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dc.contributor.advisor Eun, Yong Soon -
dc.contributor.author Lee, Ju Seung -
dc.date.accessioned 2016-12-06T07:51:08Z -
dc.date.available 2015-07-19T07:51:08Z -
dc.date.issued 2015 -
dc.identifier.uri http://dgist.dcollection.net/jsp/common/DcLoOrgPer.jsp?sItemId=000002065732 -
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/20.500.11750/991 -
dc.description.abstract PI controller has been widely used in various industrial fields and played important role of eliminating the tracking error. In PI controlled system with saturation actuator, method called “Anti-windup” has been used for avoiding undesirable phenomenon such as performance degradation, instability, and windup [2-3]. In PI controlled systems with anti-windup, tracking loss due to measurement noise has been recently discovered, where measurement noise persistently triggers anti-windup mechanism in a certain operation range that result in non-zero steady state tracking error, which was called “Noise Induced Tracking Error (NITE)” [10]. Such a system was analyzed under both zero-mean Gaussian noise and quantification of the tracking loss is given in terms of system parameters and noise standard deviation.
In this work, we show that NITE could occur in all PI controlled systems if both anti-windup and measurement noise exist, regardless of anti-windups. We also extend the existing results to a case with uniformly distributed noise. Using stochastic averaging approach, we quantify the noise induced tracking error with respect to system parameters and noise characteristics, and shows that the phenomenon of tracking loss occurs with uniformly distributed noise as well. Conditions under which the tracking loss occurs are derived. The result is compared with that under zero mean Gaussian noise with the same level of standard deviation.
We suggest two solutions to prevent NITE. One method is using a virtual saturation. We explain how effective the virtual saturation to mitigate NITE. An analysis of internal stability based on linear matrix inequalities is conducted on the system with a virtual saturation. The other method is changing static P gain to dynamic P gain. Dynamic P gain plays the role of eliminating an effect of noise in the systems. The result shows that NITE does not occur due to the two solutions. We also show the differences between two solutions. ⓒ 2015 DGIST
en_US
dc.description.tableofcontents I. INTRODUCTION 1 --
1.1 Motivation 1 --
1.2 Purpose 1 --
1.3 Outline 2 --
II. Problem statement 3 --
2.1 Anti-windups 3 --
2.2 Gaussian noise and uniformly distributed noise 5 --
III. Analysis 8 --
3.1 Transforming the system using stochastic averaging theory 8 --
3.1.1 Case I : Gaussian noise 9 --
3.1.2 Case II : uniform noise 10 --
3.2 Quantifying NITE 12 --
3.3 Examples 13 --
IV. Solutions 18 --
4.1 Virtual saturation 18 --
4.1.1 Virtual saturation limit 22 --
4.1.2 Stability base on LMI 24 --
4.2 Dynamic P gain 27 --
4.3 Result 31 --
V. Application 35 --
5.1 Electro-active polymer 35 --
5.2 Applying the solutions in the system 37 --
VI. Conclusion 41 --
VII. Appendix I 42 --
VIII. Appendix II 46 --
IX. Appendix III 49 --
X. Appendix IV 53 --
XI. Appendix V 56
-
dc.format.extent 60 -
dc.language.iso en en_US
dc.subject Measurement noise en_US
dc.subject Anti-windup en_US
dc.subject PI control en_US
dc.subject Noise induced tracking error -
dc.subject Saturating actuator -
dc.subject Noise induced tracking error -
dc.subject 포화 동작기 -
dc.subject 측정 노이즈 -
dc.subject PI 제어 -
dc.title Study of Noise-Induced Tracking Error Phenomenon in Systems with Anti-windups en_US
dc.title.alternative 일반적인 구조의 Anti-windup 기법이 적용된 PI 제어시스템에서의 노이즈에 의한 추종 오차 현상 분석 -
dc.type Thesis en_US
dc.identifier.doi 10.22677/thesis.2065732 -
dc.description.alternativeAbstract PI 제어기는 다양한 산업 분야에서 폭넓게 활용되고 있고 추종 오차를 제거하는데 중요한 역할을 한다. 포화 동작기를 가진 PI 제어시스템에서는 시스템의 성능을 저하시키는 Windup 이란 현상이 발생하는데 이를 막기 위해 Anti-windup 이라고 불리는 기법이 적용된다. Anti-windup 기법이 적용된 PI 제어시스템에서 최근에 가우시안 분포 특성을 가진 측정노이즈로 인한 추종 오차가 발생하는 것을 확인하였는데 그 원인은 측정 노이즈가 지속적으로 Antiwindup 동작을 일으키기 때문이다. 이런 현상을 Noise-Induced Tracking Error 즉, NITE 라고 명명 하였다 [10]. 이 현상이 발견된 시스템에 적용된 Anti-windup 기법은 back-calculation 이라고 불리는 기법으로서 일반적인 Anti-windup 구조 중에 하나이다. 본 연구에서는 NITE 현상이 back-calculation 기법이 적용된 시스템에서 나타나는 것뿐만 아니라, 일반적인 모든 Anti-windup 구조에서도 나타날 수 있음을 보여주었다. 우리는 일반적인 구조의 Anti-windup 기법이 적용된 PI 제어시스템에서 발생하는 NITE 현상을 분석하기 위해, 확률적 평균 이론을 적용하여 NITE 를 시스템의 매개변수와 노이즈의 특성에 대한 식으로 정량화하였다. 또한, NITE 현상은 노이즈의 분포 특성에 관계없이 나타나는데 이를 가우시안 분포 특성을 가진 노이즈인 경우와 균등 분포 특성을 가진 노이즈인 경우를 서로 비교를
수행하였다.
NITE 를 효과적으로 피할 수 있는 두 가지 방법에 대해서 언급을 하였다. 실제 포화 동작기의 입력신호로서 가상의 포화기를 적용하는 방법이다. 포화 작동기와 가상의 포화기가 포함된 이런 시스템은 비선형특성을 가지므로 리아푸노프 이론을 적용하여 선형 행렬 부등식의 형태로 나타내었고 이를 활용하여 내부 안정도를 판별할 수 있다. NITE 를 줄이는 또 한가지 방법은 해석 PI 제어기의 비례적분기의 이득을 dynamic 의 형태로 바꾸는 것이다. 언급된 두 가지 방법을 통해 실제로 NITE 가 줄어드는 것을 보여주었다. ⓒ 2015 DGIST
-
dc.description.degree Master -
dc.contributor.department Information and Communication Engineering -
dc.contributor.coadvisor Kim, Jong Hyun -
dc.date.awarded 2015. 8 -
dc.publisher.location Daegu -
dc.description.database dCollection -
dc.contributor.alternativeDepartment 대학원 정보통신융합공학전공 -
dc.contributor.affiliatedAuthor Lee, Ju Seung -
dc.contributor.affiliatedAuthor Eun, Yong Soon -
dc.contributor.affiliatedAuthor Kim, Jong Hyun -
dc.contributor.alternativeName 이주승 -
dc.contributor.alternativeName 은용순 -
dc.contributor.alternativeName 김종현 -
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Department of Electrical Engineering and Computer Science Theses Master

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