'Flat phase' PID controllers

Flat Phase PID Controllers have the property that the phase of the transfer function round the associated feedback loop is constant or flat around the design frequency, with the aim that the phase margin and overshoot to a step response is unaffected when the gain of the device under control changes. Such designs have been achieved using Bode Integrals and by ensuring the phase is the same at two frequencies. This paper extends the ‘two frequency’ controller and describes a novel three frequency controller. The different design strategies arc compared.

Relationship between deadbeat and pole-placement discrete-time PID controllers

This paper considers PID control in terms of its implementation by means of an ARMA plant model. Two controller actions are considered, namely pole placement and deadbeat, both being applied via a PID structure for the adaptive real-time control of an industrial level system. As well as looking at two controller types separately, a comparison is made between the forms and it is shown how, under certain circumstances, the two forms can be seen to be identical. It is shown how the pole-placement PID form does not in fact realise an action which is equivalent to the deadbeat controller, when all closed-loop poles are chosen to be at the origin of the z-plane.

Automatic tuning of PID controllers using model reference adaptive control techniques

This paper discusses the application of model reference adaptive control concepts to the automatic tuning of PID controllers. The effectiveness of the proposed method is shown through simulated applications. The gradient approach and simulated examples are provided.

PID autotuning using neural networks and model reference adaptive control

This paper describes the application of artificial neural networks for automatic tuning of PID controllers using the Model Reference Adaptive Control approach. The effectiveness of the proposed method is shown through a simulated application.

Multiple PID mapping using neural networks in a MIMO steam generator system

A neural network was used to map three PID operating regions for a two-input two-output steam generator system. The network was used in stand alone feedforward operation to control the whole operating range of the process, after being trained from the PID controllers corresponding to each control region. The network inputs are the plant error signals, their integral, their derivative and a 4-error delay train.

Simplified PID self-tuning controller for robotic manipulators

The paper describes a self-tuning adaptive PID controller suitable for use in the control of robotic manipulators. The scheme employs a simple recursive estimator which reduces the computational effort to an acceptable level for many applications in robotics.

Decentralized PID self-tuning control of industrial robots

A three degrees of freedom industrial robot is controlled by applying PID self-tuning (PID/ST) controllers. This control is considered as a corrective term to a nominal value, centrally computed from an inaccurate and/ or simplified dynamic model. An identification scheme on an assumed linear plant describing the deviation from the desired trajectory is employed in order to tune the controller coefficients and thus accomplish a behaviour prescribed through a desired pole placement. A salient feature of our approach is the decentralized nature of the controllers producing the corrective term for each joint. This opens the way to practical implementation, as recent computing requirement calculations for similar set-ups have shown in the literature. Numerical results are presented.

A model-based PID controller for Hammerstein systems using B-spline neural networks

In this paper, a new model-based proportional–integral–derivative (PID) tuning and controller approach is introduced for Hammerstein systems that are identified on the basis of the observational input/output data. The nonlinear static function in the Hammerstein system is modelled using a B-spline neural network. The control signal is composed of a PID controller, together with a correction term. Both the parameters in the PID controller and the correction term are optimized on the basis of minimizing the multistep ahead prediction errors. In order to update the control signal, the multistep ahead predictions of the Hammerstein system based on B-spline neural networks and the associated Jacobian matrix are calculated using the de Boor algorithms, including both the functional and derivative recursions. Numerical examples are utilized to demonstrate the efficacy of the proposed approaches.

B-spline neural networks based PID controller for Hammerstein systems

A new PID tuning and controller approach is introduced for Hammerstein systems based on input/output data. A B-spline neural network is used to model the nonlinear static function in the Hammerstein system. The control signal is composed of a PID controller together with a correction term. In order to update the control signal, the multistep ahead predictions of the Hammerstein system based on the B-spline neural networks and the associated Jacobians matrix are calculated using the De Boor algorithms including both the functional and derivative recursions. A numerical example is utilized to demonstrate the efficacy of the proposed approaches.

Desenvolvimento e implementação de uma interface de comunicação para controlador robótico industrial

O presente trabalho trata do desenvolvimento de um sistema para comunicação bidirecional entre um robô ABB IRB 1400, originalmente desprovido de uma interface de comunicação de dados, e um microcomputador PC padrão. Para a implementação utilizou-se a porta paralela do PC e uma Placa E/S Digital para sinais discretos disponível no controlador do robô. Devido à diferença de caracterìsticas elétricas entre as interfaces utilizadas, foi necessáio projetar um dispositivo que permitisse o ajuste dos niveis de tensão entre os sinais. Osistema foi elaborado visando sua utilização por programas desenvolvidos pelos usuários em ambiente Windows, sendo disponibilizadas rotinas para envio e recebimento de dados através de um protocolo próprio. Na plataforma PC as rotinas estão encapsuladas em um arquivo compilado no formato DDL (Dynamic Link Library). No controlador do robô as rotinas foram criadas em linguagem ABB RAPID. O programa desenvolvido pelo usuário é responsável por todo o processamento das informações, que são então enviadas através do sistema de comunicação a um outro programa específico sendo executado no controlador do robô, o qual interpreta os dados e ativa as tarefas correspondentes. Os resultados obtidos foram satisfatórios, sendo a velocidade de transmissão limitada pela velocidade da Placa E/S do robô. Utilizando-se uma placa ABB DSQC 223, atingiram taxas de transmissão da ordem de 12,5 bytes/s para envio e 6,1 bytes/s para o recbimento de informaçãoes a partir do PC. O sistema demonstrou ser uma alternativa viável para o controle do robô através de um microcomputador PC, apresentando boa confiabilidade, baixo custo e faciliadade de implementação.

Compressão de imagem e vídeo com controlador ARM

Este trabalho foi desenvolvido num estágio na empresa ABS GmbH sucursal em Portugal, e teve como foco a compressão de imagem e vídeo com os padrões JPEG e H.264, respetivamente. Foi utilizada a plataforma LeopardBoard DM368, com um controlador ARM9. A análise do desempenho de compressão de ambos os padrões foi realizada através de programas em linguagem C, para execução no processador DM368. O programa para compressão de imagem recebe como parâmetros de entrada o nome e a resolução da imagem a comprimir, e comprime-a com 10 níveis de quantização diferentes. Os resultados mostram que é possível obter uma velocidade de compressão até 73 fps (frames per second) para a resolução 1280x720, e que imagens de boa qualidade podem ser obtidas com rácios de compressão até cerca de 22:1. No programa para compressão de vídeo, o codificador está configurado de acordo com as recomendações para as seguintes aplicações: videoconferência, videovigilância, armazenamento e broadcasting/streaming. As configurações em cada processo de codificação, o nome do ficheiro, o número de frames e a resolução do mesmo representam os parâmetros de entrada. Para a resolução 1280x720, foram obtidas velocidades de compressão até cerca de 68 fps, enquanto para a resolução 1920x1088 esse valor foi cerca de 30 fps. Foi ainda desenvolvida uma aplicação com capacidades para capturar imagens ou vídeos, aplicar processamento de imagem, compressão, armazenamento e transmissão para uma saída DVI (Digital Visual Interface). O processamento de imagem em software permite melhorar dinamicamente as imagens, e a taxa média de captura, compressão e armazenamento é cerca de 5 fps para a resolução 1280x720, adequando-se à captura de imagens individuais. Sem processamento em software, a taxa sobe para cerca de 23 fps para a resolução 1280x720, sendo cerca de 28 fps para a resolução 1280x1088, o que é favorável à captura de vídeo.

Estabilidade e robustez de um controlador adaptativo indireto por um modelo de referência e estrutura variável

In this thesis, it is developed the robustness and stability analysis of a variable structure model reference adaptive controller considering the presence of disturbances and unmodeled dynamics. The controller is applied to uncertain, monovariable, linear time-invariant plants with relative degree one, and its development is based on the indirect adaptive control. In the direct approach, well known in the literature, the switching laws are designed for the controller parameters. In the indirect one, they are designed for the plant parameters and, thus, the selection of the relays upper bounds becomes more intuitive, whereas they are related to physical parameters, which present uncertainties that can be known easier, such as resistances, capacitances, inertia moments and friction coefficients. Two versions for the controller algorithm with the stability analysis are presented. The global asymptotic stability with respect to a compact set is guaranteed for both cases. Simulation results under adverse operation conditions in order to verify the theoretical results and to show the performance and robustness of the proposed controller are showed. Moreover, for practical purposes, some simplifications on the original algorithm are developed