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A Convex Approach Solving Simultaneous Mechanical Structure and Control System Design Problems with Multiple Closed Loop Performance Specifications / Ke, Fu. in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 127, N° 1 (Mars 2005)

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 127, N° 1 (Mars 2005) . - 57-68 p. Titre : A Convex Approach Solving Simultaneous Mechanical Structure and Control System Design Problems with Multiple Closed Loop Performance Specifications Titre original : Une Approche Convexe Résolvant des Problèmes Mécaniques Simultanés de tructure et de conception de Système de Commande avec des Caractéristiques Multiples d'Exécution de Boucle Bloquée Type de document : texte imprimé Auteurs : Ke, Fu., Auteur ; Mills, James K., Auteur Article en page(s) : 57-68 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Simultaneous  design  Integrated  design  Integrated  system  design  Convex  approach  Mechanical  structure  Control  design  Multiple  closed  loop  performance  Specifications  Conception  simultanée  Conception  intégrée  Conception  intégrée  de  système  Approche  convexe  Conception  mécanique  de  commande  de  structure  Exécution  multiple  de  boucle  bloquée Index. décimale : 620.1/389 Résumé : In this paper, a new integrated design method, refered to as the extended multiplesimultaneous specification (EMSS) method, is proposed to solve simultaneous mechanical structure and control system design problms in which a set of n multiple closed loop performance specifications must be simultaneously satisfied. To utilize this approache, all closed loop performance specifications considered must have the property that they are convex with respect to the closed loop system transfert matrix. With the proposed approach, a simply implemented two-stage design approach is used to determine a set of open loop mechanical system design parameters and a closed loop controller which simultaneously satisfies a set of n closed loop performance specifications. In the first stage, for each closed loop performance specifications, one "sample system", i.e., the closed loop system with one set of mechanical design parameters with a closed loop controller chosen from the set of all linear controllers, is determined by trial and error, such that the specification is satisfied. In the second stage, the transfert matrix of the final system, which satisfies all n performance specifications, is determined through the convex combination of the transfert matrices of n sample systems. A linear programming problem is solved to give the combination vectorfor this convex combination. With the closed loop transfert matrix given, the mechanical design parameters, the closed loop controller structureand its gains, are solved algebraically. In this paper, we establish conditions for the existence of a solution to this integrated design problem as well as prove that the EMSS approach retains the stability properties of the sample system. Experimental result of the EMSS method, carried out on a linear positioning system are given, verifying the effectiveness of the proposed method. We note that the proposed EMSS method mork well when the number of design parameters to be determined is small. Further, the proposed EMSS method also has some utility as a controller design method, to determine a closed loop controller that satisfies a set of n multiple close loop performance specifications, given a fixed mechanical system structure. En cet article, une nouvelle méthode de conception intégrée, refered à comme méthode multiplesimultaneous prolongée des spécifications (EMSS), est proposée de résoudre les problms mécaniques simultanés de structure et de conception de système de commande dans lesquels un ensemble de caractéristiques multiples d'exécution de boucle bloquée de n doit être simultanément satisfait. Pour utiliser cet approache, toutes les caractéristiques d'exécution de boucle bloquée considérées doivent avoir la propriété qu'elles sont convexes en ce qui concerne la matrice de transfert de système de boucle bloquée. Avec l'approche proposée, une approche de conception à deux étages simplement mise en application est employée pour déterminer un ensemble de paramètres de conception mécaniques de système de boucle ouverte et d'un contrôleur de boucle bloquée qui satisfait simultanément un ensemble de caractéristiques d'exécution de boucle bloquée de n. Dans la première étape, avec des caractéristiques de chaque exécution de boucle bloquée, on "système témoin", c.-à-d., le système de boucle bloquée avec un ensemble de paramètres de conception mécaniques avec un contrôleur de boucle bloquée choisi à partir de l'ensemble de tous les contrôleurs linéaires, est déterminé par épreuve et erreur, telle que les spécifications sont satisfaites. Dans la deuxième étape, la matrice de transfert du système final, qui satisfait toutes les caractéristiques d'exécution de n, est déterminée par la combinaison convexe des matrices de transfert des systèmes témoin de n. Un problème de programmation linéaire est résolu pour donner au vectorfor de combinaison cette combinaison convexe. La matrice de transfert de boucle bloquée étant donné, les paramètres de conception mécaniques, le structureand de contrôleur de boucle bloquée ses gains, sont résolus algébriquement. En cet article, nous établissons des conditions pour l'existence d'une solution à ce problème intégré de conception aussi bien que montrons que l'approche d'EMSS maintient les propriétés de stabilité du système témoin. Le résultat expérimental de la méthode d'EMSS, effectué sur un système de positionnement linéaire sont donnés, vérifiant l'efficacité de la méthode proposée. Nous notons que le puits proposé de mork de méthode d'EMSS quand le nombre de paramètres de conception à déterminer est petit. De plus, la méthode proposée d'EMSS a également une certaine utilité comme méthode de conception de contrôleur, pour déterminer un contrôleur de boucle bloquée qui satisfait un ensemble de caractéristiques d'exécution de boucle de fin de multiple de n, donné une structure mécanique fixe de système. [article] A Convex Approach Solving Simultaneous Mechanical Structure and Control System Design Problems with Multiple Closed Loop Performance Specifications = Une Approche Convexe Résolvant des Problèmes Mécaniques Simultanés de tructure et de conception de Système de Commande avec des Caractéristiques Multiples d'Exécution de Boucle Bloquée [texte imprimé] / Ke, Fu., Auteur ; Mills, James K., Auteur . - 57-68 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 127, N° 1 (Mars 2005) . - 57-68 p. Mots-clés : Simultaneous  design  Integrated  design  Integrated  system  design  Convex  approach  Mechanical  structure  Control  design  Multiple  closed  loop  performance  Specifications  Conception  simultanée  Conception  intégrée  Conception  intégrée  de  système  Approche  convexe  Conception  mécanique  de  commande  de  structure  Exécution  multiple  de  boucle  bloquée Index. décimale : 620.1/389 Résumé : In this paper, a new integrated design method, refered to as the extended multiplesimultaneous specification (EMSS) method, is proposed to solve simultaneous mechanical structure and control system design problms in which a set of n multiple closed loop performance specifications must be simultaneously satisfied. To utilize this approache, all closed loop performance specifications considered must have the property that they are convex with respect to the closed loop system transfert matrix. With the proposed approach, a simply implemented two-stage design approach is used to determine a set of open loop mechanical system design parameters and a closed loop controller which simultaneously satisfies a set of n closed loop performance specifications. In the first stage, for each closed loop performance specifications, one "sample system", i.e., the closed loop system with one set of mechanical design parameters with a closed loop controller chosen from the set of all linear controllers, is determined by trial and error, such that the specification is satisfied. In the second stage, the transfert matrix of the final system, which satisfies all n performance specifications, is determined through the convex combination of the transfert matrices of n sample systems. A linear programming problem is solved to give the combination vectorfor this convex combination. With the closed loop transfert matrix given, the mechanical design parameters, the closed loop controller structureand its gains, are solved algebraically. In this paper, we establish conditions for the existence of a solution to this integrated design problem as well as prove that the EMSS approach retains the stability properties of the sample system. Experimental result of the EMSS method, carried out on a linear positioning system are given, verifying the effectiveness of the proposed method. We note that the proposed EMSS method mork well when the number of design parameters to be determined is small. Further, the proposed EMSS method also has some utility as a controller design method, to determine a closed loop controller that satisfies a set of n multiple close loop performance specifications, given a fixed mechanical system structure. En cet article, une nouvelle méthode de conception intégrée, refered à comme méthode multiplesimultaneous prolongée des spécifications (EMSS), est proposée de résoudre les problms mécaniques simultanés de structure et de conception de système de commande dans lesquels un ensemble de caractéristiques multiples d'exécution de boucle bloquée de n doit être simultanément satisfait. Pour utiliser cet approache, toutes les caractéristiques d'exécution de boucle bloquée considérées doivent avoir la propriété qu'elles sont convexes en ce qui concerne la matrice de transfert de système de boucle bloquée. Avec l'approche proposée, une approche de conception à deux étages simplement mise en application est employée pour déterminer un ensemble de paramètres de conception mécaniques de système de boucle ouverte et d'un contrôleur de boucle bloquée qui satisfait simultanément un ensemble de caractéristiques d'exécution de boucle bloquée de n. Dans la première étape, avec des caractéristiques de chaque exécution de boucle bloquée, on "système témoin", c.-à-d., le système de boucle bloquée avec un ensemble de paramètres de conception mécaniques avec un contrôleur de boucle bloquée choisi à partir de l'ensemble de tous les contrôleurs linéaires, est déterminé par épreuve et erreur, telle que les spécifications sont satisfaites. Dans la deuxième étape, la matrice de transfert du système final, qui satisfait toutes les caractéristiques d'exécution de n, est déterminée par la combinaison convexe des matrices de transfert des systèmes témoin de n. Un problème de programmation linéaire est résolu pour donner au vectorfor de combinaison cette combinaison convexe. La matrice de transfert de boucle bloquée étant donné, les paramètres de conception mécaniques, le structureand de contrôleur de boucle bloquée ses gains, sont résolus algébriquement. En cet article, nous établissons des conditions pour l'existence d'une solution à ce problème intégré de conception aussi bien que montrons que l'approche d'EMSS maintient les propriétés de stabilité du système témoin. Le résultat expérimental de la méthode d'EMSS, effectué sur un système de positionnement linéaire sont donnés, vérifiant l'efficacité de la méthode proposée. Nous notons que le puits proposé de mork de méthode d'EMSS quand le nombre de paramètres de conception à déterminer est petit. De plus, la méthode proposée d'EMSS a également une certaine utilité comme méthode de conception de contrôleur, pour déterminer un contrôleur de boucle bloquée qui satisfait un ensemble de caractéristiques d'exécution de boucle de fin de multiple de n, donné une structure mécanique fixe de système.