A nonlinear gas-spring tuned mass damper is proposed to mitigate the seismic responses of the multi-degree-of-freedom (MDOF) structure, in which the nine-story benchmark model is selected as the controlled object. The nonlinear mechanical properties of the gas-spring are investigated through theoretical analysis and experiments, and the damper's control parameters are designed. The control performance and damping mechanism of the proposed damper attached to the MDOF structure are systematically studied, and its reliability is also explored by parameter sensitivity analysis. The results illustrate that the nonlinear gas-spring TMD can transfer the primary structure's vibration energy from the lower to the higher modes, and consume energy through its own relative movement. The proposed damper has excellent "Reconciling Control Performance", which not only has a comparable control effect as the linear TMD, but also has certain advantages in working stroke. Furthermore, the control parameters of the gas-spring TMD can be determined according to the external excitation amplitude and the gas-spring's initial volume.
Excessive vibrations induced by earthquake excitation and wind load are an obstacle in design and construction of tall and super tall buildings. An innovative vibration control structure system (Mega-Sub Controlled Structure System-MSCSS) was recently proposed to further improve humans comfort and their safeties during natural disasters. Preliminary investigations were performed using a two dimensional equivalent simplified model, composed by 3 mega-stories. In this paper, a more reasonable and realistic scaled model is design to investigate the dynamical characteristics and controlling performances of this structure when subjected to strong earthquake motion. The control parameters of the structure system, such as the modulated sub-structures disposition; the damping coefficient ratio (RC); the stiffness ratio (RD); the mass ratio of the mega-structure and sub-structure (RM) are investigated and their optimal values (matched values) are obtained. The MSCSS is also compared with the so-called Mega-Sub Structure (MSS) regarding their displacement and acceleration responses when subjected to the same load conditions. Through the nonlinear time history analysis, the effectiveness and the feasibility of the proposed mega-sub controlled structure system (MSCSS) is demonstrated in reducing the displacement and acceleration responses and also improving human comfort under earthquake loads.
A novel vibration control method for vibration reduction of a spacial structure subjected to earthquake excitation was proposed in this study. Generally, spatial structures have various vibration modes involving high-order modes and their natural frequencies are closely spaced. Therefore, in order to control these modes, a spatially distributed MTMDs (Multiple TMDs) method is proposed previously. MR (Magnetorheological) damper were used to enhance the control performance of the MTMDs. Accordingly, MSTMDs (Multiple Smart TMDs) were proposed in this study. An arch structure was used as an example structure because it has primary characteristics of spatial structures and it is a comparatively simple structure. MSTMDs were applied to the example arch structure and the seismic control performance were evaluated based on the numerical simulation. Fuzzy logic control algorithm (FLC) was used to generate command voltages sent for MSTMSs and the FLC was optimized by genetic algorithm. Based on the analytical results, it has been shown that the MSTMDs effectively decreased the dynamic responses of the arch structure subjected to earthquake loads.
A variable structure control (VSC) based model following control system that possesses fault detection and isolation (FDI) capability as well as fault tolerance property is proposed. The nonlinear part of the proposed control law. whose magnitude is determined by sliding variables, plays the role of suppressing fault effect. Thus, approximate fault reconstruction is also possible via the analysis of sliding variables. The proposed algorithm is applied to an active suspension system of pound vehicles to verify its applicability.
To achieve the lightweight and robust design of a structure, it is requested to design a structure and its control system simultaneously, which is called as the combined optimal design. A constant-cross-sectional area cantilever beam was chosen as an example for the applying the optimum design method. An initial load and a time varying disturbance were applied at the free end of the beam. Sliding mode control was selected due to its insensitiveness to the disturbance compared with other modes. It is known that the sliding mode control is robust to the disturbance and the uncertainty only if a matching condition is met, after giving a switching hyper plane. In this study, the optimum method was used for the design of the switching hyper plane and the objective function of the optimum switching hyper plane was assumed to be the objective one of the control system. The total weight of the structure was treated as a constraint and the cross sectional areas of the beam were considered as design variables, which means a nonlinear programming problem. The sequential linear programming method was applied to solve it. As a result of the optimum design, the effect of attenuating vibrations has been improved obviously. Moreover, lightweight design of the structure became possible from the relationship of the weight of the structure and the control objective function.
Robust stability conditions for discrete-time variable structure control is proposed. Conventionally the discrete-time variable structure control method with a variable structure uncertainty compensator approach requires a bounded changing rate of the uncertainties to ensure robust stability. However, when uncertainties vary as a function of state variables, which occur with parametric uncertainties, it is not reasonable to assume a bounded variation on the uncertainties. In this paper, uncertainties are assumed to consist of exogenous disturbances and parametric uncertainties. An uncertainty compensator is used to deal with the former, and a robust stability condition is derived using Small Gain Theorem for the latter.
An integrated optimal structural design method for a diagrid structure and control device was developed. A multi-objective genetic algorithm was used and a 60-story diagrid building structure was developed as an example structure. Artificial wind and earthquake loads were generated to assess the wind-induced and seismic responses. A smart tuned mass damper (TMD) was used as a structural control system and an MR (magnetorheological) damper was employed to develop a smart TMD (STMD). The multi-objective genetic algorithm used five objectives including a reduction of the dynamic responses, additional stiffness and damping, mass of STMD, capacity of the MR damper for the integrated optimization of a diagrid structure and a STMD. From the proposed method, integrated optimal designs for the diagrid structure and STMD were obtained. The numerical simulation also showed that the STMD provided good control performance for reducing the wind-induced and seismic responses of a tall diagrid building structure.
An Optimal Feedforward Integral Variable Structure or FIVSC approach for an electrohydraulic position servo control system is presented in this paper. The FIVSC algorithm combines feedforward strategy and integral in the conventional Variable Structure Control (VSC) and calculating the control function to guarantee the existence of a sliding mode. Furthermore, the chattering in the control signal is suppressed by replacing the sign function in the control function with a smoothing function. The simulation results illustrate that the purposed approach gives a significant improvement on the tracking performances when compared with some existing control methods, like the IVSC and MIVSC strategies. Simulation results illustrate that the purposed approach can achieve a zero steady state error for ramp input and has an optimal motion with respect to a quadratic performance index. Moreover, Its can achieve accurate servo tracking in the presence of plant parameter variation and external load disturbances.
In this paper, an idea of a network type distributed control of a system with inner loop control structure will be considered. Generally, in case of a control system with inner loop control structure, it is not easy to implement circuits and programming. Using network type distributed control structure, it will show how it is better than before. CAN(Controller Area Network) protocol which has been known that it has a high reliability on the signal in the various network protocols is used. Also, Arago's Disk System which has a inner loop control stucture is made to validate effectiveness of the proposed method.
An algorithm of fuzzy variable structrue control is proposed to design a closed loop fuel-injection system for the emission control of automotive gasoline engines. Fuzzy control is combined with sliding control at the switching boundary layer to improve the chattering of the stoichiometric air to fuel ratio. Multi-staged fuzzy rules are introduced to improve the adaptiveness of control system for the various operating conditions of engines, and a simplified technique of fuzzy inference is also adopted to improve the computational efficiency based on nonfuzzy micro-processors. The proposed method provides an effective way of engine controller design due to its hybrid structure satisfying the requirements of robustness and stability. The great potential of the fuzzy variable structure control is shown through a hardware-testing with an Intel 80C186 processor for controller and a typical engine-only model on an AD-100 computer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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