilling stage to another. Finally, gain variation due to drill wear is studied and the related modeling strategy is developed. Simulation and experimental results show that the proposed model works well over a wide operating range. En cet article, on propose une stratégie modelante intelligente la force poussée dans le processus de forage. Tout d'abord, des modèles du réseau neurologique (NN) sont développés pour modeler la force de poussée dans le processus de forage. En second lieu, l'information principale de position de foret est incluse dans le modèle de NN pour obtenir une meilleure exactitude de prévision de force pour les étapes de forage d'entrée et de sortie. Troisièmement, on propose une stratégie brouillée de commutation pour traiter le problème de variation de gain dû aux transitions d'une étape de forage à l'autre. En conclusion, la variation de gain due à l'usage de foret est étudiée et la stratégie modelante relative est développée. La simulation et les résultats expérimentaux prouvent que le modèle proposé fonctionne bien sur une plage large de fonctionnement. En ligne : ysheng@accuray.com [article] Intelligent Modeling of Thrust Force in Drilling Process = Modèle Intelligent de la Force Poussée dans le Processus de Forage [texte imprimé] / Sheng, Ye, Auteur ; Tomizuka, Masayoshi, Auteur . - 846-855 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N°4 (Decembre 2006) . - 846-855 p. Mots-clés : Stratégie  modelante  intélligente  Réseau  neurologique  Forage  Commutation  Variation  de  gain Index. décimale : 629.8 Résumé : In this paper, an intelligent modeling strategy for thrust force in drilling process is proposed. First of all, neural network (NN) models are developed to model the thrust force in drilling process. Second, drill head position information is included in the NN model to get better force prediction accuracy for entrance and exit drilling stages. Third, a fuzzy switching strategy is proposed to deal with the gain variation problem due to transitions from one drilling stage to another. Finally, gain variation due to drill wear is studied and the related modeling strategy is developed. Simulation and experimental results show that the proposed model works well over a wide operating range. En cet article, on propose une stratégie modelante intelligente la force poussée dans le processus de forage. Tout d'abord, des modèles du réseau neurologique (NN) sont développés pour modeler la force de poussée dans le processus de forage. En second lieu, l'information principale de position de foret est incluse dans le modèle de NN pour obtenir une meilleure exactitude de prévision de force pour les étapes de forage d'entrée et de sortie. Troisièmement, on propose une stratégie brouillée de commutation pour traiter le problème de variation de gain dû aux transitions d'une étape de forage à l'autre. En conclusion, la variation de gain due à l'usage de foret est étudiée et la stratégie modelante relative est développée. La simulation et les résultats expérimentaux prouvent que le modèle proposé fonctionne bien sur une plage large de fonctionnement. En ligne : ysheng@accuray.com

Kinematic Kalman filter (KKF) for robot end-effector sensing / Soo Jeon in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 131 N°2 (Mars/Avril 2009) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 131 N°2 (Mars/Avril 2009) . - 08 p. Titre : Kinematic Kalman filter (KKF) for robot end-effector sensing Type de document : texte imprimé Auteurs : Soo Jeon, Auteur ; Tomizuka, Masayoshi, Auteur ; Tetsuaki Katou, Auteur Année de publication : 2009 Article en page(s) : 08 p. Note générale : dynamic systems Langues : Anglais (eng) Mots-clés : measurement;  sensors;  motion;  robots;  accelerometers;  sampling  (acoustical  engineering);  trajectories  (physics);  delays;  end  effectors;  equations;  errors;  Kalman  filters Résumé : In control of industrial manipulators, the position from the motor encoder has been the only sensor measurement for axis control. In this case, it is not easy to estimate the end-effector motion accurately because of the kinematic errors of links, joint flexibility of gear mechanisms, and so on. Direct measurement of the end-effector using the vision sensor is considered as a solution but its performance is often limited by the slow sampling rate and the latency. To overcome these limitations, this paper extends the basic idea of the kinematic Kalman filter (KKF) to general rigid body motion leading to the formulation of the multidimensional kinematic kalman filter (MD-KKF). By combining the measurements from the vision sensor, the accelerometers and the gyroscopes, the MD-KKF can recover the intersample values and compensate for the measurement delay of the vision sensor providing the state information of the end-effector fast and accurately. The performance of the MD-KKF is verified experimentally using a planar two-link robot. The MD-KKF will be useful for widespread applications such as the high speed visual servo and the high-performance trajectory learning for robot manipulators, as well as the control strategies which require accurate velocity information. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...] [article] Kinematic Kalman filter (KKF) for robot end-effector sensing [texte imprimé] / Soo Jeon, Auteur ; Tomizuka, Masayoshi, Auteur ; Tetsuaki Katou, Auteur . - 2009 . - 08 p. dynamic systems Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 131 N°2 (Mars/Avril 2009) . - 08 p. Mots-clés : measurement;  sensors;  motion;  robots;  accelerometers;  sampling  (acoustical  engineering);  trajectories  (physics);  delays;  end  effectors;  equations;  errors;  Kalman  filters Résumé : In control of industrial manipulators, the position from the motor encoder has been the only sensor measurement for axis control. In this case, it is not easy to estimate the end-effector motion accurately because of the kinematic errors of links, joint flexibility of gear mechanisms, and so on. Direct measurement of the end-effector using the vision sensor is considered as a solution but its performance is often limited by the slow sampling rate and the latency. To overcome these limitations, this paper extends the basic idea of the kinematic Kalman filter (KKF) to general rigid body motion leading to the formulation of the multidimensional kinematic kalman filter (MD-KKF). By combining the measurements from the vision sensor, the accelerometers and the gyroscopes, the MD-KKF can recover the intersample values and compensate for the measurement delay of the vision sensor providing the state information of the end-effector fast and accurately. The performance of the MD-KKF is verified experimentally using a planar two-link robot. The MD-KKF will be useful for widespread applications such as the high speed visual servo and the high-performance trajectory learning for robot manipulators, as well as the control strategies which require accurate velocity information. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...]

Output saturation in electric motor systems / Kyoungchul Kong in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 132 N° 5 (Septembre 2010) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 132 N° 5 (Septembre 2010) . - 08 p. Titre : Output saturation in electric motor systems : identification and controller design Type de document : texte imprimé Auteurs : Kyoungchul Kong, Auteur ; Helge C. Kniep, Auteur ; Tomizuka, Masayoshi, Auteur Année de publication : 2010 Article en page(s) : 08 p. Note générale : Systèmes dynamiques Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Angular  velocity  Ball  bearings  Brushless  DC  motors  Control  system  synthesis  Design  Kalman  filters  Machine  control  Machine  windings  Three-term  control Index. décimale : 629.8 Résumé : Input saturation is a well-known nonlinearity in mechanical control systems; it constrains the maximum acceleration, which results in the limitation of the system response time. Input saturation has been considered in controller design in various ways, e.g., antiwindup control. In addition to the input, the state variables of mechanical systems are often subjected to saturation. For example, the maximum angular velocity of electric motor systems is limited by the maximum voltage provided to the motor windings. In the case of electronically commutated motors (i.e., brushless dc motors), the maximum speed is additionally constrained by limitations of the servo amplifier output. If gears are utilized, further constraints are introduced due to resonances in ball bearings and/or velocity dependent friction. Although such factors are significant in practice, they have not been fully considered in controller design. This paper investigates the input and output saturations, and presents how they may be considered in the controller design; a Kalman filter, a PID controller, and a disturbance observer are designed, taking input/output saturations into consideration. A case study is provided to verify the proposed methods. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 En ligne : http://asmedl.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JDSMAA00013200 [...] [article] Output saturation in electric motor systems : identification and controller design [texte imprimé] / Kyoungchul Kong, Auteur ; Helge C. Kniep, Auteur ; Tomizuka, Masayoshi, Auteur . - 2010 . - 08 p. Systèmes dynamiques Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 132 N° 5 (Septembre 2010) . - 08 p. Mots-clés : Angular  velocity  Ball  bearings  Brushless  DC  motors  Control  system  synthesis  Design  Kalman  filters  Machine  control  Machine  windings  Three-term  control Index. décimale : 629.8 Résumé : Input saturation is a well-known nonlinearity in mechanical control systems; it constrains the maximum acceleration, which results in the limitation of the system response time. Input saturation has been considered in controller design in various ways, e.g., antiwindup control. In addition to the input, the state variables of mechanical systems are often subjected to saturation. For example, the maximum angular velocity of electric motor systems is limited by the maximum voltage provided to the motor windings. In the case of electronically commutated motors (i.e., brushless dc motors), the maximum speed is additionally constrained by limitations of the servo amplifier output. If gears are utilized, further constraints are introduced due to resonances in ball bearings and/or velocity dependent friction. Although such factors are significant in practice, they have not been fully considered in controller design. This paper investigates the input and output saturations, and presents how they may be considered in the controller design; a Kalman filter, a PID controller, and a disturbance observer are designed, taking input/output saturations into consideration. A case study is provided to verify the proposed methods. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 En ligne : http://asmedl.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JDSMAA00013200 [...]

Stability of controlled mechanical systems with ideal coulomb friction / Soo Jeon in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 130 N°1 (Janvier/Fevrier 2008) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 130 N°1 (Janvier/Fevrier 2008) . - 9 p. Titre : Stability of controlled mechanical systems with ideal coulomb friction Type de document : texte imprimé Auteurs : Soo Jeon, Auteur ; Tomizuka, Masayoshi, Auteur Année de publication : 2008 Article en page(s) : 9 p. Note générale : dynamic systems Langues : Anglais (eng) Mots-clés : stability;  friction;  coulombs;  equilibrium  (physics);  cycles;  closed  loop  systems Résumé : When a mechanical system with Coulomb friction is under feedback control, the closed-loop system may asymptotically converge to a point in the equilibrium set or generate nonlinear oscillations such as limit cycles depending on the control algorithm. Thus, it is important to know how to guarantee the stability in the presence of Coulomb friction. This paper presents the stability analysis of controlled mechanical systems with multiple ideal Coulomb friction sources. Common properties of controlled mechanical systems with multiple ideal Coulomb friction sources have been explored and generalized into the state space formulation leading to a class of ideal relay feedback systems. Various stability criteria are considered and a new sufficient condition for the pointwise global stability is suggested. Simulation results for a single mass system and experimental results for a single link flexible joint mechanism are presented to confirm the analysis and to illustrate various aspects of stability conditions for controlled mechanical systems with ideal Coulomb friction. The results given in this paper can be useful for the design of mechanical systems free from the limit cycle. En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...] [article] Stability of controlled mechanical systems with ideal coulomb friction [texte imprimé] / Soo Jeon, Auteur ; Tomizuka, Masayoshi, Auteur . - 2008 . - 9 p. dynamic systems Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 130 N°1 (Janvier/Fevrier 2008) . - 9 p. Mots-clés : stability;  friction;  coulombs;  equilibrium  (physics);  cycles;  closed  loop  systems Résumé : When a mechanical system with Coulomb friction is under feedback control, the closed-loop system may asymptotically converge to a point in the equilibrium set or generate nonlinear oscillations such as limit cycles depending on the control algorithm. Thus, it is important to know how to guarantee the stability in the presence of Coulomb friction. This paper presents the stability analysis of controlled mechanical systems with multiple ideal Coulomb friction sources. Common properties of controlled mechanical systems with multiple ideal Coulomb friction sources have been explored and generalized into the state space formulation leading to a class of ideal relay feedback systems. Various stability criteria are considered and a new sufficient condition for the pointwise global stability is suggested. Simulation results for a single mass system and experimental results for a single link flexible joint mechanism are presented to confirm the analysis and to illustrate various aspects of stability conditions for controlled mechanical systems with ideal Coulomb friction. The results given in this paper can be useful for the design of mechanical systems free from the limit cycle. En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...]

State-Space Dynamic Performance Preview-Predictive Controller / Ordys, Andrzej W. in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 129 N° 2 (Mars 2007)

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