I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv e  Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   2 ,  J u n e  2 0 1 8 ,   p p .   648 ~ 6 5 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v9 . i 2 . pp 6 4 8 - 659          648       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   The Eff ect  o f  Par a m et ers Varia tio n on Bi la teral Co ntroller       Sa ri  Abdo   Ali 1 ,   M uh a m m a d  F a h m i M is k o n 2 ,   Ah m a d  Z a ki H j   Sh u k o r 3 ,   M a r wa n Q a id M ho a m m e d 4     Ce n ter o f   Ex c e ll e n c e   in   Ro b o ti c   a n d   A u to m a ti o n ,   U n iv e rsiti   T e k n ik a l  M a lay sia   M e lak a ,  M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   5 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Ma r   2 1 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A p r   5 ,   2 0 1 8     T h is  p a p e r  a n a l y z e s th e   e ff e c ts  o f  th e   b il a tera l  c o n tro l  p a ra m e ters   v a riatio n   o n   th e   sta b il it y ,   th e   tran sp a re n c y   a n d   th e   a c c u ra c y ,   a n d   o n   th e   o p e ra t io n a l  f o rc e   th a t  is  a p p li e d   t o   DC  m o to r  a n d   th e   m a ste r  s y ste m .   T h e   b il a tera l  c o n tr o ll e r  is   d e sig n e d   f o r  re h a b il it a ti o n   p ro c e ss .   P D  c o n tro ll e r  is  u se d   to   c o n tr o l  t h e   p o siti o n   trac k in g   a n d   a   f o rc e   g a in   c o n tro ll e r  is  u se d   to   c o n tr o l   th e   m o to r  to rq u e .   DO B  e li m in a te  th e   in ter n a l  d istu r b a n c e   a n d   RT OB  to   e stim a te  th e   jo in t   to rq u e   w it h o u t   u si n g   se n so r s.  T h e   s y ste m   c o n si sts  o f   tw o   m a n ip u lato rs,   e a c h   m a n ip u lato r  h a s  1 d o f ,   m a st e r  a n d   sla v e   tele o p e ra ti o n   sy ste m ,   4   c o n tr o l - a rc h it e c tu re   c h a n n e l,   DO B  a n d   re a c ti o n   f o rc e   o b se rv e r.   T h e   m a ste r   s y ste m   is   a tt a c h e d   to   h u m a n   o b e ra to r.   T h e   sla v e   s y ste m   is  a tt a c h e d   to   e x t e rn a l  lo a d .   T h e   a i m   in   th is  p a p e r  is  to   d e sig n   th e   c o n tr o ll e r  so   th a t  it   re q u ires   les s  f o rc e   to   m o v e   th e   m a ste r  m a n ip u lat o r  a n d   a t  th e   sa m e   ti m e   a c h ie v e   h ig h   p e rf o r m a n c e   in   p o siti o n   trac k in g .   K ey w o r d :   DC   m o to r   B ilater al  teleo p er atio n   DOB /R T OB   Hap tic  co n tr o l   Hap tics   Co p y rig h t  ©   2 0 1 8   In stit u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .     Al l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sar i A b d o   A l i,    C en ter   o f   E x ce lle n ce   in   R o b o tic  an d   Au to m atio n   Fak u lti Ke j u r u ter aa n   E le k tr ik   Un i v er s iti T ek n ik al  Ma la y s ia  Me lak a. ,   Han g   T u ah   J a y a,   7 6 1 0 0   Du r ian   T u n g g al,   Me la k a,   Ma la y s ia.   E m ail:  s ar y _ ad @ y ah o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N     Hap tic  s y s te m s   h av e   b ee n   d ev elo p ed   in   th e   last   d ec ad e  to   estab lis h   m o tio n   co n tr o l  w it h   h i g h   p er f o r m a n ce .   Hap tic   m o tio n   c o n tr o l s y s te m s   ar e  w id el y   u s e d   in   teleo p er atio n   w h er e  h u m a n   m ac h in e  in ter f ac e   is   p er f o r m ed   w i th   th e   en v ir o n m e n t.  Hu m a n   m ac h in e   in ter ac tio n   e n ab les  p eo p le  to   d o   task s   i n   h az ar d o u s   en v ir o n m e n t s   s u c h   as  n u clea r   p lan ts ,   an d   u n d er   w ater   w ith o u t  b ee n   ex p o s ed   to   d an g er .   T e leo p er atio n   s y s te m s   ar e  class if ied   to   u n ilater al,   b il ater al  an d   m u ltil ater al [ 1 ] .   T h e   f o cu s   i s   o n   b ilater al  teleo p er atio n   b ec au s e  it  h as   t w o   w a y s   d ata  co m m u n icat io n ,   f r o m   t h e  p er s o n   to   m ac h in e   t o   th e  e n v ir o n m en t,  t h en   f ee d b ac k   t h e  r e s p o n s e  to   th e  p er s o n .   I t  is   e x p ec ted   to   p la y   i m p o r tan t  r o le  f o r   th e  u p co m i n g   g e n er atio n   o f   r o b o tic  d ev ices.  T h e  b ilater al  s y s te m   e n ab les  t h e  u s er   to   f ee l  th e   r ea ctio n   f r o m   t h e  e n v ir o n m e n t.  T h er e  ar e  c h alle n g es  a f f ec t  t h e  d esi g n   o f   th e  h ap tic  b ilater al  co n tr o ller   an d   th e  p er f o r m an ce   s u c h   as  tr an s p ar en c y ,   t h e  s tab ilit y ,   th e  o p er atio n alit y   an d   p r o d u cib ilit y [ 2 ] .   C o n tr o lli n g   a  m o to r   m o t io n   u s u all y   is   d o n e  b y   co n tr o lli n g   t h e  s p ee d   o r   b y   co n tr o lli n g   t h e   p o s itio n .   T h e  ty p e  o f   co n tr o ller   d ep en d s   o n   t h e  m o to r   ap p licatio n   a n d   th e  d esire d   m o tio n   w h er t h e r   it  is   a  AC   o r   DC   m o to r .   I n   [ 3 ]   [ 4 ]   a  P I   co n tr o ller   is   u s ed   to   co n tr o l  t h e  m o to r   s p ee d   b ec au s e  it  p r o d u ce   m o r e  ac cu r ate  r esu lt  th an   a  P D.   Ho w e v er ,   i n   t h is   p ap er   a  P D  co n tr o ller   is   u s ed .   P D  co n tr o ller   s h o w s   m o r e  a cc u r ate  r es u lt  w h e n   in te g r ated   w it h   b ilater al   h ap tic  co n tr o ller   d u e   to   t h e   ef f e ct  o f   th e   d is t u r b an ce   o b s er v er .   I f   P I   is   u s ed   i n   b ilater al  co n tr o ller   th e  m o to r   w il l b e  u n s tab le.           T h e  b ilater al  co n tr o ller   co n s is ts   o f   co m m o n   m o d e  t h at  d ea l s   w it h   to r q u e  o f   b o t h   m a s ter   an d   s la v e   an d   d if f er en tial  m o d e  th a t  h a n d le  t h e  p o s itio n   as   f i g u r e  1   illu s tr ate [ 5 ] .   T h e  f ig u r e  s h o ws  t h e  f o u r - c h a n n e l  ar ch itect u r e  o f   b ilater al  co n tr o l.  T h e  b ilater al  teleo p er atio n   r eq u ir es  p o s itio n   co n tr o l  an d   f o r ce   co n tr o l.  B o th   p o s itio n   a n d   f o r ce   co n tr o l  h a v e  d if f er en t   d i m e n s io n s   an d   co n   n o t  b e  co n tr o lled   to g eth er   a t  th e   s a m e  t i m e [ 6 ] .  Fo r   th at  r ea s o n ,   th e  ac ce ler ati o n - b ased   m et h o d   is   in tr o d u ce d   to   co n tr o l  th em   at  o n e  d i m e n s io n   w h ic h   is   t h e   ac ce ler atio n   d i m en s io n .   B o th   ca n   b e  r ep r esen ted   in   ter m s   o f   ac ce ler atio n .   T h e  ac ce ler atio n - b ased   m et h o d   ca n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Th e  E ffect  o f P a r a mete r s   V a r i a tio n   o n   B ila tera l Co n tr o ller   ( S a r i A b d o   A li )   649   b e  r o b u s t  b y   p r o p er   d esig n   o f   th e  DOB [ 7 ] .   T h e  d is tu r b an ce   o b s er v er   esti m ate s   th e  d is t u r b an ce   in   t h e  s y s te m   an d   i m p r o v e  th e  s tab ilit y .   T h er e  ar e  tw o   p r o p o s ed   DOB ;  l o w   p ass   f ilter   DOB   an d   h i g h   p ass   f il ter   DOB [ 8 ] .  T h e  h ig h er   D OB   i m p r o v e  th e   s y s te m   p er f o r m an ce ,   s u p p r es s   d is t u r b an ce ,   p er f o r m s   b etter   w ith   lo w   s a m p li n g   co n tr o ller ’ s   r ates.  Ho w e v er ,   th e  r o b u s tn es s   is   r ed u ce d   f o r   w i d e  b an d w id th   r an g e.     T h e  lo w   DOB   is   f ir s t  o r d er   lo w   p a s s   f il ter   t h at  i m p r o v e   th e   r o b u s t n es s   o f   t h e  s y s te m   b u t  r ed u ce   th e   p er f o r m a n ce .   T h e  d y n a m ic s   ch ar ac ter is tic  o f   lo w   DOB   r es u lts   i n e f f icie n t b an d w id th .             Fig u r e  1 .   T h e  Fo u r - C h an n el  Ar ch itect u r e  o f   B ilater al  C o n tr o l     Fig u r e  2 .   B ilater al  C o n tr o l B lo ck   Diag r a m       T h e  R T OB   is   u s ed   to   esti m at e  r ea ctio n   f o r ce   f r o m   th e  e n v ir o n m e n t.  R T OB   is   u s ed   to   r ep lace   th e   f o r ce   s en s o r s [ 9 ] .   Fo r ce   s en s o r s   b ec au s e  s e n s o r s   h a v e  n ar r o w   b an d w id t h   an d   ac co m p a n ied   w it h   n o is e  t h at   m ak e  t h e  s y s te m   u n s tab le.   T h e  d esig n   o f   DOB   an d   R T OB   e f f ec t  th e  s tab ili t y   an d   t h e  tr an s p ar en c y [ 1 0 ] ,   w h il e   th e  ac cu r ac y   o f   t h e  s y s te m   p o s itio n   tr ac k in g   i s   af f ec ted   b y   t h e  P D.   T h e  b lo ck   d iag r am   o f   th e  h ap tic  b ilater a l   s y s te m   i s   s h o w n   i n   f ig u r e  tw o .   T h e  DOB   o u tp u t  i m p r o v es  th e  i n n er   lo o p   p er f o r m a n ce   an d   th e  R T OB   i m p r o v es  t h e  o u ter   lo o p   p er f o r m a n ce .   B asicall y ,   th e  s y s te m   w o r k s   a s   f o llo w :  t h e  m ast er   s y s te m   m o tio n   i s   d etec ted   b y   t h e  en co d er .   T h e  s ig n al  i s   s e n t  f r o m   th e  e n co d er   to   d if f er en tia to r   th at  d er iv e   th e  v elo cit y .   T h is   s tep   p r o d u ce   n o is e.   T h en ,   th e  s ig n al  is   s en t  to   lo w   p as s   f ilter   to   eli m in a te  th e  n o is e   p r o d u ce d   b y   th e   d if f er e n tiato r .   T h e  v elo cit y   i s   s e n t  to   DOB   a n d   t h e  p o s iti o n   is   s e n t   to   t h e  d i f f er en tial   m o d e.   th e   f o r ce   is   d er iv ed   an d   s en t  to   t h e  co m m o n   m o d e.   th e  s la v e  m o to r   m o v e s   th e  s a m e  m o tio n   p r o d u ce d   b y   th e  m a s ter   m o to r .   an y   i n ter ac tio n   w it h   t h e  en v ir o n m e n t  b y   t h e  s la v e  m an ip u lato r   w il l  b e  r ef lecte d   b ac k   to   th e  m o to r   o f   th e  m a s ter   an d   w ill b e  f elt  b y   t h e  o p er ato r .     T h is   p ap er   in v es tig ate s   t h e  e f f ec ts   o f   t h e  p ar a m eter s   v ar iat io n   o f   b ilater al  co n tr o ller   o n   t h e   s tab ilit y ,   th e  tr a n s p ar en c y   a n d   t h e  ac c u r ac y .   B ased   o n   th e   in v es tig a ti o n ,   w e  w a n t  to   s elec t   t h e  s u ita b le  p ar am e ter s   t h at   r esu lt  lo w er   o p er atio n   f o r ce   at  th e  m a s ter   m a n ip u la to r .   A t  t h e  s a m e  ti m e  k ee p i n g   th e  ac c u r ac y   o f   th e  p o s it io n   tr ac k in g   b et w ee n   t h e  m a s t er   a n d   th e   s la v e  m a n ip u la to r s .   T h e  p ap er   is   o r g an ized   a s   f o llo w:  s ec tio n   1   is   a  b r ief   in tr o d u ctio n   o f   th e   b ilater al   h ap tic  co n tr o ller .   Sectio n   2   d is cu s s es   th e   m e th o d o lo g y ,   t h e  s e tu p   o f   t h e  ex p er i m e n t a n d   th e   m a th e m ati ca l r ep r esen tatio n   o f   b ilater al  co n tr o l.    Sectio n   3   is   ab o u t  th e   ex p er i m e n t r es u lt s   an d   d is c u s s io n .   Sec tio n   4   is   a  co n clu s io n   a n d   f u tu r e  w o r k .       2.   RE S E ARCH   M E T H O D     T h e  p r o t o ty p e  h ar d w ar e  o f   t h e  ex p er i m e n t  is   s h o w n   in   F ig u r e  3   an d   it  r eq u ir es  a  g ea r ed   DC - Mo to r   w it h   i n s talled   en co d er   o n   it,  m icr o - b o x ,   m o to r   d r iv er   an d   p o w er   s u p p l y .   Mic r o - b o x   is   r ea l  ti m e  co n tr o ller   th at   is   u s ed   to   i n ter f ac e   t h e  h ar d w ar e  m o d u le  w i th   p r o g r a m m i n g   h o s t  ( e. g .   co m p u ter ) .   T h e  ad v an ta g e s   m icr o   b o x  is   t h at  it  h as  h i g h   p er f o r m a n c e,   co n s u m e  lo w   p o w er ,   s m all   s ize,   A D/D A ,   E n co d er   an d   DI /O  m o d u le s .   T h e  p o w er   s u p p l y   u s ed   ca n   d eli v e r   3   o u tp u t  t y p e s :  +5   V/1 0 A ,   + 1 5 V  /  3 . 5 A   an d   1 5 V  /  1 A .   T w o   s y s te m s   ar e  u s ed   in   t h e  ex p er i m en t.  t h e  s a m e  c o m p o n en t s   ar e  u s ed   in   b o th   s y s te m s .   A   DC - m o to r   is   u s ed   as  an   ac t u ato r .   A n   attac h ed   g ea r   h ea d   to   th e  m o t o r   is   to   in cr ea s e  t h e  to r q u e  o f   th e  o u tp u t  b y   a   r atio   o f   3 6 :1 .   T h e  m o to r   h as  a n   en co d er   th at  h a s   5 0 0 0   p u ls e/r ev .   T h e  m o to r   d r iv er   is   n ee d e d   to   m a k e  t h e  m icr o - b o x   o u t p u t  cu r r e n t  s u itab le   f o r   th e  m o to r .   T h e  cu r r en t d eli v er ed   b y   t h e  m icr o   b o x   is   n o t  en o u g h   to   ac ti v ate  t h e  g ea r ed   DC - m o to r .     T h e  o v er all  w o r k i n g   p r i n cip le   as  s h o w n   i n   f ig u r e  3   i s   t h at  t h e  m aster   m o to r   is   ac tu ated   b y   e x ter n al   f o r ce   w h ic h   ca l led   o p er atio n al  f o r ce   ap p li ed   b y   a  h u m a n .   T h e  ai m   o f   th e   h ar d w ar e  is   to   an al y ze   th e   f ac to r s   th at  en ab le  u s   to   u s e  les s   o p er atio n   f o r ce   to   m o v e  t h e  s la v e  m an ip u lato r           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   2 ,  J u n e  2 0 1 8   :   648   –   659   650       Fig u r e  3 .   T h e  E x p er im e n tal  H ar d w ar e  Setu p       2 . 1   B ila t er a l C o ntr o ller   B ilater al  co n tr o l  s y s te m   i s   b ased   o n   ac ce ler atio n - b ased   m et h o d   an d   h as  t w o   m o d es,  co m m o n   m o d e   an d   d if f er en tial  m o d e.     Dif f er en tial  m o d e  tr ac k s   t h e  p o s itio n   b et w ee n   m as ter   an d   s la v e  m o to r s   ( as  in   eq u atio n   1 ) .   T h e  id ea l  tr ac k in g   s h o u ld   r esu lt   ze r o .   A  co m m o n   m o d e  is   to   co n tr o l  t h e  f o r ce   f r o m   t h e  m a s ter   m o to r   an d   co p y   it to   th e  s la v e  m o to r   as  i n   eq u atio n   2 .                                          ( 1 )                                         ( 2 )                                   )                 ( 3 )                                  )                 ( 4 )                                         ( 5 )     C p   in   eq u atio n   3   an d   4   is   f o r   th e  P D  co n tr o ller   in   eq u atio n   5 .   I t c an   b e  w r itten   a s   in   6 .                                                                             ( 6 )     T h e  P D  d esig n   i s   b u ilt a n d   test ed   b ased   o n   th e  r eq u ir e m en t o f   m o to r   p ar a m eter s .   T h e  o v er all  m o d el  o f   th e  P D  is   ex p lai n ed   in [ 1 1 ] .         2 . 2   Dis t urba nce  O bs er v er     DOB   co m p e n s ate s   th e  d is t u r b an ce   f o r ce s   o f   th e  m o to r   in   th e  in n er   lo o p   o f   th e  b ilater al  co n tr o ller   an d   est i m ate s   it.  DOB   is   d es i g n   is   s h o w n   i n   t h e  f o llo w i n g   eq u atio n s .     T h e  p ar a m e ter s   d e f i n itio n s   u s ed   in   t h e  p ap er   ar e   as f o llo w :                    A ctu al  in er t ia     n                           th e   n omi n a l   in e r tia                  A cc eler atio n   o f   th e  m o to r ;            Me ch an ical  to r q u e;                  L o ad   to r q u e             E x ter n al  to r q u e  ap p lied   o n   th e  s y s te m             I n ter n al  to r q u e               C o u lo m b   f r ictio n              Vis co u s   to r q u e            Dis tu r b an ce   to r q u e               T o r q u e  co n s tan t                 C u r r en t f lo w   i n   t h e  m o to r .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Th e  E ffect  o f P a r a mete r s   V a r i a tio n   o n   B ila tera l Co n tr o ller   ( S a r i A b d o   A li )   651   T h e  m o to r   to r q u e  is   r ep r esen te d   in   7     J                                         ( 7 )                                                          ( 8 )                                       ( 9 )     J                                                                      ( 1 0 )     T h e  d is tu r b an ce   f o r ce   ca n   b e  r ep r esen ted   as                                                             ( 1 1 )     th e  ce n ter   o f   m as s   c h an g es   o v er   ti m e  b ec au s e  o f   co n f i g u r a tio n   o f   t h e  m ec h an ical  s y s te m   w h ic h   ch a n g e  t h e  in er tia  J   as  w e ll.                                       ( 12)                                              ( 13)     A p p l y in g   eq u atio n s   1 2   &   1 3   in   1 0                                                                                                   Or                                                                  ( 14)     R eo r g an ize  1 1   an d   1 4   eq u atio n   w e  g et                                       )   Or                                    )           ( 15)     E q u atio n   1 5   is   th e  e s ti m ated   to r q u e  in   th e  DOB .   Ho w e v e r ,   th e  to r q u e  esti m ated   in   D OB   is   f ilter ed   as  i n   eq u atio n   1 6 .   Gd o b   is   th e  C u t - Of f   f r eq u e n c y .                                                                          (1 6 )     2 . 3   Rea ct i o n T o rque  O bs er v er   R T OB   an d   DOB   h av e  s i m i la r   s tr u ct u r e  R T OB   r ep lace   th e  u s e  o f   s e n s o r s   i n   b ilater al  co n tr o ller .   R T OB   is   DOB   ap p licatio n .   I t  esti m ates  t h e  i m p ed an ce   o f   th e  en v ir o n m e n t  o r   in   o t h er   w o r d s   esti m ate  th e   r ea ctio n   f o r ce   i n   t h e  m o to r   t h a t is cr ea ted   b y   i n ter ac tio n   w i t h   th e  e n v ir o n m en t.  T h e  r ea ctio n   f o r ce   is   est i m a ted   b y   eq u atio n   1 8                                                                 (1 7 )                                                                                 (1 8 )                                                                 ( 19 )     T h e  in itial  p ar a m eter s   o f   t h e   ex p er i m e n t  ar e  s h o w n   in   ta b le  1   it  s h o w s   t h at  s o m e  v al u es  w i ll  b e   ch an g ed ,   d ep en d   o n   t h e  e x p er i m e n t.  T h e  m ass   o f   t h e  lin k s ,   th e  i n er tia,   t h e  le n g th   th e   g ea r   r atio   an d   to r q u e’ s   co n s ta n t  w ill  n o t b e  ch an g ed   t h r o u g h o u t a ll e x p er i m en t s .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   2 ,  J u n e  2 0 1 8   :   648   –   659   652   T ab le  1 .   T h e  E x p er im e n t P ar am eter s   P a r a me t e r   V a l u e   T o r q u e   c o n st a n t   0 . 7 1 6 4   N \ A   I n e r t i a   0 . 1 2 0   k g . c m2   G e a r   r a t i o   3 6 : 1   C u t - o f f   f r e q u e n c y   1 0 0   C u t - o f f   f r e q u e n c y   o f   R T O B   1 0 0   F o r c e   g a i n   2   L i n k   mass   0 . 2   k g   L i n k   l e n g t h   0 . 1 5 m   P D   p a r a me t e r s   Kp = 3 0 0 ,   K d = 3 0       3.   RE SU L T S  A ND  AN AL Y SI S     I n   th i s   s ec tio n ,   it  ex p lai n   t h e  r esu lt s   o f   r esear ch   a n d   at  th e   s a m e  ti m e  i s   g i v e n   th e  co m p r eh en s i v e   d is cu s s io n .   R es u lts   is   p r esen te d   in   f i g u r e s ,   g r ap h s   a n d   tab les        3 . 1 .   T he  ef f ec t s   o f   DO B   & R T O B   T h e  f ir s t  e x p er i m e n t  i s   to   a n al y ze   th e   DOB   cu t  o f f   f r eq u en c y   v ar iatio n   i m p ac t  o n   t h e  b ilater al  co n tr o ller   p er f o r m an ce .   T h e  DOB   esti m ate  t h e  d is t u r b an c e  in   t h e  i n n er   lo o p   o f   th e  b il ater al  co n tr o ller   an d   co m p e n s ate  it.  T h e  DOB   d o es  n o t  af f ec t  o r   d r iv e  t h e  co n tr o ller   to w ar d   in s ta b ilit y .   B u t  it  e f f ec t s   t h e  o p er atio n al  f o r ce ,   th e   tr an s p ar en c y   s m o o t h n ess   o f   th e   m o tio n .   Fi g u r es  4   to   7   s h o w s   t h e  e f f ec ts   a n d   t h e   ch an g es   o f   p o s it io n   tr ac k i n g   an d   f o r ce   o f   t h e  b ilater al  co n tr o ller   as  t h e  c u t  o f f   f r eq u e n c y   o f   t h e  DOB   is   in cr ea s ed   f r o m   5 0 ,   1 0 0 ,   2 0 0 ,   5 0 0 .               Fig u r e  4 .   P o s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   D OB   Fre q u en c y   =5 0                   Fig u r e  5 .   P o s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   D OB   Fre q u en c y   =1 0 0           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Th e  E ffect  o f P a r a mete r s   V a r i a tio n   o n   B ila tera l Co n tr o ller   ( S a r i A b d o   A li )   653           Fig u r e  6 .   P o s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   D OB   Fre q u en c y   =2 0 0                   Fig u r e  7 .   P o s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   D OB   Fre q u en c y   =5 0 0       T h e  g ain ed   r es u lt s   in   F i g u r e  4   s h o w s   t h e  P o s itio n   an d   to r q u e  r esp o n s e  w i th   DOB   f r eq u en c y   =5 0 .   T h e  p o s itio n   r esp o n s e  a s   ill u s tr ated   is   n o t   s m o o t h .   I n   t h e  r ea l  m o tio n   it   r es u lt  s h a k i n g   in   t h e   m o to r   li n k .   Ho w e v er ,   th e  er r o r   tr ac k in g   b et w ee n   t h e  m a s ter   an d   t h e  s la v e  is   s m al l  ev e n   t h o u g h   t h e  m o tio n   is   n o t  s m o o t h .   As  t h e  Gd o b   is   in cr ea s ed   th e   m o tio n   b ec o m e   s m o o t h er   an d   th e  er r o r   b et w ee n   th e  m a s t er   p o s itio n   an d   t h e   s lav e   p o s itio n   is   r ed u ce d   a s   s h o w n   i n   tab le  I I .   Ho w e v er ,   th e   to r q u e  is   a f f ec ted   n e g ati v el y .   As  w e  ca n   s ee   t h at   th e  tr an s p ar en c y   i s   r ed u ce d .   A  g o o d   tr an s p ar en c y   m ea n s   t h at   th e  m a ter   to r q u e  is   f u ll y   r ep r o d u ce d   b y   t h e  s la v e   m o to r .   th er e  ar e  a  f e w   r ea s o n s   f o r   th i s   i m p ac t.  T h e  f ir s t  g r ap h   s h o w s   a  g o o d   tr an s p ar en c y   b ec au s e  Gd o b   is   less   t h a n   Gr to b   in   tab le  I .   W h en   GDOB   is   lar g er   t h an   G R T OB   th e  n o i s e  is   i n cr ea s ed .   T ab le  2   s h o w s   t h e  er r o r   in   th e  p o s it io n   an d   t h e  f o r ce   b et w ee n   t h e  m a s ter   an d   th e  s la v e  m an ip u lato r s .         T ab le  2 .   T h e  P a r am eter s   o f   D OB   Fre q u en c y     D o b   T o r q u e   e r r o r   P o si t i o n   e r r o r   50   0 . 2 8 0 6   0 . 0 0 5 7   1 0 0   0 . 2 8 3 1   0 . 0 0 3 4   2 0 0   0 . 4 6 7 2   0 . 0 0 2 5   5 0 0   0 . 6 2 4 3   0 . 0 0 2 0       T h e  s ec o n d   ex p er i m en t  is   to   v ar y   t h e  r ea ctio n   to r q u e  p ar a m eter s   w h ile  t h e  DOB   an d   th e  o th er   p ar am eter s   r e m ain   as   s h o w n   i n   tab le   I .   t h e  r es u lt s   ar e  s h o wn   i n   f i g u r es  8 ,   9 ,   1 0 .   T ab le  3   s h o w s   t h e  r es u lt s   i n   ter m s   o f   er r o r   d ata  as th e  p ar am eter s   o f   R T OB   f r eq u en c y   c h an g e  f r o m   5 0   to   5 0 0           T a b le  3 .   T h e  P ar am eter s   o f   D OB   Fre q u en c y     R T O B   T o r q u e   e r r o r   P o si t i o n   e r r o r   50   0 . 4 2 0 0   0 . 0 0 5 7   1 0 0   0 . 2 8 4 2   0 . 0 0 7 1   2 0 0   0 . 4 2 4 4   0 . 0 0 4 5   5 0 0   0 . 4 4 0 0   0 . 0 0 2 5     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   2 ,  J u n e  2 0 1 8   :   648   –   659   654     T h e  th ir d   ex p er i m e n t  i s   to   c h an g e  b o th   th e  DOB   an d   t h e   r ea ctio n   to r q u e  p ar a m eter s .   T h e  o th er   p ar am eter s   r e m a in   as  in   T ab l e  1 .   T h e  r esu lt s   ar e  s h o w n   i n   f i g u r es   1 1 ,   1 2 ,   1 3 .   T ab le  4   s h o w s   th e   r es u lts   f o r   in cr ea s i n g   p ar a m eter s   o f   D O B   an d   R T OB ,   th e  f r eq u en c y   c h an g e  f r o m   5 0   to   5 0 0 .   T h e  b est  r es u lts   ar e  g a in ed   w h e n   b o th   DOB   &   R T OB   in c r ea s ed   to g eth er   to   1 0 0   w i th   p o s itio n   er r o r   o f   0 . 0 0 1         T ab le  4 .   R esu lt o f   I n cr ea s e  D OB & R T OB   D o b   &   R T O B   T o r q u e   e r r o r   P o si t i o n   e r r o r   50   0 . 2 8 0 6   0 . 0 0 5 7   1 0 0   0 . 2 5 0 1   0 . 0 0 1 2   2 0 0   0 . 4 3 0 3   0 . 0 0 2 6   5 0 0   5 . 9 9   0 . 0 4 3 2               Fig u r e  8 .   P o s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   R T OB   Fre q u en c y   =5 0               Fig u r e  9 .   P o s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   R T OB   Fre q u en c y   =1 0 0               Fig u r e  1 0 .   Po s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   R T OB   Fre q u en c y   =2 0 0       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Th e  E ffect  o f P a r a mete r s   V a r i a tio n   o n   B ila tera l Co n tr o ller   ( S a r i A b d o   A li )   655   B r ief l y ,   th e   r esu lts   i n   F i g u r e  8   is   s i m ilar   to   F i g u r e  4   i n   ter m s   o f   tr ac k i n g   P o s itio n   ( b o th   h a v e  0 . 0 0 5 7   er r o r ) .   Ho w e v er ,   F i g u r e   4   an d   8   s h o w s   d i f f er e n t  to r q u e   r esp o n s e  w i th   f r eq u en c y   =5 0 .   T h e  to r q u e  er r o r   in   f i g u r e  4   i s   0 . 2 8 0 6   an d   in   f ig u r e  8   is   0 . 4 2 0 0 .   th is   is   b ec au s e   o f   t h e  v alu e   o f   R T OB   f r eq u en c y   is   les s   t h an   DOB   f r eq u en c y   As  th e   GDOB   i s   in cr ea s ed   m o r e   th a n   GR T OB ,   th e  tr a n s p ar en c y   is   d eter io r ated   an d   t h e  er r o r   b et w ee n   th e  m as ter   f o r ce   an d   th e  s la v e  655 o r ce   is   in cr ea s ed   as  s h o w n   in   tab le  I I   an d   I I I .   T h e  tr a n s p ar en c y   is   i m p r o v ed   w h e n   th e  c u t  o f f   f r eq u en c y   o f   t h e  DOB   an d   R T OB   ar e  eq u al  ( h av e  th e  s a m e  v a lu es).   T h is   is   s h o w n   is   F ig u r es  1 1   an d   1 2 .   No t  o n l y   th e  tr an s p ar en c y   i s   i m p r o v ed ,   th e  p o s itio n   tr ac k in g   i m p r o v ed   as  w e ll.  th e   in cr ea s i n g   o f   D OB   an d   R T OB   f r eq u en c y   i s   li m ited   a n d   ca n n o t  b e  i n cr ea s ed   m o r e  th a n   5 0 0   b ec au s e  o f   t h e  s a m p li n g   ti m e  o f   t h e  m icr o - b o x .   Fig u r e  1 3   illu s tr ate  a  lo t  o f   u n w a n ted   n o is e  w h ic h   m ak e   th e  f o r ce   co n tr o ller   u n s tab le.     T h e  o p er atio n al  f o r ce   r eq u ir ed   to   m o v e  t h e  m aste r   m a n ip u lato r   is   les s   w h e n   b o th   DOB   an d   R T OB   f r eq u en c ies ar e  eq u al.               Fig u r e  1 1 .   Po s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   b o th   DOB   a n d   R T OB   Fre q u en c y   =1 0 0             Fig u r e  1 2 .   Po s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   b o th   DOB   a n d   R T OB   Fre q u en c y   =2 0 0               Fig u r e  1 3 .   Po s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   b o th   DOB   a n d   R T OB   Fre q u en c y   =5 0 0       3. 2 .  T he  ef f ec t s   o f   P D  pa ra m et er s   a nd   f o rc e  g a in   T h is   s ec tio n   a n al y s i s   t h e  e f f ec ts   o f   ch a n g i n g   t h e  P D  co n tr o ll er   p ar am e ter s   a n d   t h e  f o r ce   g ain   o n   t h e   b ilater al  co n tr o l  r esp o n s e.   T h e  P D  v alu es  t h at  ar e  te s ted   an d   th e  to r q u e  g ain s   ar e  s h o w n   in   T ab le  5 .   T h e   v alu e s   o f   t h e  P D  ar e  s elec te d   b ased   o n   th e   D C   m o to r   m o d el  th at  i s   b u i lt  to   c h ec k   t h e  r esp o n s e  o f   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   2 ,  J u n e  2 0 1 8   :   648   –   659   656   p ar am eter s .   I f   t h e  m o d el  is   s ta b le,   th en   th e   v al u e  i s   u s ed   i f   n o t it  is   ele i m in ated .   T h e  m o to r   m o d el  is   d is cu s s ed   in   p r ev io u s   ex p er i m en t [ 1 1 ] .       T ab le  5 : P D  an d   Fo r c e  Gain   P ar a m eter s   P a r a me t e r   V a l u e     P D   C a se   1   K p = 0 . 5 ,   K d = 0 . 0 9   P D   C a se   2   K p = 5 ,   K d = 0 . 1   P D   C a se   3   K p = 5 0 ,   K d = 1   P D   C a se   4   K p = 2 0 0 ,   K d = 2 0   P D   C a se   5   K p = 3 0 0 ,   K d = 3 0   F o r c e   g a i n   1   0 . 5   F o r c e   g a i n   2   1   F o r c e   g a i n   3   2   F o r c e   g a i n   3   5       T h e  P D  c o n s is t s   o f   Kp   g ai n   an d   Kd   g ain .   Sectio n   A   s h o w s   th at  DOB   an d   R T OB   h av e  ef f ec ts   o n   tr an s p ar en c y   an d   h av e  n o t  m u ch   ef f ec t s   o n   p o s itio n   tr ac k i n g .   T h e  p o s itio n   tr ac k in g   is   m o r e  co n tr o lled   b e   th e   P D  co n tr o ller .   T h e  f ir s t  p ar am eter s   o f   t h e  P D  ( Kp =0 . 5   a n d   Kd =0 . 0 1 )   ar e  s elec ted   b a s ed   o n   r o o t  lo cu s   s i m u lat io n   m o d el.   T h ese  v alu es  s u it  t h e  s i m u la tio n ,   b u t  w it h   th e  r ea l  h ar d w ar e  ap p licatio n   th e  v al u es  r es u lt   er r o r   in   th e  tr ac k in g .   T h e  m o ti o n   w ith   t h e s e  v al u es i s   s tab le.   Fig u r e  1 4   s h o w s   s tab le  s m o o t h   m o tio n   w it h   er r o r   o f   0 . 6 7   as  T ab le  6   s h o w s .       T ab le  6 .   P D  P a r am eter s   Var iat io n   E f f ec ts   P D   p a r a me t e r   ( K p ,   K d )   T o r q u e   e r r o r   P o si t i o n   e r r o r   0 . 5 ,   0 . 0 9   0 . 5 7 3 7   0 , 6 7 5 9   5 ,   0 . 1   0 . 5 5 6 3   0 . 7 0 6 3   5 0 , 1   0 . 5 1 4 0   0 . 0 6 0 6   2 0 0 . 2 0   0 . 5 9 2 6   0 . 0 1 5 7   3 0 0 ,   3 0   0 . 3 0 7 4   0 . 0 0 4 1               Fig u r e  1 4 .   Po s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   Kp =0 . 5   &   K d =0 . 0 9               Fig u r e  1 5 .   Po s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   Kp =5   &   Kd = 0 . 1       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Th e  E ffect  o f P a r a mete r s   V a r i a tio n   o n   B ila tera l Co n tr o ller   ( S a r i A b d o   A li )   657           Fig u r e  1 6 .   Po s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   Kp =5 0   &   Kd =1               Fig u r e  1 7 .   Po s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   Kp =2 0 0   &   K d =2 0               Fig u r e  1 8 .   Po s itio n   an d   T o r q u e  R esp o n s e  w i th   Kp =3 0 0   &   K d =3 0       As  th e  r es u lt s   in   t h e  f ig u r es  s h o w n ,   i f   t h e  v a lu e s   o f   t h e  P d   g ain s   in cr ea s e,   th e  p o s itio n   tr ac k i n g   b et w ee n   t h e  m aster   a n d   th e   s la v e  i m p r o v e.   T h e  p er f o r m an ce   o f   th e   s y s te m   i m p r o v ed   to o .   T h e  i m p r o v e m e n t  is   clea r l y   ap p ea r ed   f r o m   F ig u r e   1 4   to   F ig u r e  1 8 .   T h e  f o r ce   g ain   v ar iatio n   in f l u en ce s   th e  s tiff n e s s   an d   th e   o p er atio n   f o r ce   o f   th e  m o to r .   T h e  f o r ce   g ain   d o es  n o t  h av e  r e m ar k ab le  in f l u e n ce   o n   p o s itio n   tr ac k in g .   I n cr ea s in g   t h e  f o r ce   g ai n   i m p r o v e  th e  tr an s p ar en c y   an d   th e   s tab ilit y .   T ab le  7   s h o w s   th e  r esu lt s   o f   in cr ea s in g   th e  f o r ce   g ai n   a n d   F ig u r es  19 , 2 0   an d   2 1   illu s tr ate  th e  r esp o n s e.       T ab le  7 .   Fo r ce   Gain   Var iatio n   E f f ec ts   F o r c e   g a i n     T o r q u e   e r r o r   P o si t i o n   e r r o r   0 . 5   0 . 6 5 6 2   0 . 0 0 4 5   1   0 . 9 2 3 5   0 . 0 0 8 8   2   0 . 3 7 0 3   0 . 0 0 4 3   5   3 2 . 8 7 1 7   0 . 9       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.