Robot torque and position control using an electrorheological actuator

Author(s):  
D J Brookfield ◽  
Z B Dlodlo

An electrorheological (ER) clutch driven from a constant speed motor provides a steady torque independent of shaft angle and can be controlled by control of the applied field. Such an actuator avoids the ‘cogging’ variation in torque observed in d.c. servo-motors and is thus well suited to robot control applications, particularly in view of the very rapid time response of ER clutches (≍ 10−3 s). However, the relationship between applied field and torque is difficult to model, being both non-linear and time varying. Whereas the non-linearity can be shown to be relatively small, the time-varying characteristic has remained a problem. In most controlled plants, a non-linear or time-varying characteristic can be mitigated by providing a closed control loop around the plant. A PID (proportional plus integral plus derivative)-based torque controller was developed and tested. This was shown to be stable with at least critical damping and to exhibit low steady state error. Design of the controller was facilitated by the identification of the open-loop transfer function of the ER actuator. The ER actuator with torque feedback was used to position a small robot link. A second PID control loop responding to the error in the link position and tuned using the standard Ziegler and Nichols method was designed and tested. A steady state error of less than 0.75 mm was achieved with a 2 per cent settling time of 2.0 s. Finally, the link position was controlled using a single-loop controller with no torque feedback and a similar steady state error achieved with a 2 per cent settling time of 1.4 s. It is argued that the ER torque actuator is ideally suited to the actuation of robot joints where precise smooth movement is required.

Author(s):  
A Khaimuldin ◽  
T Mukatayev ◽  
N. Assanova ◽  
N. Khaimuldin

This paper report contains an explanation of how to design a digital controller using the Laplace Transform to z-Transform conversion method. The objectives are that the controlled system should track step input with a reasonably small steady-state error and a settling time faster than the open-loop settling time. Furthermore, it should do so with the minimum overshoot that is reasonably possible. The main contribution is to establish the feasibility and ease of the systematic design procedure and future work will focus in more detail on applying the Sampling Theorem and deadbeat controller. There are several objectives that the controlled system should reach: 1. Track step input with a reasonably small steady-state error and a settling time which should be faster than the open-loop settling time. 2. Gain a small overshoot that is sufficiently possible. 3. Have a systematic design procedure. A method for finding the parameters of the deadbeat controller in the MatLab environment is presented. Based on the results obtained the simulation reveals that even when the control grows by one-step, the settling time of the system response could be less than that of the deadbeat controller. The work shows that deadbeat could be a powerful analysis tool since it is possible to grab the entire dynamic easily using several samples.


2018 ◽  
Vol 17 (01) ◽  
pp. 37-48
Author(s):  
Perwita Kurniawan ◽  
Adi Nugroho

Sistem kendali nominal characteristic trajectory following (NCTF) adalah sebuah sistem kendali yang terdiri dari dua buah sub sistem, yaitu nominal characteristic trajectory (NCT) dan kompensator. Pembuatan pengendali berdasarkan pada eksperimen open-loop sederhana sehingga sistem kendali NCTF sangat praktis untuk digunakaan. Arduino Uno digunakan sebagai pengendali sistem putar eksentris satu massa horisontal. Perintah ke Arduino Uno diberikan oleh perangkat lunak MATLAB®, selanjutnya Arduino Uno akan menggerakkan motor dan membaca encoder. Performa sistem diukur dengan melakukan pengujian menggunakan variasi pembebanan dan variasi gerakan continous. Variasi pembebanan yang diberikan diantaranya 0, 0.066, dan 0.156Kg. Sedangkan variasi gerakan continous yang diberikan berupa gerakan bolak-balik satu kali dan gerakan bolak-balik yang berulang. Informasi yang dianalisa berupa nilai steady state error, settling time, dan overshoot, yang digunakan untuk menentukan performa sistem yang telah dibuat. Hasil penelitian menunjukkan bahwa sistem Kendali NCTF berbasis Arduino Uno pada Gerak Putar Eksentris Continous Satu Massa Horisontal, mampu menunjukkan performa yang cukup baik. Keakuratan penunjukan posisi dapat dilihat dari kecilnya rata-rata error. Nilai rata-rata error yang terjadi sebesar 3.85 derajat. Kecepatan respon yang baik dapat dilihat dari kemampuan sistem untuk menyesuaikan perintah posisi secara visual dari grafik gerakan yang dihasilkan saja. Hal ini terjadi karena nilai settling time dan overshoot tidak bisa terukur, akibat dari perintah gerak continous yang selalu berubah tiap sampling time 0,01 detik. Sistem mampu robust untuk mengatasi faktor pengganggu dari luar seperti grafitasi, gesekan, inersia, dan beban untuk mekanisme putar eksentris  satu massa horisontal.


Author(s):  
W Q Yang

The new electrostatic suspension system (ESS) presented here is applicable to electrostatically suspended gyroscopes (ESG). The electrical disturbing torque (EDT) acting on the gyro rotor is reduced to much lower levels than possible with the conventional methods, thereby increasing the attainable accuracy of the instrument. This is achieved by eliminating the conventional pre-load voltage and instead applying only control voltages via an analogue non-linear pre-compensator to achieve linear position control system operation despite the square law relating the suspension force to the applied voltage. The transient and steady state performance of the complete system, with changes in position reference and external disturbing forces, are examined with the aid of computer simulations.


Author(s):  
I Putu Sutawinaya ◽  
◽  
Anak Agung Ngurah Made Narottama ◽  

Motor induksi adalah merupakan motor listrik arus bolak balik (AC) yang umum digunakan pada industri-industri karena memiliki beberapa keuntungan, diantaranya relatif murah, kokoh serta handal. Namun kelemahan motor induksi saat terjadi perubahan torsi beban secara mendadak, maka akan terjadi penurunan kinerja (performansi) motor. Hal tersebut akan berpengaruh terhadap kestabilan putaran motor, di mana overshoot maupun undershoot relatif tinggi serta risetime relatif lambat. Untuk mengantispasi hal tersebut dibutuhkan sistem kontrol kecepatan motor induksi yang tentunya dapat meningkatkan kinerja motor induksi tersebut. Dalam penelitian ini dilakukan pengujian terhadap sistem kontrol kecepatan motor induksi menggunakan teknologi Fuzzy Logic Controller (FLC) melalui simulasi perangkat lunak Matlab. Dilakukan pengujian terhadap perubahan kinerja motor induksi melalui pemberian torsi beban serta setpoint yang berubah-ubah. Adapun hasil simulasi menunjukan bahwa performansi motor induksi, seperti undershoot, overshoot dan steady state error relatif kecil serta peak time, risetime dan settling time relatif cepat. Sistem yang dirancang mampu menurunkan arus start rata-rata sekitar 72,7% dan torsi awal rata-rata sekitar 81,8% terhadap kondisi idealnya.


Author(s):  
Faisal Fajri Rahani ◽  
Dinan Yulianto

Quadrotor adalah salah satu jenis Unmanned Aerial Vehicle (UAV) atau wahana terbang tanpa awak yang dapat terbang dengan kendali jarak jauh maupun menggunakan kendali otomatis. Dalam melakukan misinya, quadrotor memerlukan sistem kendali yang baik. Salah satu sistem kendali dalam sistem quadrotor adalah sistem kendali ketinggian. Kendali ketinggian akan mengendalikan quadrotor seusai ketinggian yang diinginkan walaupun terdapat gangguan dan beban quadrotor itu sendiri. Metode kendali yang banyak digunakan adalah kendali PID. Kendali PID menghasilkan respons yang kurang baik karena konstanta PID yang bersifat tetap, sedangkan gangguan saat quadrotor terbang akan berubah-ubah. Oleh karena itu, makalah ini menawarkan kendali yang dapat menyesuaikan diri saat terkena gangguan tertentu. Metode yang ditawarkan adalah kendali PID dengan Jaringan Saraf Tiruan (JST). Sistem JST akan menala komponen PID secara real-time sesuai gangguan yang terjadi. Penggunaan PID dengan JST menghasilkan respons rise time lebih cepat 0,0594 detik, overshoot turun 7,58%, steady state error turun ±0,0672, dan settling time turun 1,031 detik dibandingkan dengan PID konvensional. Hal ini menunjukkan bahwa PID dengan JST menghasilkan respons kendali yang lebih baik dibandingkan dengan PID saja.


2017 ◽  
Vol 3 (3) ◽  
pp. 134
Author(s):  
Anwar Mujadin ◽  
Dwi Astharini

<p><em>Abstrak – </em><strong>Ball on plate adalah sistem pengendalian cerdas untuk mengarahkan bola  yang ada diatas plate sesuai dengan pola gerakan yang diinginkan tanpa menjatuhkan bola. Ball on plate ini digerakan oleh dua buah motor servo sebagai aktuator (keluaran) untuk menentukan posisi bola. Sedangkan kamera ditempatkan diatas plate sebagai sensor (masukan). Image yang ditangkap oleh kamera kemudian diolah oleh labview menjadi pixel posisi X dan Y. Kerjasama antar mikrokontroler Arduino Uno  dan Labview membentuk sebuah pengendalaian close loop system. Pada tulisan ini akan dibahas parameter penting dalam menganalisa  rise time, overshoot, settling time dan steady state error pada pengendalian sistem ball on plate menggunakan PID.</strong></p><p><strong><br /></strong></p><p><strong><em>Kata kunci </em></strong><em>- Arduino Uno R3 Ball on plate Controller,</em></p><p><em> </em></p><p><em>Abstract –</em> <strong>Ball on the plate is an intelligent control system to steer the ball over the plate that is in accordance with the desired pattern of movement without dropping the ball. Ball on plate is controlled  by two servo motors as actuators (output) to determine the position of the ball. While the camera is placed on the plate as a sensor (input). Image captured by the camera and processed by labview to pixel positions X and Y. The cooperation among the microcontroller Arduino Uno and Labview configurate a close loop system. In this paper will discuss important parameter in analyzing the rise time, overshoot, settling time and steady state error in the control system using PID ball on the plate.</strong></p><p><strong><br /></strong></p><strong><em>Keywords</em></strong><em> – Arduino Uno R3 Ball on plate Controller </em>


1990 ◽  
Vol 112 (3) ◽  
pp. 403-409 ◽  
Author(s):  
J. Watton

A digital compensator using a forward algorithm, F(z−1), and a feedback algorithm, H(z−1), is developed for an electrohydraulic position control system incorporating an underlapped servovalve and a single-rod cylinder. The main problems encountered with designing such a closed-loop system are discussed, and it is shown how the filter coefficients may be easily determined for a particular class of open-loop transfer function. An excellent comparison between theory and experiment is obtained and it is deduced that one coefficient only need be changed in the forward algorithm for such gain-change dominant systems.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document