IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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제6권1호
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pp.1-9
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2017
This paper proposes to improve the performance of a strap down inertial navigation system using a foot-mounted low-cost inertial measurement unit/magnetometer by configuring an attitude and heading reference system. To track position accurately and for attitude estimations, considering different dynamic constraints, magnetic measurement and a zero velocity update technique is used. A conventional strap down method based on integrating angular rate to determine attitude will inevitably induce long-term drift, while magnetometers are subject to short-term orientation errors. To eliminate this accumulative error, and thus, use the navigation system for a long-duration mission, a hybrid configuration by integrating a miniature micro electromechanical system (MEMS)-based attitude and heading detector with the conventional navigation system is proposed in this paper. The attitude and heading detector is composed of three-axis MEMS accelerometers and three-axis MEMS magnetometers. With an absolute algorithm based on gravity and Earth's magnetic field, rather than an integral algorithm, the attitude detector can obtain an absolute attitude and heading estimation without drift errors, so it can be used to adjust the attitude and orientation of the strap down system. Finally, we verify (by both formula analysis and from test results) that the accumulative errors are effectively eliminated via this hybrid scheme.
In this study, we improved control performance of an EMV (electromechanical valve) system using a PM/EM (permanent magnet/electromagnet) hybrid EMA (electromagnetic actuator) and showed the feasibilities of both soft landing and fast transition of the EMV system using a simple PID control. The conventional EMV systems using only EM show significant nonlinear characteristics. Therefore, it is very difficult to control the valve position and several complex control schemes are used. This paper focused on the control performance improvement using a PM/EM hybrid actuator. In particular, a PM is used as a key design parameter such as a bias current of a magnetic bearing in order to improve the linear characteristic of the actuator, although most PM/EM hybrid actuators use a PM as a power saver during valve-open and -closed states. First, a FE (finite element) analysis was performed to confirm its linear static force characteristics. Then, both a test rig and a valve control system were built in order to prove experimentally the control performance improvement of the actuator. Finally, feasibilities of both soft landing and fast transition of the system were shown experimentally through gain-scheduled PID (proportional derivative integral) control.
Generally, the accuracy of motion control systems is strongly influenced by both the mechanical characteristics and servo characteristics of feed drive systems. In the fed drive systems of machine tools that consist of mechanical parts and electrical parts, a torsional vibration is often generated because of its elastic elements in torque transmission. Especially, a torsional vibration caused by the elasticity of mechanical elements might deteriorate the quick movement of system and lead to shorten the life time of the mechanical transmission elements. So it is necessary to analyze the electromechanical system mathematically to optimize the dynamic characteristics of the feed drive system. In this paper, based on the simplifies feed drive system model, radius errors due to position gain mismatch and servo response characteristic have been developed and an optimal criterion for tuning the gain of speed controller is discussed. The proportional and integral parameter gain of the feed drive controller are optimal design variables for the gain tuning of PI speed controller. Through the optimization problem formulation, both proportional and integral parameter are optimally tuned so as to compensate the radius errors by using the genetic algorithm. As a result, higher performance on circular profile tests has been achieved than the one with standard parameters.
This paper discusses the impacts of large scale grid-connected wind farm equipped with permanent magnet synchronous generator (PMSG) on power system small signal stability (SSS) incorporating wind generation uncertainty and volatility. Firstly, a practical simplified PMSG model with rotor-flux-oriented control strategy applied is derived. In modeling PMSG generator side converter, the generator-voltage-oriented control strategy is utilized to implement the decoupled control of active and reactive power output. In modeling PMSG grid side converter, the grid-voltage-oriented control strategy is applied to realize the control of DC link voltage and the reactive power regulation. Based on the Weibull distribution of wind speed, the Monte Carlo simulation technique based is carried out on the IEEE 16-generator-68-bus test system as benchmark to study the impacts of wind generation uncertainty and volatility on small signal stability. Finally, some preliminary conclusions and comments are given.
The contact acoustic emission (AE) monitoring system is time-consuming and costly for monitoring concrete structures in large scope, in addition, the great difference in acoustic impedance between air and concrete makes the detection process inconvenient. In this work, we broaden the conventional AE source localization method for concrete to the non-contact (air-coupled) micro-electromechanical system (MEMS) microphones array, which collects the energy-rich leaky Rayleigh waves, instead of the relatively weak P-wave. Finite element method was used for the numerical simulations, it is shown that the propagation velocity of leaky Rayleigh waves traveling along the air-concrete interface agrees with the corresponding theoretical properties of Lamb wave modes in an infinite concrete slab. This structures the basis for implementing a non-contact AE source location approach. Based on the experience gained from numerical studies, experimental studies on the proposed air-coupled AE source location in concrete slabs are carried out. Finally, it is shown that the locating map of AE source can be determined using the proposed system, and the accuracy is sufficient for most field monitoring applications on large plate-like concrete structures, such as tunnel lining and bridge deck.
A new RMRAC scheme far the PMSM current regulation is proposed in a synchronous frame, which is completely free from the parameter's uncertainty. A current regulator of PMSM is the inner most loop of electromechanical driving systems and plays a foundation role in the control hierarchy. When the PMSM runs in high speed, the cross-coupling terms must be compensated precisely for large system BW. In the proposed RMRAC, the input signal is composed of a calculated voltage defined by MRAC law and an output of the disturbance compensator. The gains of feed forward and feedback controller are estimated by the proposed modified gradient method, where the system disturbances are assumed as filtered current regulation errors. After the compensation of the system disturbance from error information, the corresponding voltage is fed forward to control input to compensate for real disturbances. The proposed method robustly compensates the system disturbance and cross-coupling terms. It also shows a good realtime performance due to the simplicity of control structure. Through real experiments, the efficiency of the proposed method is verified.
Sensor networks are the results of convergence of very important technologies such as wireless communication and micro electromechanical systems. In recent years, sensor networks found a wide applicability in various fields such as health, environment and habitat monitoring, military, etc. A very important step for these many applications is pattern classification and recognition of data collected by sensors installed or deployed in different ways. But, pattern classification and recognition are sometimes difficult to perform. Systematic approach to pattern classification based on modern teaming techniques like Multivariate Gaussian mixture models, can greatly simplify the process of developing and implementing real-time classification models. This paper proposes a new recognition system which is hierarchically composed of many sensor nodes haying the capability of simple processing and wireless communication. The proposed system is able to perform classification of sensed data using the Multivariate Gaussian function. In order to verify the usefulness of the proposed system, it was applied to hand gesture recognition system.
Modeling of engine-generator system and its control responses are investigated using high performance generator controller. The nonlinear engine is modeled using mean torque production model based on experimental engine map. In case of diesel engine. the amount of injected fief is decided by engine controller depending on the APS(Acceleration Position Sensor) value. An electromechanical generator model contains electrical circuits and moment of inertia. The generator controller maximizes the performance of generator using decoupling and linearized current feedback control. The generator control system consists of 3-phase IGBT inverter and controller board based on 32 bit floating point DSP. Field oriented control algorithm with digital current feedback control at 10kHz sampling enabled high performance torque and speed control of induction machine. Not only the steady state but also the transient state responses can be evaluated through a batch test of the engine generator system. Developed engine and generator modeling and control can be utilized in various applications such as Series Hybrid Electric Vehicle(SHEV), engine-generator for emergency, and other hybrid generation systems.
Hassani, Faezeh Arab;Payam, Amir Farrokh;Fathipour, Morteza
Smart Structures and Systems
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제6권1호
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pp.1-16
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2010
This paper presents a novel smart MEMS accelerometer which employs a hybrid control algorithm and an estimator. This scheme is realized by adding a sliding-mode controller to a conventional PID closed loop system to achieve higher stability and higher dynamic range and to prevent pull-in phenomena by preventing finger displacement from passing a maximum preset value as well as adding an adaptive nonlinear observer to a conventional PID closed loop system. This estimator is used for online estimation of the parameter variations for MEMS accelerometers and gives the capability of self testing to the system. The analysis of convergence and resolution show that while the proposed control scheme satisfies these criteria it also keeps resolution performance better than what is normally obtained in conventional PID controllers. The performance of the proposed hybrid controller investigated here is validated by computer simulation.
Jung Min Woo;Hwang Chang Mo;Jeong Gi Seok;Kang Jung Soo;Ahn Chi Bum;Kim Kyung Hyun;Lee Jung Joo;Park Yong Doo;Sun Kyung
대한의용생체공학회:의공학회지
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제26권6호
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pp.393-398
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2005
An electromechanical type is the most useful mechanism in the various pumping mechanisms. It, however, requires a movement converting system including a ball screw, a helical cam, or a solenoid-beam spring, which makes the device complex and may lessen reliability. Thus, the authors have hypothesized that an electromagnetic actuator mechanism can eliminate the movement converting system and that thereby enhance the mechanical reliability and operative simplicity of an electropneumatic pump. The purpose of this study was to show a novel application of electromagnetic actuator mechanism in pulsatile pump and to provide preliminary data for further evaluations. The electromagnetic actuator consists of stators with a single winding excitation coil and movers with a high energy density neodymium-iron-boron permanent magnet. A 0.5mm diameter wire was used for the excitation coil, and 1000 turns were wound onto the stators core with parallel. A prototype of extracorporeal electro-pneumatic pump was constructed, and the pump performance tests were performed using a mock system to evaluate the efficiency of the electromagnetic actuator mechanism. When forward and backward electric currents were supplied to the excitation coil, the mover effectively moved back and forth. The nominal stroke length of the actuator was 10mm. The actuator dimension was 120mm in diameter and 65mm in height with a mass of 1.4kg. The prototype pump unit was 150mm in diameter, 150mm in thickness and 4.5kg in weight. The maximum force output was 70N at input current of 4.5A and the maximum pump rate was 150 beats per minute. The maximum output was 2.0 L/minute at a rate of 80bpm when the afterload was 100mmHg. The electromagnetic actuator mechanism was successfully applied to construct the prototype of extracorporeal electropneumatic pump. The authors provide the above results as a preliminary data for further studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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