In this paper, an analysis and hysteretic controller design of a $3^{rd}$ order buck converter is presented. The proposed hysteretic controller consists of an inner current-loop, just like the conventional cascade control scheme, and an outer voltage-loop for load voltage regulation. Although it is possible to include an inner current loop from different branches of the converter, from the feasibility and operational point of view, the load side capacitor current would be the better choice. The addition of an inner current-loop improves the dynamic performance of the converter while preserving the robustness of the hysteretic control. The controller formulation and closed-loop converter performance analysis are validated through computer simulations. Few experimental results of the proposed converter are given and compared with the buck converter.
In general, the laminated rubber bearing (LRB), a composite structure laminated with the elastic rubber and steel plates, has a complex hysteretic nonlinear characteristics in relationships between the restoring force and shear deflection. The representative nonlinear characteristics of LRB include the change of hysteresis loop with cyclic shear deflections and the hardening effects at large shear deflection regions. Changes of the hysteresis loop of LRB with cyclic shear deflections affect the horizontal stiffness and the damping characteristics. The hardening behavior of LRB in large shear deflection region results in an increased horizontal stiffness and therefore, has a great impacton the seismic responses. In this paper, the seismic response analysis is carried out using the modified hysteretic bi-linear model of LRB, which takes into account the hysteresis loop change and the hardening behavior with cyclic shear deflection. The results on seismic responses are compared with those obtained using the widely used hysteretic hi-linear model. The new model is found to reveal the greater amount of peak acceleration response.
The performance enhancement of various damping systems from natural hazards has become an highly important issue in engineering field. In this paper, ENTA hysteretic dampers were tested under cyclic loadings to evaluate their performance in terms of ductility and energy dissipation. The test results showed that the hysteretic dampers are effective damping systems to enhance the buildings performance for remodeling and retrofit of buildings. Also, the hysteretic dampers were modeled in FEM(Finite Element Method) structural analysis program. As comparing the computer modeling and the experiment, this study model reflects the nonlinear behavior of steel and derives the hysteresis loop.
Rabiepour, Mohammad;Zhou, Cong;Chase, James G.;Rodgers, Geoffrey W.;Xu, Chao
Structural Engineering and Mechanics
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제82권2호
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pp.245-258
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2022
Many Structural Health Monitoring (SHM) methods have been proposed for structural damage diagnosis and prognosis. However, SHM for pinched hysteretic structures can be problematic due to the high level of nonlinearity. The model-free hysteresis loop analysis (HLA) has displayed notable robustness and accuracy in identifying damage for full-scaled and scaled test buildings. In this paper, the performance of HLA is compared with seven other SHM methods in identifying lateral elastic stiffness for a six-story numerical building with highly nonlinear pinching behavior. Two successive earthquakes are employed to compare the accuracy and consistency of methods within and between events. Robustness is assessed across sampling rates 50-1000 Hz in noise-free condition and then assessed with 10% root mean square (RMS) noise added to responses at 250 Hz sampling rate. Results confirm HLA is the most robust method to sampling rate and noise. HLA preserves high accuracy even when the sampling rate drops to 50 Hz, where the performance of other methods deteriorates considerably. In noisy conditions, the maximum absolute estimation error is less than 4% for HLA. The overall results show HLA has high robustness and accuracy for an extremely nonlinear, but realistic case compared to a range of leading and recent model-based and model-free methods.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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제11권6호
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pp.275-278
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2010
We have examined the Ferroelectric properties of $PbZr_{0.4}Ti_{0.6}O_3$ (PZT) grains by monitoring the surface potential through the utilization of Kelvin force microscopy. Hysteretic and time dependent behaviors of small and large grains were compared with each other. The smaller grain yields had smaller values of surface potential. However, the normalized voltage versus surface potential behavior indicates that the smaller grains became saturated earlier with respect to the writing voltages than did the larger grains. On the other hand, the surface potential hysteresis loop obtained from the smaller grains showed a similar shape to what might be obtained from a Zr rich PZT film. In contrast the hysteresis loop of the larger grain looks like that obtained from a Ti-rich film. In addition, the time dependent behaviors of the smaller grains also revealed a better response than the response of larger grains. The overall ferroelectric properties of the smaller grains seem better than corresponding properties for larger grains. The Ti/Zr ratio of the PZT film which was examined in this study was 60/40.
A new model of dynamic hysteresis loops is presented. The model is a TSK fuzzy model and can be identified by using input-output data obtained from hysteresis loop systems. The model is shown to exhibit an increase in area of the loop with frequency, which is a hysteretic property.
Tracking control of systems with variable stiffness hysteresis using a gain-scheduled (GS) controller is developed in this paper. Variable stiffness hysteretic system is represented as quasi linear parameter dependent system with known bounds on parameters. Assuming that the parameters can be measured or estimated in real-time, a GS controller that ensures the performance and the stability of the closed-loop system over the entire range of parameter variation is designed. The proposed method is implemented on a spring-mass system which consists of a semi-active independently variable stiffness (SAIVS) device that exhibits hysteresis and precisely controllable stiffness change in real-time. The SAIVS system with variable stiffness hysteresis is represented as quasi linear parameter varying (LPV) system with two parameters: linear time-varying stiffness (parameter with slow variation rate) and stiffness of the friction-hysteresis (parameter with high variation rate). The proposed LPV-GS controller can accommodate both slow and fast varying parameter, which was not possible with the controllers proposed in the prior studies. Effectiveness of the proposed controller is demonstrated by comparing the results with a fixed robust $\mathcal{H}_{\infty}$ controller that assumes the parameter variation as an uncertainty. Superior performance of the LPV-GS over the robust $\mathcal{H}_{\infty}$ controller is demonstrated for varying stiffness hysteresis of SAIVS device and for different ranges of tracking displacements. The LPV-GS controller is capable of adapting to any parameter changes whereas the $\mathcal{H}_{\infty}$ controller is effective only when the system parameters are in the vicinity of the nominal plant parameters for which the controller is designed. The robust $\mathcal{H}_{\infty}$ controller becomes unstable under large parameter variations but the LPV-GS will ensure stability and guarantee the desired closed-loop performance.
For design of seismic isolated system the determination of isolated frequency is very important. In this paper the effects of seismic isolated frequency for cylindrical tank are investigated using the 1940 EL Centre earthquake(NS). From the results of analysis the seismic isolated frequencies significantly depend on input acceleration and displacement components in lower frequency regions. Therefore, the seismic isolated frequency should be determined by consideration of input ground motion characteristics. For the seismic analysis the modified hysteretic hi-linear model of seismic isolators which can consider the yield load variation, shape of hysterisis loop variation and hardening effects of isolators is proposed. The analyses using the proposed model give similar displacement responses but higher maximum acceleration responses than those using the simple hysteretic hi-linear model.
본 논문에서는 모바일 응용에 적합한 고효율의 빠른 응답 특성을 가지는 히스테리틱 벅 변환기를 제안한다. 기존 히스테리틱 변환기의 문제점인 큰 출력 전압 리플과 작은 용량의 전력 인덕터 사용의 어려움을 삼각파 신호 발생기를 통해 해결하였다. 그리고 부하 전류에 따라 가변하는 스위칭 주파수를 PLL(Phase Locked Loop)구조를 사용하여 일정하게 함으로써 주변 IC에 미치는 EMI(Electro Magnetic Interference)잡음을 최소화 하였다. 이 회로는 BCDMOS 0.35um 2-poly 4-metal 공정으로 제작되었으며, 측정 결과 입력전압 3.7V, 출력전압 1.2V 부하 전류 50~500mA 범위에서 20mV 이하의 출력 전압 리플을 나타내며 170mA 이상의 부하 전류를 구동하는 경우 2MHz의 고정된 스위칭 주파수에서 동작하였다.
Hamish Tomlinson;Geoffrey W. Rodgers;Chao Xu;Virginie Avot;Cong Zhou;J. Geoffrey Chase
Smart Structures and Systems
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제31권2호
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pp.101-111
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2023
Structural health monitoring (SHM) covers a range of damage detection strategies for buildings. In real-time, SHM provides a basis for rapid decision making to optimise the speed and economic efficiency of post-event response. Previous work introduced an SHM method based on identifying structural nonlinear hysteretic parameters and their evolution from structural force-deformation hysteresis loops in real-time. This research extends and generalises this method to investigate the impact of a wide range of flag-shaped or pinching shape nonlinear hysteretic response and its impact on the SHM accuracy. A particular focus is plastic stiffness (Kp), where accurate identification of this parameter enables accurate identification of net and total plastic deformation and plastic energy dissipated, all of which are directly related to damage and infrequently assessed in SHM. A sensitivity study using a realistic seismic case study with known ground truth values investigates the impact of hysteresis loop shape, as well as added noise, on SHM accuracy using a suite of 20 ground motions from the PEER database. Monte Carlo analysis over 22,000 simulations with different hysteresis loops and added noise resulted in absolute percentage identification error (median, (IQR)) in Kp of 1.88% (0.79, 4.94)%. Errors were larger where five events (Earthquakes #1, 6, 9, 14) have very large errors over 100% for resulted Kp as an almost entirely linear response yielded only negligible plastic response, increasing identification error. The sensitivity analysis shows accuracy is reduces to within 3% when plastic drift is induced. This method shows clear potential to provide accurate, real-time metrics of non-linear stiffness and deformation to assist rapid damage assessment and decision making, utilising algorithms significantly simpler than previous non-linear structural model-based parameter identification SHM methods.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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