Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.12
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pp.1925-1930
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2010
For high-speed/high-accuracy position control of a gantry-moving-type linear motor, we propose a nonlinear adaptive controller including a synchronization algorithm. Linear motors are easily affected by force ripple, friction, and parameter variations because there is no mechanical transmission to reduce the effects of model uncertainties and external disturbances. Synchronization error is also caused by skew motion, model uncertainties, and force disturbance on each axis. Nonlinear effects such as friction and ripple force are estimated and compensated for. The synchronization algorithm is used to reduce the synchronous error of the two side pillars. The performance of the controller is evaluated via computer simulations.
Kim, Hong-youn;Yun, Young-Min;Shim, Ho-Keun;Kwon, Young-Mok;Heo, Hoon
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.1
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pp.9-16
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2016
A position control system composed of the PMLSM(Permanent Magnet Linear Synchronous Motor), unlike conventional linear permanent magnet synchronous motor is fixed to the permanent magnet moving coil rails (permanent magnet = stator, coil = mover), the coil is fixed, moving the permanent magnet, we propose a position control system (permanent magnet = mover, coil = stator) structure. Position is measured not using conventional encoder or resolver but by adopting vector control method using 2 hall sensors generating rectangular signal. This method estimate the velocity and position of mover by using the quadruple of two hall sensor signal instead of encoder signal. Vector control of PMLSM using 2 hall sensor generating rectangular wave is proved to control the system stable and efficiently through simulation. Also hardware experiment reveals that the position control performance is measured within the range of $30{\sim}50{\mu}m$ in the accuracy of $10{\sim}20{\mu}m$, which is improved twice to the conventional method. The proposed method exhibits its economical efficiency and practical usefulness. The vector control technique using two hall sensors can be installed in narrow place, accordingly it can be implemented on the system where the conventional encoder or resolver cannot operate.
Seismic ground response analysis is one of the most important issues in geotechnical earthquake engineering. Conventional seismic site response and free field analysis of layered soils does not consider the effect of surcharge mass which may be present on the top layer. Surcharge mass may develop extra inertial force to the soil and, hence, significantly affect on the results of seismic ground response analysis. Methods of analysis of ground response may also be categorized into time domain and frequency domain concepts. Simplicity in developing analytical relations and accuracy in considering soil dynamic properties dependency to loading frequency are benefits of frequency domain analysis. In this part of the paper, seismic ground response is analyzed using transfer function method for soil layers considering surcharge mass on the top layer. Equation of motion, wave equation, is solved using amended boundary conditions which effectively take the impact of surcharge mass into account. A computer program is developed by MATLAB software based on the solution method developed for wave equation. Layered soils subjected to earthquake loading were numerically studied and solved especially by the computer program developed in this research. Results obtained were compared with those given by DEEP SOIL computer program. Such comparison showed the accuracy of the program developed in this study. Also in this part, the effects of geometrical and mechanical properties of soil layers and especially the impact of surcharge mass on transfer function are investigated using the current approach and the program developed. The efficiency and accuracy of the method developed here is shown through some worked examples and through comparison of the results obtained here with those given by other approaches. Discussions on the results obtained are presented throughout in this part.
Kim, Kwang Hyeon;Lee, Haenghwa;Sohn, Moon-Jun;Mun, Chi-Woong
Progress in Medical Physics
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v.32
no.2
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pp.40-49
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2021
Purpose: This study aimed to develop a surface-guided radiosurgery system customized for a neurosurgery clinic that could be used as an auxiliary system for improving the accuracy, monitoring the movements of patients while performing hypofractionated radiosurgery, and minimizing the geometric misses. Methods: RGB-D cameras were installed in the treatment room and a monitoring system was constructed to perform a three-dimensional (3D) scan of the body surface of the patient and to express it as a point cloud. This could be used to confirm the exact position of the body of the patient and monitor their movements during radiosurgery. The image from the system was matched with the computed tomography (CT) image, and the positional accuracy was compared and analyzed in relation to the existing system to evaluate the accuracy of the setup. Results: The user interface was configured to register the patient and display the setup image to position the setup location by matching the 3D points on the body of the patient with the CT image. The error rate for the position difference was within 1-mm distance (min, -0.21 mm; max, 0.63 mm). Compared with the existing system, the differences were found to be as follows: x=0.08 mm, y=0.13 mm, and z=0.26 mm. Conclusions: We developed a surface-guided repositioning and monitoring system that can be customized and applied in a radiation surgery environment with an existing linear accelerator. It was confirmed that this system could be easily applied for accurate patient repositioning and inter-treatment motion monitoring.
Linear towed arrays (LTA) have a nonlinear shape due to tow vessel motion, ocean swells and currents. By reasons of nominally linear shape, various towed array shape estimation techniques have been developed since the perturbed shape cause the error in target detection. In this paper,, we propose the beamforming method for the perturbed LTA with simple structure. The proposed method linearizes a nonlinear phase of steering vector with position information measured by two reference sensors. It can be proved using some properties of Markov transition matrix, and iteration number of linearization process is decided by variance of cross phase difference. As a result of computer simulation in the ocean environment, beampattern of the proposed method is almost same with the ideal case in my type of array shape. In the signal-to-noise ratio (SNR) performance simlation, the DOA estimation performance of the proposed beamforming method is evaluated, and the comparison with Bartlett beamformer of the LTA shows that the proposed method can estimate. the spatial characteristic of sources more accuracy.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.1
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pp.103-107
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2006
At present, most efforts tend to develop a INS which is only based linear accelerometers, because of the low cost micro-machining gyroscopes lack of the accuracy needed for precise navigation application and possible achieving the required levels of precise for micro-machining accelerometer. Although it was known in theory that a minimum of six accelerometers are required for a complete description of a rigid body motion, and any configuration of six accelerometers (except for a "measure zero " set of six-accelerometer schemes) will work. Studies on the feasible configuration of GF-INS indicate that the errors of angular velocity resolved from the six accelerometers scheme are diverged with time or have multi solutions. The angular velocity errors are induced by the biases together with the position vectors of the accelerometers, therefore, in order to treat with the problem just mentioned, researchers have been doing many efforts, such as the extra three accelerometers or the magnetometers may be taken as the reference information, the extended Kalman filter (EKF) involved to make the angular velocity errors bound and be estimated, and so on. In this paper, the typical configurations of GF-INS are introduced; for each type GF-INS described, the solutions to the angular velocity and the specific force are derived and the characteristic is indicated; one of the corresponding extend Kalman filters are introduced to estimate the angular errors; parts of the simulation results are presented to verify the validity of the equations of angular velocity and specific force and the performance of extend Kalman filter.
Han, Bin;Sun, J.B.;Heidarzadeh, Milad;Jam, M.M. Nemati;Benjeddou, O.
Steel and Composite Structures
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v.41
no.5
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pp.761-773
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2021
This study presents a 3D non-linear finite element (FE) assessment of dynamic soil-structure interaction (SSI). The numerical investigation has been performed on the time domain through a Finite Element (FE) system, while considering the nonlinear behavior of soil and the multi-directional nature of genuine seismic events. Later, the FE outcomes are analyzed to the recorded in-situ free-field and structural movements, emphasizing the numerical model's great result in duplicating the observed response. In this work, the soil response is simulated using an isotropic hardening elastic-plastic hysteretic model utilizing HSsmall. It is feasible to define the non-linear cycle response from small to large strain amplitudes through this model as well as for the shift in beginning stiffness with depth that happens during cyclic loading. One of the most difficult and unexpected tasks in resolving soil-structure interaction concerns is picking an appropriate ground motion predicted across an earthquake or assessing the geometrical abnormalities in the soil waves. Furthermore, an artificial neural network (ANN) has been utilized to properly forecast the non-linear behavior of soil and its multi-directional character, which demonstrated the accuracy of the ANN based on the RMSE and R2 values. The total result of this research demonstrates that complicated dynamic soil-structure interaction processes may be addressed directly by passing the significant simplifications of well-established substructure techniques.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.8
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pp.875-881
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2014
The redundancy resolution of the seven DOF (Degree of Freedom) upper limb exoskeleton is key to the synchronous motion between a robot and a human user. According to the seven DOF human arm model, positioning and orientating the wrist can be completed by multiple arm configurations that results in the non-unique solution to the inverse kinematics. This paper presents analysis on the kinematic and dynamic aspect of the human arm movement and its effect on the redundancy resolution of the seven DOF human arm model. The redundancy of the arm is expressed mathematically by defining the swivel angle. The final form of swivel angle can be represented as a linear combination of two different swivel angles achieved by optimizing two cost functions based on kinematic and dynamic criteria. The kinematic criterion is to maximize the projection of the longest principal axis of the manipulability ellipsoid of the human arm on the vector connecting the wrist and the virtual target on the head region. The dynamic criterion is to minimize the mechanical work done in the joint space for each of two consecutive points along the task space trajectory. The contribution of each criterion on the redundancy was verified by the post processing of experimental data collected with a motion capture system. Results indicate that the bimodal redundancy resolution approach improved the accuracy of the predicted swivel angle. Statistical testing of the dynamic constraint contribution shows that under moderate speeds and no load, the dynamic component of the human arm is not dominant, and it is enough to resolve the redundancy without dynamic constraint for the realtime application.
A new method is proposed for random vibration anaylsis of hysteretic systems subjected to non-stationary random excitations. With the Bouc-Wen model, motion equations of hysteretic systems are first transformed into quasi-linear equations by applying the concept of equivalent excitations and decoupling of the real and hysteretic displacements, and the derived equation system can be solved by either the precise time integration or the Newmark-${\beta}$ integration method. Combining the numerical solution of the auxiliary differential equation for hysteretic displacements, an explicit iteration algorithm is then developed for the dynamic response analysis of hysteretic systems. Because the computational cost for a large number of deterministic analyses of hysteretic systems can be significantly reduced, Monte-Carlo simulation using the explicit iteration algorithm is now viable, and statistical characteristics of the non-stationary random responses of a hysteretic system can be obtained. Numerical examples are presented to show the accuracy and efficiency of the present approach.
IEMEK Journal of Embedded Systems and Applications
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v.3
no.2
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pp.49-56
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2008
This paper proposes a PC-based open architecture controller for a multi-axis robotic manipulator. The designed controller can be applied for various multi-axes robotic manipulators since the motion controller is implemented on a PC with its peripheral devices. The accuracy of the controller based on the computed torque method has been measured with the dynamic model of manipulator. Since the controller is implemented in the PC-based architecture, it is free from the user circumstances and the operating environment. Dynamics of the manipulator have been compensated by the feed forward path in the inner loop and the resulting linear outer loop has been controlled by PD algorithm. Using the specialized language, it can be more efficient in programming and in driving of the multi-axis robot. Unlike the conventional controller that is used to control only a specific robot, this controller can be easily changed for various types of robots. This paper proposes a PC-based controller that has a simple architecture with its simple interface circuits than general commercial controllers. The maintenance and the performance of the controller can be easily improved for a specific robot. In fact, using a Samsung multi-axis robot, AT1, the controller performance and convenience of the PC-based controller have been verified by comparing to the commercial one.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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