Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.17
no.7
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pp.862-868
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2007
The planar motion of the index finger in general human hands is usually implemented by the actuation of three joints. This task requires a technique to determine the joint combination for each fingertip position which is well-known as the inverse kinematics problem in robotics. Especially, it is an essential work for grasping and manipulation tasks by robotic and humanoid fingers. In this paper, an intelligent neural learning scheme for solving such inverse kinematics is presented. Specifically, a multi-layered neural network is utilized for effective inverse kinematics, where a dynamic neural learning algorithm is employed for fast learning. Also, a bio-mimetic feature of general human fingers is incorporated to the learning scheme. The usefulness of the proposed approach is verified by simulations.
Time-series models like AR-ARX and ARMAX, provide a robust way to capture the dynamic properties of structures, and their residuals can be effectively used as features for damage detection. Even though several research papers discuss the implementation of AR-ARX and ARMAX models for damage diagnosis, they are basically been exploited so far for detecting the time instant of damage and also the spatial location of the damage. However, the inverse problem associated with damage quantification i.e. extent of damage using time series models is not been reported in the literature. In this paper, an approach to detect the extent of damage by combining the ARMAX model by formulating the inverse problem as a multi-constrained optimization problem and solving using a newly developed hybrid adaptive differential search with dynamic interaction is presented. The proposed variant of the differential search technique employs small multiple populations which perform the search independently and exchange the information with the dynamic neighborhood. The adaptive features and local search ability features are built into the algorithm in order to improve the convergence characteristics and also the overall performance of the technique. The multi-constrained optimization formulations of the inverse problem, associated with damage quantification using time series models, attempted here for the first time, can considerably improve the robustness of the search process. Numerical simulation studies have been carried out by considering three numerical examples to demonstrate the effectiveness of the proposed technique in robustly identifying the extent of the damage. Issues related to modeling errors and also measurement noise are also addressed in this paper.
Nowadays, there are two classes of methods for damage detection in structures consisting of static and dynamic. The dynamic methods are based on studying the changes in structure's dynamic characteristics. The theoretical basis of this method is that damage causes changes in dynamic characteristics of structures. The dynamic methods are divided into two categories: signal based and modal based. The modal based methods utilize the modal properties consisting of natural frequencies, modal damping and mode shapes. As the modal properties are sensitive to changes in the structure, these can be used for detecting the damages. In this study, using dynamic method and modal based approach (natural frequencies and mode shapes), the objective function is formulated. Then, detection of damages of truss structures is addressed by using Simplified Dolphin Echolocation algorithm and solving inverse optimization problem. Many scenarios are used to simulate the damages. To demonstrate the ability of the algorithm, different truss structures with several multiple elements scenarios are tested using a few runs. The influence of the two different levels of noise in the modal data for these scenarios is also considered. The last example of this article is investigated using a different mutation. This mutation obtains the exact answer with fewer loops and population by limited computational effort.
A new method for both local damage(s) identification and input excitation force identification of beam structures is presented using the dynamic response sensitivity-based finite element model updating method. The state-space approach is used to calculate both the structural dynamic responses and the responses sensitivities with respect to structural physical parameters such as elemental flexural rigidity and with respect to the force parameters as well. The sensitivities of displacement and acceleration responses with respect to structural physical parameters are calculated in time domain and compared to those by using Newmark method in the forward analysis. In the inverse analysis, both the input excitation force and the local damage are identified from only several acceleration measurements. Local damages and the input excitation force are identified in a gradient-based model updating method based on dynamic response sensitivity. Both computation simulations and the laboratory work illustrate the effectiveness and robustness of the proposed method.
Proceedings of the Korean Institute of Intelligent Systems Conference
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1993.06a
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pp.1021-1024
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1993
System identification is a major component for a control system. In biosystems, which is nonlinear and dynamic, precise identification would be very helpful for implementing a control system. It is difficult to precisely identify such non-linear systems. The measurable data on products from 2,3-butanediol fermentation could not be included in a process model based on kinetic approach. Meanwhile, a predictive capability is required in developing a control system. A neural network (NN) dynamic identifier with a by/(1+ t ) transfer function was therefore designed being able to predict this fermentation. This modified inverse NN identifier differs from traditional models in which it is not only able to see but also able to predict the system. A moving window, with a dimension of 11 and a fixed data size of seven, was properly designed. One-step ahead identification/prediction by an 11-3-1 BPNN is demonstrated. Even under process fault, this neural network is still able to perform several-step ahead prediction.
Despite of the rich literature in discriminant analysis, this complicated subject remains much to be explored. In this article, we study the theoretical foundation that supports Fisher's linear discriminant analysis (LDA) by setting up the classification problem under the dimension reduction framework as in Li(1991) for introducing sliced inverse regression(SIR). Through the connection between SIR and LDA, our theory helps identify sources of strength and weakness in using CRIMCOORDS(Gnanadesikan 1977) as a graphical tool for displaying group separation patterns. This connection also leads to several ways of generalizing LDA for better exploration and exploitation of nonlinear data patterns.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.3
no.4
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pp.5-14
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2002
This paper addresses the challenges of dealing with uncertainties based on interval analysis. An interval approach is proposed on the basis of Boundary Selection Method (BSM) for treating systems of linear interval equations in the presence of columnwise dependencies. An iterative procedure is developed for the problem solving where uncertainties are characterized in the form of interval quantities. An applied example is used to illustrate effectiveness and usefulness of the proposed approach. This new method can be applied for such circumstances that involve finite element analysis of structures, inverse dynamic analysis of mechanisms, and worst case design studies in the presence of the uncertainties.
This article deals the theory for solving an inverse problem of plate structures using the frequency-domain information instead of classical time-domain delays or free vibration eigenmodes or eigenvalues. A reduced set of output parameters characterizing the defect is used as a regularization technique to drastically overcome noise problems that appear in imaging techniques. A deconvolution scheme from an undamaged specimen overrides uncertainties about the input signal and other coherent noises. This approach provides the advantage that it is not necessary to visually identify the portion of the signal that contains the information about the defect. The theoretical model for Quantitative nondestructive evaluation, the relationship between the real and ideal models, the finite element method (FEM) for the forward problem, and inverse procedure for detecting the defects are developed. The theoretical formulation is experimentally verified using dynamic responses of a steel plate under impact loading at several points. The signal synthesized by FEM, the residual, and its components are analyzed for different choices of time window. The noise effects are taken into account in the inversion strategy by designing a filter for the cost functional to be minimized. The technique is focused toward a exible and rapid inspection of large areas, by recovering the position of the defect by means of a single accelerometer, overriding experimental calibration, and using a reduced number of impact events.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.1
no.2
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pp.51-58
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2010
This work examines the identification of stiffness reduction in damaged reinforced concrete bridges under moving loads, and carries out the performance assessment after repairing using advanced composite materials. In particular, the change of stiffness in each element before and after repairing, based on the Microgenetic algorithm as an advanced inverse analysis, is described and discussed by using a modified bivariate Gaussian distribution function. The proposed method in the study is more feasible than the conventional element-based method from computation efficiency point of view. The validity of the technique is numerically verified using a set of dynamic data obtained from a simulation of the actual bridge modeled with a three-dimensional solid element. The numerical examples show that the proposed technique is a feasible and practical method which can inspect the complex distribution of deteriorated stiffness although there is a difference between actual bridge and numerical model as well as uncertain noise occurred in the measured data.
This paper presents a novel method to carry out monitoring of transport infrastructure such as pavements and bridges through the analysis of vehicle accelerations. An algorithm is developed for the identification of dynamic vehicle-bridge interaction forces using the vehicle response. Moving force identification theory is applied to a vehicle model in order to identify these dynamic forces between the vehicle and the road and/or bridge. A coupled half-car vehicle-bridge interaction model is used in theoretical simulations to test the effectiveness of the approach in identifying the forces. The potential of the method to identify the global bending stiffness of the bridge and to predict the pavement roughness is presented. The method is tested for a range of bridge spans using theoretical simulations and the influences of road roughness and signal noise on the accuracy of the results are investigated.
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