In this paper we present geometrically exact Kirchhoff's initially curved planar beam model. The theoretical formulation of the proposed model is based upon Reissner's geometrically exact beam formulation presented in classical works as a starting point, but with imposed Kirchhoff's constraint in the rotated strain measure. Such constraint imposes that shear deformation becomes negligible, and as a result, curvature depends on the second derivative of displacements. The constitutive law is plasticity with linear hardening, defined separately for axial and bending response. We construct discrete approximation by using Hermite's polynomials, for both position vector and displacements, and present the finite element arrays and details of numerical implementation. Several numerical examples are presented in order to illustrate an excellent performance of the proposed beam model.
In this paper, we consider an optimal guidance problem with both the terminal impact angle and control constraints in addition to the usual zero miss distance constraint. We first present the optimal solution of the problem for the missile of an arbitrary order, and show that it is a linear combination of a step response and a ramp response of the missile. Therefore the usual practice of using the control obtained by saturating the optimal solution for the case of unlimited control may result in a large terminal miss. A method called the initial command saturation is suggested to reduce this terminal miss, where the control in the initial phase of guidance is forced to be saturated until a certain condition for a guidance variable is met.
The most important problem in target tracking can be said to be modeling the tracking system correctly. Although the simple linear dynamic equation for this model has used until now, the satisfactory performance could not be obtained owing to uncertainties of the real systems in the case of designing the filters baged on the dynamic equations. In this paper, we propose the extended robust Kalman filter (ERKF) which can be applied to the real target tracking system with the parameter uncertainties. A nonlinear dynamic equation with parameter uncertainties is used to express the uncertain system model mathematically, and a measurement equation is represented by a nonlinear equation to show data from the radar in a Cartesian coordinate frame. To solve the robust nonlinear filtering problem, we derive the extended robust Kalman filter equation using the Krein space approach and sum quadratic constraint. We show the proposed filter has better performance than the existing extended Kalman filter (EKF) via 3-dimensional target tracking example.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.5
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pp.805-816
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2015
In the present study, external restraints imposed normal to the plate during the cooling stage were determined to be effective for reduction of the angular distortion of butt-welded or fillet-welded plate. A welding analysis model under external force during the cooling stage was idealized as a prismatic member subjected to pure bending. The external restraint was represented by vertical force on both sides of the work piece and bending stress forms in the transverse direction. The additional bending stress distribution across the plate thickness was reflected in the improved inherent strain model, and a set of inherent strain charts with different levels of bending stress were newly calculated. From an elastic linear FE analysis using the inherent strain values taken from the chart and comparing them with those from a 3D thermal elasto-plastic FE analysis, welding deformation can be calculated.
In this paper, we propose a new ship scheduling set packing model considering limited risk or variance. The set packing model is used in many applications, such as vehicle routing, crew scheduling, ship scheduling, cutting stock and so on. As long as the ship scheduling is concerned, there exits many unknown external factors such as machine breakdown, climate change and transportation cost fluctuation. However, existing ship scheduling models have not considered those factors apparently. We use a quadratic set packing model to limit the variance of expected cost of ship scheduling problems under stochastic spot rates. Set problems are NP-complete, and additional quadratic constraint makes the problems much harder. We implement Kelley's cutting plane method to replace the hard quadratic constraint by many linear constrains and use branch-and-bound algorithm to get the optimal integral solution. Some meaningful computational results and comments are provided.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.8
no.12
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pp.991-997
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2002
The concept of feasible & invariant region plays an important role to derive closed loop stability and achie adequate performance of constrained receding horizon predictive control. In this paper, we define a complex polyhedral feasible & invariant set for all stabilizable input-constrained linear systems by using a complex transform and propose a one-norm based receding horizon control scheme using these invariant sets. In order to get a larger stabilizable set, a convex hull of invariant sets which are defined for different state feedback gains is used as a target invariant set of the constrained receding horizon control. The proposed constrained receding horizon control scheme is formulated so that it can be solved via linear programming.
This paper proposes a new framework for control system design, called the data-based control approach or data space approach, in which the input and output data of a dynamical system is directly and solely used to analyze or design a control system without the employment of any mathematical models like transfer functions, state space equations, and kernel representations. Since, in this approach, most of the analysis and design processes are carried out in the domain of the data space, we introduce some notions of geometrical objects, e.g., the openloop and closed-loop data spaces, which serve as the system representations in the data space. In addition, we establish a relationship between the open-loop and closed-loop data spaces that the closed-loop data space is contained in the open-loop data space as one of its subspaces. By using this relationship, we can derive the data-based stabilization condition for a linear time-invariant discrete-time system, which leads to a linear matrix inequality with a rank constraint.
This paper presents a robust controller design approach for improving vehicle dynamic roll motion performance and guaranteeing the closed-loop system stability in spite of vehicle parameter variations resulting from aging elements, loading patterns, and driving conditions, etc. The designed controller is linear parameter-varying (LPV) in terms of the time-varying parameters; its control objective is to minimise the $H_{\infty}$ performance from the steering input to the roll angle while satisfying the closed-loop pole placement constraint such that the optimal dynamic roll motion performance is achieved and robust stability is guaranteed. The sufficient conditions for designing such a controller are given as a finite number of linear matrix inequalities (LMIs). Numerical simulation using the three-degree-of-freedom (3-DOF) yaw-roll vehicle model is presented. It shows that the designed controller can effectively improve the vehicle dynamic roll angle response during J-turn or fishhook maneuver when the vehicle's forward velocity and the roll stiffness are varied significantly.
This paper presents linear algebraic equations in the form of recursive formula to compute elastokinematic characteristics of a suspension system. Conventional methods of elastokinematic analysis are based on nonlinear kinematic constrant equations and force equilibrium equations for constrained mechanical systems, which require complicated and time-consuming implicit computing methods to obtain the solution. The proposed linearized elastokinematic equations in the form of recursive formula are derived based on the assumption that the displacements of elastokinematic behavior of a constrained mechanical system under external forces are very small. The equations can be easily computerized in codes, and have the advantage of sharing the input data of existing general multi body dynamic analysis codes. The equations can be applied to any form of suspension once the type of kinematic joints and elastic components are identified. The validity of the method has been proved through the comparison of the results from established elastokinematic analysis software. Error estimation and analysis due to piecewise linear assumption are also discussed.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.26
no.3
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pp.32-39
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2009
A new discrete time gain-scheduled control design is proposed to improve disturbance attenuation for systems with bounded control input under known disturbance maximum norm. The state feedback gains are scheduled according to the proximity of the state of the plant to the origin. The controllers are derived in the framework of linear matrix inequality(LMI) optimization. This procedure yields a linear time varying control structure that allows higher gain and hence higher performance controllers as the state moves closer to the origin. The main results give sufficient conditions for the satisfaction of a parameter-dependent performance measure, without violating the bounded control input condition under the given disturbance maximum norm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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