Recently, the Hilbert-Huang transform (HHT) has gained considerable attention as a novel technique of signal processing, which shows promise for the system identification and damage detection of structures. This study investigates the effectiveness and accuracy of the HHT method for the system identification and damage detection of structures through a series of experiments. A multi-degree-of-freedom (MDOF) structural model has been constructed with modular members, and the columns of the model can be replaced or removed to simulate damages at different locations with different severities. The measured response data of the structure due to an impulse loading is first decomposed into modal responses using the empirical mode decomposition (EMD) approach with a band-pass filter technique. Then, the Hilbert transform is subsequently applied to each modal response to obtain the instantaneous amplitude and phase angle time histories. A linear least-square fit procedure is used to identify the natural frequencies and damping ratios from the instantaneous amplitude and phase angle for each modal response. When the responses at all degrees of freedom are measured, the mode shape and the physical mass, damping and stiffness matrices of the structure can be determined. Based on a comparison of the stiffness of each story unit prior to and after the damage, the damage locations and severities can be identified. Experimental results demonstrate that the HHT method yields quite accurate results for engineering applications, providing a promising tool for structural health monitoring.
Kim, Hee-Jin;Jang, Gi-Wong;Kim, Seong-Il;Han, Sung-Hyun
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.25
no.1
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pp.87-99
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2022
We propoes a study on the dynamic characteristics analysis and position control of 5-degree multi-joint manipulators for untact remote working at construction sites and manufacturing plants. The main frame of freedom multi-joint manipulator consists of five elements, boom cylinder, boom cylinder, arm cylinder, bucket cylinder, and rotation joint and link. In addition, the main purpose of the proposed system is to realize the work of the manufacturing process or construction site by remote control. Motion control of the entire system is a servo valve control method by hydraulic servo cylinders for one to four joints, and a servo motor control method is applied for five joints. The reliability of the proposed method was verified through performance experiments by computer simulation.
In this paper, dynamic analysis of a nonlinear active vibration absorber is conducted with a time delay acceleration feedback to suppress the vibration of a nonlinear single degree of freedom primary system. The primary system consisting of linear and nonlinear cubic springs, mass, and damper is subjected to the multi-harmonic hard excitation with a parametric excitation. It is proposed to reduce the vibration of the primary system and the absorber by using a lead zirconate titanate (PZT) stack actuator in series with a spring in the absorber which configures as an active vibration absorber. The method of multiple scales (MMS) is used to obtain the approximate solution of the system under the internal resonance, subharmonic, superharmonic, and principal parametric resonance conditions simultaneously. Frequency and time responses of the system are investigated considering a delay in the feedback for the various parameters of the absorber configuration and controlling force.
AFM tip has been used for surface profiling with a fine resolution, but there is a barrier to improve its performance because of the low aspect ratio. Many researchers have solved this problem with attaching carbon nanotube (CNT) to Si-tip. In this paper, we proposed the aligner system that composed of dual type stage system, and these stages could attach a carbon nanotube to tungsten-tip in vacuum condition. We used tungsten tip instead of Si-tip because of its conductivity. The aligner system proposed in this paper has 10 degree-of-freedom that 3 in the first stage and 7 in the second stage. With picomotors and piezotube, the first stage has the resolution about several tens of nm and the second stage has a resolution about a nm. We experimented on characterization of Nano Aligner System and operated picomotors in SEM environment.
An innovative multi-story Semi-Active Tuned Mass Damper (SATMD) building system is proposed to control seismic response of existing structures. The application of adding new stories as large tuned mass and semi-active (SA) resettable actuators as central features of the control scheme is derived. For the effective control of the structures, the optimal tuning parameters are considered for the large mass ratio, for which a previously proposed equation is used and the practical optimal stiffness is allocated to the actuator stiffness and rubber bearing stiffness. A two-degree-of freedom (2-DOF) model is adopted to verify the principal efficiency of the suggested structural control concept. The simulations for this study utilizes the three ground motions, from SAC project, having probability of exceedance of 50% in 50 years, 10% in 50 years, and 2% in 50 years for the Los Angeles region. 12-story moment resisting frames, which are modified as '12+2' and '12+4' story structures, are investigated to assess the viability and effectiveness of the system that aims to reduce the response of the buildings to earthquakes. The control ability of the SATMD scheme is compared to that of an uncontrolled and an ideal Passive Tuned Mass Damper (PTMD) building system. From the performance results of suggested '12+2' and '12+4' story retrofitting case studies, SATMD systems shows significant promise for application of structural control where extra stories might be added.
Kim, Hyun-Ju;Park, Min-Kyu;Lee, Min-Cheoul;You, Wan-Suk
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2001.10a
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pp.51.2-51
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2001
A vehicle driving simulator is a virtual reality device which makes a human being feel as if the one drives a vehicle actually. The driving simulator is effectively used for studying interaction of a driver-vehicle and developing the vehicle system of new concepts. The driving simulator consists of a motion platform, a motion controller, a visual and audio system, a vehicle dynamic analysis system, a vehicle operation system and etc. The vehicle dynamic analysis system supervises overall operation of the simulator and also simulates dynamic motion of a multi-body vehicle model in real-time. In this paper, the main procedures to develop the driving simulator are classified by 4 parts. First, a vehicle motion platform and a motion controller, which generates realistic motion using a six degree of freedom Stewart platform driven hydraulically. Secondly, a visual system generates high fidelity visual scenes which are displayed on a screen ...
Lee, Jae-Ha;Breguet, Jean Marc;Clavel, Reymond;Yang, Seung-Han
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.27
no.1
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pp.125-133
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2010
A versatile micro-robotic platform for micro/nano scale assembly has been demanded in a variety of application areas such as micro-biology and nanotechnology. In the near future, a flexible and compact platform could be effectively used in a scanning electron microscope chamber. We are developing a platform that consists of miniature mobile robots and a compact positioning stage with multi degree-of-freedom. This paper presents the design and the implementation of a low-cost and compact multi degree of freedom position sensor that is capable of measuring absolute translational and rotational displacement. The proposed sensor is implemented by using a CMOS type image sensor and a target with specific hole patterns. Experimental design based on statistics was applied to finding optimal design of the target. Efficient algorithms for image processing and absolute position decoding are discussed. Simple calibration to eliminate the influence of inaccuracy of the fabricated target on the measuring performance also presented. The developed sensor was characterized by using a laser interferometer. It can be concluded that the sensor system has submicron resolution and accuracy of ${\pm}4{\mu}m$ over full travel range. The proposed vision-based sensor is cost-effective and used as a compact feedback device for implementation of a micro robotic platform.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.04a
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pp.177-186
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1999
Dynamic Characteristics of the bridge motions under seismic excitations are analyzed by adopting multi degree - of - freedom system to estimate the effect of restrainers. The applied restrainer is assumed to be a dead - band - system, which has the force clearance and the linear elastic force. The inelastic behaviors of pier and foundation motions are also considered in the study. It is found that the major effect of restrainer is to remarkably decrease the relative displacement between adjacent girders. It is found that restrainers placed on the parts of the bridge system rather than the whole system may increase the unseating failure.
This paper develops a new nonlinear model for active control of three-dimensional (3D) irregular building structures. Both geometrical and material nonlinearities with a neuro-controller training algorithm are applied to a multi-degree-of-freedom 3D system. Two dynamic assembling motions are considered simultaneously in the control model such as coupling between torsional and lateral responses of the structure and interaction between the structural system and the actuators. The proposed control system and training algorithm of the structural system are evaluated by simulating the responses of the structure under the El-Centro 1940 earthquake excitation. In the numerical example, the 3D three-story structure with linear and nonlinear stiffness is controlled by a trained neural network. The actuator dynamics, control time delay and incident angle of earthquake are also considered in the simulation. Results show that the proposed control algorithm for 3D buildings is effective in structural control.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2012.04a
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pp.324-329
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2012
Isolation tables are widely used for precision equipments and their isolation performances have been usually expressed and evaluated by transsmissibility. However, transmissibility is a concept for 1-degree of freedom(DOF) system. In practice, isolation tables are supproted by more than 4 springs. Each spring is subjected to vertical and horizontal ground vibrations, and also the table has more than 1-DOF. Therefore, isolation tables should be treated as multi-input/multi-output(MIMO) system of which isolation performance is expressed by transmissibility matrix. However, the matrix is too complicated to be an index for a system. In this paper, maximum singular value of transmissibility matrx is suggested as a simple performance index of a MIMO isolation system. Physical meaning of singular value is explained using a simple a 2-DOF isolation table. Furthermore, maximum singular values of passive, 3-DOF active and 6-DOF active isolation tables are obtained through experiments, and their meaning are explained and compared with each other.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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