On disturbance rejection control for inertial stabilization of long-distance laser positioning with movable platform

Abstract

<jats:p> This paper focuses on the disturbance rejection control problem for inertial stabilization of long-distance laser positioning with the movable platform. Due to various disturbances of the movable platform, the positioning system has significant disturbances that affect the positioning accuracy. Moreover, the nonminimum-phase property of the inertial stabilization system leads to great challenges for designing traditional disturbance-observer-based as well as rejection control methods. In this paper, a dual-compensator disturbance-observer-based control algorithm is proposed to ensure a much stronger rejection of disturbances than those of conventional methods. In particular, it is proven that the two compensators in the proposed method effectively estimate disturbances in different frequency regions. Furthermore, the analytical tuning laws for the proposed dual-compensator disturbance-observer-based control method are presented. The experimental setup including the laser positioning platform demonstrated the validity of the proposed method, which effectively rejected various disturbances. </jats:p>

Development of Sliding Mode Controller Based on Internal Model Controller for Higher Precision Electro-Optical Tracking System

“…Next, the performance difference between the SMC based on the DOB and the SMC based on IMC was verified by comparative simulation. To show the superiority of the proposed algorithm, three different DOBs were designed and are presented in this subsection; they were: the conventional DOB (CDOB) [43], the dual-compensator DOB (DCDOB) [44] and the novel sliding mode DOB (NSMDOB) [7]. To ensure the relative fairness of the comparison, the SMC with the same parameters was invoked as the closed-loop controller.…”

Sistema de control de posición mediante rechazo activo de perturbaciones para sistemas ópticos láser

“…Los sistemas de control para el posicionamiento y estabilización de haz láser LBS (por sus siglas en inglés, Laser Beam Stabilization) son usados en diferentes sistemas tecnológicos en donde una gran precisión y robustez es requerida. Algunos ejemplos de estas aplicaciones son los cortadores láser en diferentes sistemas de manufactura, la cirugía robótica, comunicaciones ópticas, aplicaciones de astronomía, el escaneo de códigos de barras, entre otros (Quanser, 2010;Martinez et al, 2009;Alizadegan et al, 2018;Deng et al, 2020). Las técnicas de control para el posicionamiento del haz láser son la clave en muchos de los sistemas de óptica adaptable.…”

“…El problema de control para el posicionamiento y direccionamiento del haz láser, consiste en lograr la regulación de la posición del haz o el seguimiento de una trayectoria, lo cual es establecido por el usuario. Sin embargo, la exactitud del posicionamiento del haz láser es afectado por perturbaciones externas, con componentes de media y baja frecuencia, provocadas principalmente por el movimiento o las vibraciones presentes en la plataforma donde se instala (Kim et al, 2004;Deng et al, 2020). En los sistemas optomecatrónicos, como el utilizado en la presente investigación, se utiliza un espejo activo con el objetivo de lograr el rechazo a las perturbaciones y posicionar de manera precisa el haz láser en la posición deseada, ver Figura 1.…”

“…En ese sentido, el esquema de control por rechazo activo de perturbaciones ADRC (de sus siglas en inglés, Active Disturbance Rejection Control) introducido por (Han, 2009) es muy atractivo, ya que se basa en la capacidad de estimar en línea, vía un observador de estado extendido ESO (por sus siglas en inglés, Extended State Observer), la parte de la dinámica desconocida del sistema a controlar, así como todos los efectos externos adversos, para posteriormente cancelarlos mediante una apropiada ley de control, (Sira-Ramírez et al, 2015. La metodología ADRC ha sido utilizada ampliamente en varias áreas tales como el diseño de convertidores CC en (Sira-Ramírez et al, 2016), generación eléctrica a base de fuentes energías renovables, (Hernandez-Méndez et al, 2017), robótica de asistencia (Guerrero-Castellanos et al, 2018), control de bioprocesos (Carreno-Zagarra et al, 2019) y recientemente en sistemas LBS (Deng et al, 2020) donde el diseño es abordado en el domino de la frecuencia.…”

Novel Strategies to design Controllers and State Predictors based on Disturbance Observers

“…1.1 Introduction: robust control of uncertain systems Furthermore, if the search is focused on specic application areas, it is found that robust controllers specically DOBCs, ADRCs and sliding mode controllers are being applied in: motion control (Umeno et al 1991;Choi et al 1999;Sariyildiz et al 2015), power electronics (Yokoyama et al 1994;Jain et al 2020), fault diagnosis (Wang et al 1996;Han et al 2018;Bernardi et al 2020), automobiles (Bünte et al 2002;Kadowaki et al 2002;Fujimoto et al 2004), underwater vehicles (Peng et al 2017), networks (Natori et al 2008), missile seekers (Sadhu et al 2010), spacecrafts (Liu et al 2018), UAVs (Castillo et al 2019a), surgery/rehabilitation robots (Ugurlu et al 2014), long-distance laser positioning (Deng et al 2020) and magnetic levitation (Yang et al 2011); among many others.…”