본 논문에서는 자동차의 전장용 자기신호를 측정할 수 있는 비접촉식 측정장치를 개발하였다. 자동차에는 솔레노이드, 릴레이, 모터, 인젝터 등 많은 자기적 에너지로 동작하는 액츄에이터들이 장착되어있다. 그러나 이 장치들은 커넥터로 모두 연결되어 있으므로 전선의 피복을 벗기지 않고는 동작여부를 확인하기가 매우 어렵다. 따라서 본 논문에서는 홀효과를 이용한 센서를 사용하여 비접촉으로 액츄에이터의 작동 여부를 판단할 수 있는 장치를 개발하였다. 개발된 장치는 비접촉식이므로 액츄에이터들이 동작상태에 있을 때 전선의 피복을 벗기지 않고도 작동 여부 판단을 쉽게 할 수 있는 장점을 가진다. 시뮬레이션과 실험을 통하여 개발된 장치의 성능과 유용성을 보여주었다.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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제2권3호
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pp.349-355
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2013
This paper presents the multi-objective optimisation of an Inductive Coupled Power Transfer (ICPT) device. A setup as complicated as the one at hand in this paper is extremely hard to model analytically. To acquire some knowledge about the influence of the geometric factors, a sensitivity analysis is first performed using design of experiment (DoE) and finite-element modelling (FEM). It allows validating that the choice of the free factors is relevant. This being done, the optimisation itself is performed using a genetic algorithm (GA), with two objectives and a strict functioning constraint.
The purpose of this paper is to investigate the flexible structure of parabolic shell using photostrictive actuators. The analysis is made to know its dynamic behavior and light-induced control forces for coupled parabolic shell. The effects of an actuator location as well as membrane and bending components under the control action have been analyzed considering the approximate spherical model. The parabolic membrane shell accuracy is being mathematically approximated and validated comparing the light induced control forces using approximate equivalent spherical shell model. The parabolic shell with kapton smart material and photostrictive actuators has been used to formulate the governing equation in the transverse direction. The Kirchhoff-Love assumptions are used to obtain the governing equation of shell with actuator. The mechanical membrane forces and bending moments for parabolic thin shell with actuator is used to analyze the dynamic effect. The results show that membrane control action is much more significant than bending control action. Photostrictive actuators oriented along circumferential direction (actuator-2) can give better control effect than actuators placed along longitudinal direction (actuator-1). The slight difference is observed between spherical and parabolic shell for a surface with focal length to the diameter ratio of 1.00 or more than unity. Space applications often have the shape of parabolical shells or shell of revolution, due to their required focusing, aiming, or reflecting performance. The present approach is focused that photostrictive actuators can effectively control the vibration of parabolical membrane shell. Also, the actuator's location plays an important role in defining the control force.
This paper presents a direct seek control algorithm for swing-arm type dual stage servo system that consists of a coarse actuator and a fine actuator. The proposed scheme is to design a control system that attenuates the effect of dynamic coupling between the two actuators so that the seek operation can be performed in a single-shot with stability. In an optical drive system with dual stage servo mechanism, the effect of dynamic coupling between the two actuators needs to be handled during the coarse seek operation due to its inherent structure. In an extreme case, the two actuators can collide each other, which leads to critical degradation of the seek performance. To handle this problem, our proposed control scheme is to generate the drive signals such that the two actuators behave as if they are a single fixed body. To this end, a feedforward controller and two feedback controllers are designed that enable the current drive system perform wide range of track seek. Simulation results are provided to show the validity and feasibility of our proposed algorithm.
Couldrick, Jonathan;Shankar, Krishnakumar;Gai, Sudhir;Milthorpe, John
Structural Engineering and Mechanics
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제16권5호
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pp.519-531
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2003
Piezoelectric actuators have long been recognised for use in aerospace structures for control of structural shape. This paper looks at active control of the swept shock wave/turbulent boundary layer interaction using smart flap actuators. The actuators are manufactured by bonding piezoelectric material to an inert substrate to control the bleed/suction rate through a plenum chamber. The cavity provides communication of signals across the shock, allowing rapid thickening of the boundary layer approaching the shock, which splits into a series of weaker shocks forming a lambda shock foot, reducing wave drag. Active control allows optimum control of the interaction, as it would be capable of positioning the control region around the original shock position and unimorph tip deflection, hence mass transfer rates. The actuators are modelled using classical composite material mechanics theory, as well as a finite element-modelling program (ANSYS 5.7).
In order to demonstrate the possibility of applying an ionic polymer metal composite (IPMC) to a finger exoskeleton, pinching motion analysis was performed for a thumb-index finger dummy actuated by IPMC actuators. The IPMC actuators of 5mm in width and 40mm in length with 2.4mm thickness generated 1.52N of blocking force for the applying voltage of 4.0V. Three actuators were installed on the three rotary joint of an index finger, and one actuator was installed on one proximal joint. Positions of each joint and finger tip were recorded on the video camera, and motion was analyzed. Power supply to the index finger actuators preceded power supply to the thumb actuator, and key pinching motion was accomplished in 180s. Tip pinching was accomplished in 135s as power supply to the thumb preceded power supply to the index finger.
For vibration control of civil structures, especially large civil structures, one of the important issues is how to place a minimal number of actuators and sensors at their respective optimal locations to achieve the predetermined control performance. In this paper, a methodology is presented for the determination of the minimal number and optimal location of actuators and sensors for vibration control of building structures under earthquake excitation. In the proposed methodology, the number and location of the actuators are first determined in terms of the sequence of performance index increments and the predetermined control performance. A multi-scale response reconstruction method is then extended to the controlled building structure for the determination of the minimal number and optimal placement of sensors with the objective that the reconstructed structural responses can be used as feedbacks for the vibration control while the predetermined control performance can be maintained. The feasibility and accuracy of the proposed methodology are finally investigated numerically through a 20-story shear building structure under the El-Centro ground excitation and the Kobe ground excitation. The numerical results show that with the limited number of sensors and actuators at their optimal locations, the predetermined control performance of the building structure can be achieved.
Nowadays, there are many researches involving structural actuators, which have adjustable stiffness; they are also called variable stiffness actuators (VSA). The VSAs can adjust the characteristics of actuators for various functions and human-machine safety. This paper describes the design and analysis of two types of VSAs. To adjust stiffness, the actuators are controlled by a principle of lever ratio mechanism, by changing a pivot position or a spring position in the structure with springs. To make the principle workable, the designs are simplified by using a ball screw system with a motor. Each structure shows different static properties with variable rates of stiffness. We have also shown the experimental verification of the dynamic performance of the two types of VSAs. This research can be applied to various industrial fields, where humans work in conjunction with robots.
The present paper is concerned with the design of distributed sensors and actuators. Strain type sensors and actuators are considered with their intensity continuously distributed throughout a continuous structure. The sensors measure a weighted average of the strain tensor. As a starting point for their design we introduce the concept of collocated sensors and actuators as well as the so-called natural output. Then we utilize the principle of virtual work for an auxiliary quasi-static problem to assign a mechanical interpretation to the natural output of the sensors to be designed. Therefore, we take the virtual displacements in the principle of virtual work as that part of the displacement in the original problem, which characterizes the deviation from a desired one. We introduce different kinds of distributed sensors, each of them with a mechanical interpretation other than a weighted average of the strain tensor. Additionally, we assign a mechanical interpretation to the collocated actuators as well; for that purpose we use an extended body force analogy. The sensors and actuators are applied to solve the displacement tracking problem for continuous structures; i.e., the problem of enforcing a desired displacement field. We discuss feed forward and feed back control. In the case of feed back control we show that a PD controller can stabilize the continuous system. Finally, a numerical example is presented. A desired deflection of a clamped-clamped beam is tracked by means of feed forward control, feed back control and a combination of the two.
Moghadam, Amir Ali Amiri;Kouzani, Abbas;Zamani, Reza;Magniez, Kevin;Kaynak, Akif
Smart Structures and Systems
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제15권6호
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pp.1601-1623
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2015
Electroactive polymers have attracted considerable attention in recent years due to their sensing and actuating properties which make them a material of choice for a wide range of applications including sensors, biomimetic robots, and biomedical micro devices. This paper presents an effective modeling strategy for nonlinear large deformation (small strains and moderate rotations) dynamic analysis of polymer actuators. Considering that the complicated electro-chemo-mechanical dynamics of these actuators is a drawback for their application in functional devices, establishing a mathematical model which can effectively predict the actuator's dynamic behavior can be of paramount importance. To effectively predict the actuator's dynamic behavior, a comprehensive mathematical model is proposed correlating the input voltage and the output bending displacement of polymer actuators. The proposed model, which is based on the rigid finite element (RFE) method, consists of two parts, namely electrical and mechanical models. The former is comprised of a ladder network of discrete resistive-capacitive components similar to the network used to model transmission lines, while the latter describes the actuator as a system of rigid links connected by spring-damping elements (sdes). Both electrical and mechanical components are validated through experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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