International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제11권3호
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pp.167-174
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2010
The design, dynamics, and control allocation of tri-rotor unmanned aerial vehicles (UAVs) are introduced in this paper. A trirotor UAV has three rotor axes that are equidistant from its center of gravity. Two designs of tri-rotor UAV are introduced in this paper. The single tri-rotor UAV has a servo-motor that is installed on one of the three rotors, which enables rapid control of its motion and its various attitude changes-unlike a quad-rotor UAV that depends only on the angular velocities of four rotors for control. The other design is called 'coaxial tri-rotor UAV,' which has two rotors installed on each rotor axis. Since the tri-rotor type of UAV has the yawing problem induced from an unpaired rotor's reaction torque, it is necessary to derive accurate dynamic and design control logic for both single and coaxial tri-rotors. For that reason, a control strategy is proposed for each type of tri-rotor, and nonlinear simulations of the altitude, Euler angle, and angular velocity responses are conducted by using a classical proportional-integral-derivative controller. Simulation results show that the proposed control strategies are appropriate for the control of single and coaxial tri-rotor UAVs.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제4권4호
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pp.405-413
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2006
A novel approach based on genetic algorithms (GA) is developed to find a global minimum-jerk trajectory of a space robotic manipulator in joint space. The jerk, the third derivative of position of desired joint trajectory, adversely affects the efficiency of the control algorithms and stabilization of whole space robot system and therefore should be minimized. On the other hand, the importance of minimizing the jerk is to reduce the vibrations of manipulator. In this formulation, a global genetic-approach determines the trajectory by minimizing the maximum jerk in joint space. The planning procedure is performed with respect to all constraints, such as joint angle constraints, joint velocity constraints, joint angular acceleration and torque constraints, and so on. We use an genetic algorithm to search the optimal joint inter-knot parameters in order to realize the minimum jerk. These joint inter-knot parameters mainly include joint angle and joint angular velocities. The simulation result shows that GA-based minimum-jerk trajectory planning method has satisfactory performance and real significance in engineering.
Recently a high speed spindle system for machine tools has attracted considerable attention to reduce the machining time, to improve the machining accuracy, to perform the machining of light metals and hard materials and to unite the cutting and grinding processes. In this study, a high speed spindle system is developed by applying the oil-air lubrication method, angular contact ball bearings, injection nozzles with dual orifices and so on. And a lubrication experiment for evaluating the performance of the spindle system is carried out. Especially, in order to establish the lubrication conditions related to the development of a high speed spindle system, the effects of oil supply rate, rotational spindle speed and so on are studied and discussed on the bearing temperature rise, bearing temperature distribution and frictional torque. And the effect of spindle system structure on the bearing temperature distribution is investigated.
In this paper, we propose a tracking control method for a quadrotor equipped with a 2-DOF manipulator, which is based on the multiple sliding surface control (MSSC) method. To derive the model of a quadrotor equipped with a 2-DOF manipulator, we obtain the models of a quadrotor and a 2-DOF manipulator based on the Lagrange-Euler formulation separately - and include the inertia and the reactive torque generated by a manipulator when these obtained models are combined. To make a quadrotor equipped with a manipulator track the desired path, we design a double-loop controller. The desired position is converted into the desired angular position in the outer controller and the system's angle tracks the desired angular position through the inner controller based on the MSSC method. We prove that the position-tracking error asymptotically converges to zero based on the Lyapunov stability theory. Finally, we demonstrate the effectiveness of the proposed control system through a computer simulation.
In this paper, a new type of pi+ezoelectric stepping motor is designed, manufactured and tested. This motor is composed of piezoelectric torsional actuator and a pair of one-way clutch bearings. The torsional actuator consists of 16-polygonal tube of piezoceramic that can produce an angular displacement associated with shear mode. One-way clutch bearing converts oscillation of torsional actuator into a continuous stepping rotation. The proposed stepping motor does not require any conversion mechanism for stepping motion like any other motors. In the design process, the shear resonance mode of piezoelectric actuator is analyzed by using a commercial finite element analysis program, and the performance of the fabricated torsional actuator is measured. $0.124^{\circ}$ of maximum angular displacement is measured in square wave excitation on the actuator only. The stepping motor is manufactured by assembling a pair of one-way clutch bearings and the torsional actuator. The maximum rotation speed of 72rpm and the blocking torque of 3.136 mNm are measured at 3540 Hz and 100V/mm. Once the proposed piezoelectric stepping motor is miniaturized, it can be used for many compact and precise moving applications.
Clutch energy is the thermal energy dissipated on the clutch disc, and it reaches its highest level during drive-off as a result of the difference between the angular speeds of the flywheel and clutch disc, and the torque transmitted. The thermal energy dissipated effects the clutch life. This study presents a new drive-off and thermal model to calculate the clutch energy for a rear wheel driven heavy-duty vehicle and to analyze the effects of clutch energy on temperatures of clutch pressure plate, flywheel and clutch housing. Three different driver profiles are used, based on the release of the clutch pedal in modulation zone: i) the pedal travels with the same speed all the way, ii) the travel speed of the pedal increases, iii) the travel speed of the pedal decreases. Vehicle test is performed to check the accuracy of the model. When compared to a simpler model that is widely used in the literature to calculate the clutch energy, the model used in this study calculates the clutch energy and angular speed behaviors of flywheel and transmission input shaft in better agreement with experimental results. Clutch wear and total clutch life are also estimated using the mean specific friction power.
Rotating systems concern with torsional vibration, and it should be considered in vibration analysis. To do this, the time-dependent torsional vibrations in a single-walled carbon nanotube (SWCNT) under the linear and harmonic external torque, are investigated in this paper. Eringen's nonlocal elasticity theory is considered to demonstrate the nonlocality and constitutive relations. Hamilton's principle is established to derive the governing equation of motion and consequently related boundary conditions. An analytical method, called the Galerkin method, is utilized to discretize the driven differential equations. Linear and harmonic torsional loads, along with determined amplitude, are applied to the SWCNT as the external torques. SWCNT is considered under the clamped-clamped end supports. In free vibration, analysis of small scale effect reveals the capability of natural frequencies in different modes, and this results desirably are in coincidence with another study. The forced torsional vibration in the time domain, especially for carbon nanotubes, has not been done before in the previous works. The previous forced studies were devoted to the transverse vibrations. It should be emphasized that the dynamical analysis of torsion is novel, workable, and at the beginning of the path. The variations of nonlocal parameter, CNT's thickness, and the influence of excitation frequency on time-dependent angular displacement and nondimensional angular displacement are investigated in the context.
A high speed spindle system for machine tools can be used to reduce the machining time, to improve the machining accuracy, to perform the machining of light metals and hard materials, and to unite the cutting and grinding processes. In this study, a high speed spindle system is developed by applying the oil-air lubrication method, angular contact ball bearings, injection nozzles with dual orifices, cooling jacket and so on. And an air cooling experiment for evaluating the performance of the spindle system is carried out. Especially, in ofder to establish the air cooling conditions related to the development of a high speed spindle system, the effects of cooling air pressure, oil supply rate, air supply rate and rotational spindle speed are studied and discussed on the bearing temperature rise and frictional torque. Also the effects of cooling air pressure, rotational spindle speed and spindle system structure is investigated on the bearing temperature distribution. The experiment on the test model reveals the usefulness of the air cooling method.
This thesis is focused on kinematical and kinematical analysis of each types(Type #1 : use both swing of arm and reaction of knee, Type #2 : Use only swing of arm, not reaction of knee, type #3 : Neither use of swing of arm nor reaction of knee) of vertical jumps according to gender of High School Students. The subjects of this study is High School Student's male and female, 5 each, for analyzation of actions 3D image analyzing and GRF machines were used. To identify the differences of analyzed variables, an independent T-test on gender, an One-way ANOVA on types were used. Summery of the results are stated below. first of all, female students showed differences on Hip Joint angle and Joint Velocity from male students on Kimentic Variable. So training on hip joint force of flection and extension of female students is needed. Both male and female students showed relatively bigger result of arm's Angular Momentum than thigh's Angular Momentum on Type #1. This is regarded of faster Joint Velocity of Arm. Bigger result of female students of arm's contribution on Type #1 than male students can be said as Female student's weaker hip joint's angular muscle force than male student's, so the dependency of arm is heavier than male students. In Kinetic variable, GRF showed bigger result on male students than female students. So female students need to enhance joint's torque to increase GRF than male students. On vertical Impulse, high numeric data of last two reaction of tiptoe of vertical GRF and antero-posterior GRF helped increasing impulse by extending action time of force.
본 논문은 3 차원 유한요소해석 기법을 이용하여 토오크 시험을 위한 표준시험시편의 각도 및 동심 오열이 시편의 응력과 변형률 변화에 미치는 영향을 분석하였다. 해석 결과의 정량적 비교를 위해 각, 동심 및 복합 축 오열에 대한 평균 굽힘 변형률을 적용하였으며, 시편 형상에 따른 축 오열 영향을 확인하기 위해 환봉형 시편과 튜브형 시편에 대해 각각 유한요소해석을 실시하였다. 해석결과로부터 얻어진 변형률과 응력의 변화로 축 오열의 종류와 방향을 예측하는 일반적인 기준을 제시하였으며, 초기 항복조건을 적용하여 축 오열이 토오크 시편의 초기 항복 모멘트에 미치는 영향을 분석하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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