A novel real-time actuator failure detection algorithm is developed in this paper. Actuator fails when the input to the structure is different from the commanded one. Previous research has shown that one error function can be formulated for each actuator through interaction matrix method. For output without noise, non-zero values in the actuator functions indicate the instant failure of the actuator regardless the working status of other actuators. In this paper, it is further demonstrated that the actuator's error function coefficients will be directly calculated from the healthy input of the examined actuator and all outputs. Hence, the need for structural information is no longer needed. This approach is termed as direct method. Experimental results from a NASA eight bay truss show the successful application of the direct method for isolating and identifying the real-time actuator failure. Further, it is shown that the developed method can be used for real-time sensor failure detection.
Kim, Joong-Kyoung;Lee, Cheol-Gyun;Kim, Han-Kyun;Hahn, Sung-Chin
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.1
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pp.40-45
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2008
This paper presents an optimal design of a permanent magnet actuator(PMA) using a parallel genetic algorithm. Dynamic characteristics of permanent magnet actuator model are analyzed by coupled electromagnetic-mechanical finite element method. Dynamic characteristics of PMA such as holding force, operating time, and peak current are obtained by no load test and compared with the analyzed results by coupled finite element method. The permanent magnet actuator model is optimized using a parallel genetic algorithm. Some design parameters of vertical length of permanent magnet, horizontal length of plunger, and depth of permanent magnet actuator are predefined for an optimal design of permanent magnet actuator model. Furthermore dynamic characteristics of the optimized permanent magnet actuator model are analyzed by coupled finite element method. A displacement of plunger, flowing current of the coil, force of plunger, and velocity of plunger of the optimized permanent magnet actuator model are compared with the results of a primary permanent magnet actuator model.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.8
no.5
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pp.265-272
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2013
This paper addresses a control allocation method for fault-tolerant control by redistributing redundant control surfaces. The proposed method is based on a classical daisy chain approach for the compensation of faulty actuators. The existing daisy chain method calculates a desired moment according to a number of actuator groups. However, this method has a significant limitation; that is, any faulty actuator belonging to the last actuator group cannot be compensated, since there is no more redundant actuator group that can be used to generate the required moments. In this paper, a modified daisy chain method is proposed to overcome this problem. Using the proposed method, the order of actuator groups is readjusted so that actuator groups containing any faulty actuator are always placed in an upper group instead of the last one. A set of simulation results with an F-18 HARV aircraft demonstrate that the proposed method can achieve better performance than the existing daisy chain method.
This paper describes a mini linear optical pickup actuator. To reduce the size, inner yokes are designed to guide the mover and outer yokes of permanent magnets are removed. Magnetic circuit method is used to determine the thrust force. Virtual path method is proposed to analyze the open magnetic circuit analysis. The magnetic circuit of the proposed actuator can be a closed circuit due to the virtual path model of the outer magnetic flux. The validity of virtual path method is evaluated by comparing to the FEM analysis. Structural vibration is investigated using FEM and the design of the mover is modified to improve the vibration characteristic. Dynamic characteristic experiments shows that the performance of the proposed actuator is enough to be used as a coarse and fine seeking actuator simultaneously and the thrust force margin for loading a focusing actuator is guaranteed.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.7
no.1
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pp.106-117
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2006
The active vibration control of composite shell structure has been performed with the optimized sensor/actuator system. For the design of sensor/actuator system, a method based on finite element technique is developed. The nine-node Mindlin shell element has been used for modeling the integrated system of laminated composite shell with PVDF sensor/actuator. The distributed selective modal sensor/actuator system is established to prevent the effect of spillover. Electrode patterns and lamination angles of sensor/actuator are optimized using genetic algorithm. Continuous electrode patterns are discretized according to finite element mesh, and orientation angle is encoded into discrete values using binary string. Sensor is designed to minimize the observation spillover, and actuator is designed to minimize the system energy of the control modes under a given initial condition. Modal sensor/actuator for the first and the second mode vibration control of singly curved cantilevered composite shell structure are designed with the method developed on the finite element method and optimization. For verification, the experimental test of the active vibration control is performed for the composite shell structure. Discrete LQG method is used as a control law.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.11
no.6
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pp.169-174
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2001
Optimization of the collocated piezoceramic sensor/actuator placement is investigated numerically and verified experimentally for vibration control of laminated composite plates. The finite element method is used for the analysis of dynamic characteristics of the laminated composite plates with the piezoceramic sensor/actuator. The structural damping index(SDI) is defined from the modal damping(2$\omega$ζ) . It is chosen as the objective function for optimization. Weights for each vibrational mode are taken into account in the SDI calculation. The gradient method is used for the optimization. Optimum location of the piezoceramic sensor/actuator is determined by maximizing the SDI. Numerical simulation and experimental results show that the optimum location of the piezoceramic sensor/actuator is dependent upon the outer layer fiber orientations of the plate, and location and size of the piezoceramic sensor/actuator.
This paper describes the design and evaluation of new type piezoelectric bimorph actuator that shows much large mechanical response than those conventional types. The bimorph actuator has modified structure combined with the multilayer actuator(MLA) and the composite multilayer actuator called "Moonie". The design and performancean alysis of bimorph actuator are carried out with Finite Element Method (FEM). Theoretical calculation results show that the generating force and displacement of Moonie-modified bimorph actuator can be improved by about 130% and 150%, respectively. The overshooting and ringing phenomena of the bimorph can be effectively restrained by the pseudo step electric field having a rising time coincied with a period of the fundamental vibration mode of the bimorph.e bimorph.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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1997.10a
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pp.680-683
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1997
In this paper, the multilayer actuator is investigated by using the finite element method. The material is taken to be piezoelectric. The capacitor and interdigital wlfloating type actuator are compared to the stress field distribution under the uniform electric field. As the length of the floating electrode in the interdigital wlfloating actuator changes, the stress field around the edge of electrode is studied.
Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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v.18
no.12
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pp.1124-1128
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2005
New piezoelectric actuator design, which can reduce the number of the stacking layer without lowering the piezoelectric displacement, is suggested in this work. Each layer of the new designed multilayer actuator has the same electrode pattern as the cross-sectioned layer of the existing multilayer actuator has. The piezoelectric displacement was calculated by Finite-Element Method (FEM) analysis. The maximum piezoelectric displacement of the new-designed actuator with 13 layers was calculated to be almost same value (55.9 ${\mu}m$) as that of the existing actuator with 25 layers(60.1 ${\mu}m$).
Despite the development of electronic components and microprocessors, hydraulic actuators are still being applied in various applications. In some applications, there is a desire to apply a hydraulic actuator with a relatively small position error to the system. Various studies have been conducted to reduce the position error of hydraulic actuators. In this paper, the position error of the hydraulic actuator when the hydraulic oil pressure is supplied is defined as the offset generated by the servo valve, and the method for correcting the servo valve offset has been studied. A method for compensating the servo valve offset was proposed and it was verified through experiments that the position error of the hydraulic actuator was reduced. We also compared the servo valve offset correction method and controller using the PID control and disturbance observer used to reduce the position error of the hydraulic actuator. No-load test and load test were performed to confirm the performance of the servo valve offset correction method. The results of the study were compared with those obtained by using the disturbance observer and PID control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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