Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems (한국지능시스템학회논문지)

Korean Institute of Intelligent Systems (한국지능시스템학회)
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Fuzzy Control and Implementation of a 3-Dimensional Inverted Pendulum System

3차원 도립진자 시스템의 구현 및 퍼지 제어

  • 신호선 (삼성중공업 디지탈사업팀) ;
  • 추준욱 (재활공학연구소 인체공학팀) ;
  • 이승하 (경북대학교 전자전기컴퓨터학부) ;
  • 이연정 (경북대학교 전자전기컴퓨터학부)
  • Published : 2003.04.01
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Abstract

The fuzzy control and implementation of a new three-dimensional(3-D) inverted pendulum system are addressed. In comparison with conventional 1-D and 2-D systems, the 3-D inverted pendulum system is a proper benchmark system to simulate human's control action which includes the up and down motion to stabilize an inverted pendulum. To investigate the characteristics of the 3-D inverted pendulum system and to design of a fuzzy controller, we derive dynamic equations of the mechanism including a 3-axis cartesian robot and an inverted pendulum. We propose a design method of a fuzzy controller of the yaw and pitch angles of an inverted pendulum. In the design, the redundant degree-of-freedom(DOF) of the robot and the constrained workspace are taken into account. The performance of the proposed system is proved by experimental results using a developed PC-based Multi-Motion Control(MMC) board.

새로운 3차원 도립진자 시스템의 구현 및 퍼지제어에 관하여 논한다. 기존의 1차원 또는 2차원 도립진자 시스템과 달리, 3차원 도립진자 시스템은 상하 운동을 포함하는 인간의 도립진자 제어행위를 적절히 모사할 수 있는 새로운 시스템이다. 3차원 도립진자 시스템의 특성 분석과 퍼지제어기 설계를 위하여 3축 직교로봇과 도립진자를 포함하는 기구부의 동력학식을 유도한다. 로봇의 여유자유도와 제한된 작업영역을 고려하면서 도립진자의 요오(yaw) 및 피치(pitch)각을 제어하기 위한 퍼지제어기 설계 방법을 제안한다. 개발된 PC 기반의 다축제어보드를 이용한 실험 결과를 통하여 제안된 시스템의 성능을 검증한다.

Keywords

References

  1. Z. Lin, A. Saberi, M. Gutmann, and Y. A. Shamash, "Linear Controller for an Inverted Pendulum Having Restricted Travel: A High-and-Low Gain Approach," Proc. American Control Conf., Seattle, WA, pp. 2980-2984, 1995.
  2. Q. Wei, W. P. Dayawansa, and W. S. Levine, "Nonlinear Controller for an Inverted Pendulum Having Restricted Travel," Automatica, vol. 31, no. 6, pp. 841-850, 1995. https://doi.org/10.1016/0005-1098(94)00138-9
  3. K. Furuta, M. Yamakita, and S. Kobayashi, "Swing up Control of Inverted Pendulum," Proc. IECON '91 Int. Conf., on Industrial Electronics, Control and Instrumentation, vol. 3, pp. 2193-2198, 1991.
  4. B. Sprenger, L. Kucera, and S. Mourad, "Balancing of an Inverted Pendulum with a SCARA Robot," IEEE/ASME Trans. on Mechatronics, vol. 3, no. 2, pp. 91-97, 1998. https://doi.org/10.1109/3516.686676
  5. T. Hoshino, and K. Furuta, "Stabilization of 2-D Inverted Pendulum via Partial Exact Linearization," Proc. 2nd Asian Control Conf., Seoul, pp. 495-498, 1997.
  6. C. Y. Chung, J. W. Sang, S. M. Lee, and B. H. Lee, "Balancing of an Inverted Pendulum with a Redundant Direct-Drive Robot," Proc. 2000 IEEE Int. Conf., on Robotics & Automation San Francisco, CA, pp. 3952-3957, 2000.
  7. C. C. Lee, "Fuzzy Logic in Control Systems: Fuzzy Logic Controller-Part I and II," IEEE Trans. on Systems, Man, and Cybern., vol. 20, no. 2, pp. 404-435, 1990. https://doi.org/10.1109/21.52551
  8. H. Asada, and J. -J. E. Slotine, Robot Analysis And Control, John Wiley & Sons, A Wiley-Interscience, 1986.
  9. T. Shanley, and D. Anderson, ISA System Architecture, Mindshare Inc., Addison-Wesley, 1995.

Cited by

  1. A Derivation of the Equilibrium Point for a Controller of a Wheeled Inverted Pendulum Running on an Inclined Road vol.29, pp.1, 2012, https://doi.org/10.7736/KSPE.2012.29.1.072