A virtual work form of flexible multibody dynamic formulation with rotary inertia has been derived. For the analysis of large flexible multibody systems, deformation modal coordinates have been employed to represent coupled motion between gross and vibrational motion. For the efficient evaluation of the entries in the mass matrix, a flexible body has been treated as a collection of mass points. The rotary inertia was generated from the consistent mass matrix in a finite element model. Deformation mode shapes were obtained from finite element analysis. Bending and twisting vibration analyses of a cantilever have been carried out to see rotary inertia effects. A space flexible robot simulation has been also carried out to show effectiveness of the proposed formulation. This formulation is effective to the model that consists of beam, plate, or shell element that contains rotational degree of freedom at the nodal point. It is also effective to the flexible body model to which a large lumped rotary inertia is attached.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.2
no.3
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pp.65-72
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2001
Generally, it is said that control of the inertia system is to track the reference input quickly while suppressing the vibration due to the system itself. In this case, the difficulty fur designing a controller is caused by modeling uncertainty and parameter variation. The purpose of this paper is to propose a design method to suppress the vibration of three-mass inertia system based on the LMI theory. That is, the generalized plant model by which we can cope with conservativeness of the existing H$_{*}$ theory is proposed and analyzed in terms of LMI. The results of simulation fur the three-mass inertia system show that the proposed design approach is quite effective under the given situations.
Proceedings of the Korea Institute of Convergence Signal Processing
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2001.06a
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pp.129-132
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2001
she purpose of this paper is to propose an approach to suppress the vibration of three-mass inertia system based on the LMI theory. and confirm its validity through simulations under the condition of parameter variation. First, the existing $H_{\infty}$ servo problem is modified to a structure to which the LMI theory can be applied by virtue of the interval model principle. By adopting this structure, we can divide given specifications fur the vibration suppression problem into $H_2$and $H_{\infty}$ performance criteria. The results of simulation for the three-mass inertia system show that the proposed design approach is quite effective.
On the stability of the Timoshenko cantilever column subjected of a compressive follower force, the influences of the moment of inertia of the tip mass at the free end and the characteristics of a translational spring at the free end of the column are studied. The equations of motion and boundary conditions of system are estabilished by using the d'Alembert virtual work of principle. On the evaluation of stability of the column, the effect of the shear deformation and rotatory inertia is considered in calculation. The moment of inertia of the tip mass at the free end of the column is changed by adjusting the distance c, from the free end of the column to the tip mass center. The free end of the column is supported elastically by a translational spring. For the maintenance of the good stability of the column, it is also proved that the constant of the translational spring at the free end must be very large for the case without a tip mass while it must be small for the case with a tip mass. Therefore, it is found that the shape of the tip mass and the characteristic of the spring at the free end are very effective elements for the stability of the column when the columns subjected to a compressive follower force are designed.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.12
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pp.1168-1175
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2010
Excessive torsional vibrations from marine engine shafting systems can be reduced by using torsional vibration dampers. But in order to be tuned effectively, the dampers should be designed through the optimum design procedure. In this paper, the procedure to get the optimum values of system parameters of spring-viscous dampers using effective modal mass of inertia and stiffness is suggested and the damping is determined by the exact algebra optimization method. The validity of the suggested method is confirmed through the application to a 1800 kW four cycle diesel engine and generator system.
The objectives of this study were to analyze gear rattle in a power drive line using its dynamic model and to derive design guidelines to eliminate it. A 72 degrees of freedom model of power driveline of an agricultural tractor was developed and proved to be valid fer predicting the collision characteristics of gears in mesh, which may determine whether or not the gear rattle will occur. Using the model the effects on the rattle of drag torque, backlash, mass moment of inertia, transmitting torque were analyzed. Increasing drag torque or decreasing mass moment of inertia reduced gear rattle. The gears transmitting power do not develop rattles. It was also found that a large amount of rattle is likely to be developed by the change gears placed at the end of idle shafts. Increasing the drag torque to such change gears may be the most effective way of reducing the gear rattle in a tractor driveline.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.4
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pp.371-379
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2006
Increasing requirements for the high quality of industrial robot performance made the vibration control issue very important because the vibration makes it difficult to achieve quick response of robot motion and may bring mechanical damage to the robot. This paper presents a vibration control solution for industrial robots which have flexible joints. The joint flexibility is modeled as a two-mass system. And we analyze the vibration problem of a classical P-PI controller when it used for the flexible joints of industrial robots. Then a state feedback controller is designed for vibration suppression of the two-mass system. Finally, a gain-scheduling method is designed for maintaining control performance in spite of the time-varying nature of each joint's load side inertia. Simulation and experimental results show effective vibration suppression and uniform properties in overshoot in spite of the variation of load. The result of this study can be applied to the appropriate gain manipulation of many other mechatronic devices which have the two-mass system with varying load side inertia.
In this paper the tuned mass-damper-inerter (TMDI) is considered for passive vibration control and energy harvesting in harmonically excited structures. The TMDI couples the classical tuned mass-damper (TMD) with a grounded inerter: a two-terminal linear device resisting the relative acceleration of its terminals by a constant of proportionality termed inertance. In this manner, the TMD is endowed with additional inertia, beyond the one offered by the attached mass, without any substantial increase to the overall weight. Closed-form analytical expressions for optimal TMDI parameters, stiffness and damping, given attached mass and inertance are derived by application of Den Hartog's tuning approach to suppress the response amplitude of force and base-acceleration excited single-degree-of-freedom structures. It is analytically shown that the TMDI is more effective from a same mass/weight TMD to suppress vibrations close to the natural frequency of the uncontrolled structure, while it is more robust to detuning effects. Moreover, it is shown that the mass amplification effect of the inerter achieves significant weight reduction for a target/predefined level of vibration suppression in a performance-based oriented design approach compared to the classical TMD. Lastly, the potential of using the TMDI for energy harvesting is explored by substituting the dissipative damper with an electromagnetic motor and assuming that the inertance can vary through the use of a flywheel-based inerter device. It is analytically shown that by reducing the inertance, treated as a mass/inertia-related design parameter not considered in conventional TMD-based energy harvesters, the available power for electric generation increases for fixed attached mass/weight, electromechanical damping, and stiffness properties.
The present paper studies the variation of the natural frequencies and mode shapes of rectangular plates carrying a three degree-of-freedom spring-mass system (subsystem), when the subsystem changes (stiffness, mass, moment of inertia, location). An analytical approach based on Lagrange multipliers as well as a finite element formulation are employed and compared. Numerically reliable results are presented for the first time, illustrating the convenience of using the present analytical method which requires only the solution of a linear eigenvalue problem. Results obtained through the variation of the mass, stiffness and moment of inertia of the 3-DOF system can be understood under the effective mass concept or Rayleigh's statement. The analysis of frequency values of the whole system, when the 3-DOF system approaches or moves away from the center, shows that the variations depend on each particular mode of vibration. When the 3-DOF system is placed in the center of the plate, "new" modes are found to be a combination of the subsystem's modes (two rotations, traslation) and the bare plate's modes that possess the same symmetry. This situation no longer exists as the 3-DOF system moves away from the center of the plate, since different bare plate's modes enable distinct motions of the 3-DOF system contributing differently to the "new' modes as its location is modified. Also the natural frequencies of the compound system are nearly uncoupled have been calculated by means of a first order eigenvalue perturbation analysis.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.4
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pp.730-738
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2007
As well known when the linear machine is operated between two points repeatedly under positioning control, there are various positioning error at the moment of zero speed owing to the non-linear disturbance like as unpredictable friction force. To remove this positioning error, a simple least order disturbance observer is introduced and is actually implemented in this study. Due to this simple algorithm the over-all machine system can be modified to simple arbitrary given one-mass load without any disturbance. So, the total construction process for positioning control system is much easier than old one. Moreover, to generate a proper effective position profile with the limited actual machine force, a very powerful on-line mass identification algorithm using the load force estimator is presented. In the proposed mass identification algorithm, the exact load mass can be calculated during only one moving stage under a normally generated position profile. All presented algorithm is verified with experimental result with commercial linear servo machine system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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