Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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제8권2호
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pp.1-8
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2004
Sliding mode control (SMC), which is one of active control algorithms showing remarkable control performance, requires the excessive control force for control of seismically excited civil structures. Therefore, controller saturation should be considered in design of SMC. In this study, a method for determining the maximum control force is developed in terms of the fraction of the lateral restoring force using a design response spectrum. Numerical analyses of MDOF structures with one or multiple control devices verify the effectiveness of the proposed method for the control of seismically excited civil structures with saturation problem.
The complexity of macro-fiber composite (MFC) materials increasing the difficulty in simulation and analysis of MFC integrated structures. To give an accurate prediction of MFC bonded smart structures for the simulation of shape and vibration control, the paper develops a linear electro-mechanically coupled static and dynamic finite element (FE) models based on the first-order shear deformation (FOSD) hypothesis. Two different types of MFCs are modeled and analyzed, namely MFC-d31 and MFC-d33, in which the former one is dominated by the $d_{31}$ effect, while the latter one by the $d_{33}$ effect. The present model is first applied to an MFC-d33 bonded composite plate, and then is used to analyze both active shape and vibration control for MFC-d31/-d33 bonded plate with various piezoelectric fiber orientations.
New insights into our previously proposed hybrid-type method for vibration control are highlighted in terms of energy analysis, such as the assessment of energy efficiency and system stability. The hybrid method improves the bang-bang active method by combining it with an energy-recycling approach. Its simple configuration and low energy-consumption property are quite suitable especially for isolated structures whose energy sources are strictly limited. The harmful influence of the external voltage is assessed, as well as its beneficial performance. We show a new chattering prevention approach that both harvests electrical energy from piezoelectric actuators and eliminates the displacement-offset of the equilibrium point of structures. The amount of energy consumption of the hybrid system is assessed qualitatively and is compared with other control systems. Experiments and numerical simulations conducted on a 10-bay truss can provide a thorough energy-efficiency evaluation of the hybrid suppression system having our energy-harvesting system.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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한국전산구조공학회 1992년도 가을 학술발표회 논문집
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pp.156-161
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1992
Over the past twenty years, the concept of structural control has been investigated for the application to large civil engineering structures. At the early years, passive control systems, such as tuned mass damper(TMD) and tuned liquid mass bamper(TLD), have been utilized to reduce the wind induced vibrations of tall buildings, decks and pylons of long-span bridges. More recently, the active control concept has been applied to reducing the structural vibration and increasing the human comfortness in tall buildings during strong wind. In this study, the effectiveness of the active tuned mass damper(ATMD) has been investigated for reducing vibration of large structures during strong earthquake. Stochastic optimal control theory has been employed. Example analyses are carried out through analytical simulation studies.
The dynamic response analysis of closed loop control system based on probability for the intelligent truss structures with random parameters is presented. The expressions of numerical characteristics of structural dynamic response of closed loop control system are derived by means of the mode superposition method, in which the randomness of physical parameters of structural materials, geometric dimensions of active bars and passive bars, applied loads and control forces are considered simultaneously. The influences of the randomness of them on structural dynamic response are inspected by several engineering examples and some significant conclusions are obtained.
This paper proposes a GA-based optimal fuzzy control technique for the vibration control of earthquakeexcited adjacent structures interconnected with semi-active magneto-rheological(MR) dampers. Rule-based fuzzy logic controllers are designed first by implementing heuristic knowledge and the genetic algorithm(GA) is then introduced to optimally tune the fuzzy controllers for enhancing the seismic performance of semi-active control system. For practical implementation, the fuzzy controller simply uses locally measured responses of the dampers involved and directly returns the input voltage to the magneto-rheological dampers in real time through the fuzzy inference mechanism. The local measurement based fuzzy controller provides optimal damping force in a decentralized manner so that it does not require a primary central controller unlike the conventional semi-active control techniques. As a result, it can avoid the unbridgeable discrepancy between the desired control force and the actual damper force that may occur in the conventional control approaches. The validity and effectiveness of the proposed control method are shown numerically on two 20-story earthquake-excited buildings interconnected with MR dampers.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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제21권2호
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pp.41-48
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2021
A smart tuned mass damper (TMD) is widely studied for seismic response reduction of various structures. Control algorithm is the most important factor for control performance of a smart TMD. This study used a Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) among reinforcement learning techniques to develop a control algorithm for a smart TMD. A magnetorheological (MR) damper was used to make the smart TMD. A single mass model with the smart TMD was employed to make a reinforcement learning environment. Time history analysis simulations of the example structure subject to artificial seismic load were performed in the reinforcement learning process. Critic of policy network and actor of value network for DDPG agent were constructed. The action of DDPG agent was selected as the command voltage sent to the MR damper. Reward for the DDPG action was calculated by using displacement and velocity responses of the main mass. Groundhook control algorithm was used as a comparative control algorithm. After 10,000 episode training of the DDPG agent model with proper hyper-parameters, the semi-active control algorithm for control of seismic responses of the example structure with the smart TMD was developed. The simulation results presented that the developed DDPG model can provide effective control algorithms for smart TMD for reduction of seismic responses.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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제8권2호
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pp.151-158
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2000
The growth-strain method was used for shape optimization of multi-connected structures. It was verified that the growth-strain method is very effective for shape optimization of structures with only one free surface to be deformed. But it could not provide reasonable optimized shape for multi-connected structures, when the growth-strain method is applied as it is. The purpose of this study is to improve the growth-strain method for shape optimization of multi-connected two- and three- dimensional structures. In order to improve, the problems that occurred as the growth-strain method was applied to multi-connected structures were examined, and then the improved method was suggested. The effectiveness and practicality of the developed shape optimization system was verified by numerical examples.
This study proposes a new vibration control approach for adjacent twin structures, which is termed as viscous damper asymmetric coupling system in this paper. The proposed system takes a concept that the diagonal bracing viscous dampers are asymmetrically distributed in two buildings to break the behavior symmetry of the twin buildings and then the coupling viscous damper is additionally installed at the top floor of the two buildings to couple both buildings and interactively transfer the asymmetric behavior-caused damping forces into both buildings. These asymmetric damping distributions and interacting damping forces of the connection damper efficiently suppress the overall vibration of the damper-coupled adjacent twin buildings efficiently. Genetic algorithm (GA) based multi-objective optimization technique is adopted for optimal design of the proposed system. In the numerical example of adjacent twin 10-story building structures, the conventional control approach, that is, uniform damping distribution system (UDS) is also taken into account for comparison purpose. The optimization results verify that the proposed system either can improve the control performance over the UDS with the same damping capacity, or can save the damping capacity significantly while maintaining the similar level of control performance to the UDS.
An ElectroMagnetic Actuator (EMA) is designed and assessed numerically and experimentally. The EMA has the advantage to be without contact with the structure so it could be applied to light and small mechanism. Nevertheless, the open-loop instability and the nonlinear dynamic behavior with respect to the excitation frequency could limit its application field. The EMA is designed and dimensioned as a function of the experimental structure to be controlled. An inverse model of the EMA is proposed in order to implement a linear action block for the used frequency range. The control strategy is a fuzzy controller with displacements and velocities as inputs. A fuzzy controller of Takagi-Sugeno type is used. The air gap is estimated by using a modal approximation of the displacements issued from all measurements. Several configurations of control are assessed by using numerical simulations. The block diagram used for numerical simulations is implemented under Dspace$^{(R)}$ environment. The implemented controller was tested experimentally in the context of impact perturbations. The results obtained show the effectiveness of the developed procedures and the robustness of the implemented control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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