Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.8
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pp.1083-1089
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2010
Shape memory alloys (SMAs) are smart materials. The unique characteristics of SMAs enable the production of large force and displacement. Hence, SMAs can be used in many applications such as in actuators and active structural acoustic controllers; the SMAs can also be used for dynamic tuning and shape control. A SMA torque tube actuator consisting of SMA tubes and superelastic springs is proposed, and the behaviors of the actuator are investigated. From the results of heat transfer analysis, it is proved that the SMA torque tube actuator with both resistive heating of SMA itself and a separate conventional heating rod in the tube core has good performance. The behavior of an actuator system was analyzed by performing a contact analysis, and the twisting motion was noticed when checking the actuation. 3D SMA nonlinear constitutive equations were formulated numerically and implemented by performing a nonlinear analysis by using Abaqus UMAT.
Song, Gangbing;Ma, Ning;Li, Luyu;Penney, Nick;Barr, Todd;Lee, Ho-Jun;Arnold, Steve
Smart Structures and Systems
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v.7
no.1
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pp.1-13
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2011
It has been shown in the literature that active adjustment of the intake area of a jet engine has potential to improve its fuel efficiency. This paper presents the design and control of a novel proof-of-concept active jet engine intake using Nickel-Titanium (Ni-Ti or Nitinol) shape memory alloy (SMA) wire actuators. The Nitinol SMA material is used in this research due to its advantages of high power-to-weight ratio and electrical resistive actuation. The Nitinol SMA material can be fabricated into a variety of shapes, such as strips, foils, rods and wires. In this paper, SMA wires are used due to its ability to generate a large strain: up to 6% for repeated operations. The proposed proof-of-concept engine intake employs overlapping leaves in a concentric configuration. Each leaf is mounted on a supporting bar than can rotate. The supporting bars are actuated by an SMA wire actuator in a ring configuration. Electrical resistive heating is used to actuate the SMA wire actuator and rotate the supporting bars. To enable feedback control, a laser range sensor is used to detect the movement of a leaf and therefore the radius of the intake area. Due to the hysteresis, an inherent nonlinear phenomenon associated with SMAs, a nonlinear robust controller is used to control the SMA actuators. The control design uses the sliding-mode approach and can compensate the nonlinearities associated with the SMA actuator. A proof-of-concept model is fabricated and its feedback control experiments show that the intake area can be precisely controlled using the SMA wire actuator and has the ability to reduce the area up to 25%. The experiments demonstrate the feasibility of engine intake area control using an SMA wire actuator under the proposed design.
Nonlinear sliding surface design in variable structure systems for spacecraft attitude control problems is studied. A robustness analysis is performed for regular form of system, and calculation of actuator bandwidth is presented by reviewing sliding surface dynamics. To achieve non-singular attitude description and minimal parameterization, spacecraft attitude control problems are considered based on modified Rodrigues parameters(MRP). It is shown that the derived controller ensures the sliding motion in pre-determined region irrespective of unmodeled effects and disturbances.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers C
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v.49
no.5
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pp.289-293
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2000
This paper presents a study on the linear compensation of nonlinear hysteric actuators using the highly magnetostrictive film pattern as a strain sensor. Elements had a hybrid structure, in which thin soft glass substrate with the highly magnetostrictive amorphous FeCoSiB film was bonded on the PZT piezoelectric substrate. The magnetostrictive film as a strain sensor detects the deflection of an actuator, and a voltage signal from the strain sensor related to the deflection of an actuator is used for the linear control of an actuator.
Asymmetric cylinders are usually used as an actuator of active suspensions. The conventional optimal controller design does not include actuator dynamics as a state and force controller is needed to track the desired force. But the actuator is not ideal, so performance of an active suspension system is degraded. In this paper, we take account nonlinear actuator dynamics and obtain a linear model using a feedback linearization technique then apply optimal control method. Effectiveness of proposed method is demonstrated by numerical simulation of 1/4 car model.
Park, Jae-Hak;Jung, Jong-Chul;Huh, Kun-Soo;Chung, Chung-Choo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.3
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pp.472-477
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2003
A piezo-actuator is an important component for an E-beam lithography system. But it is very difficult to model its characteristics due to nonlinearities such as hysteresis and creep, to the input voltage. In this paper, one-axis micro stage with a piezo-actuator is modeled including the nonlinear properties. Hysteresis and creep are modeled as the first order differential equation and a time-dependent logarithmic function, respectively. The dynamic motion of the stage is also modeled as a mass-spring-damper system and the parameters are determined by utilizing the system identification technique. The simulation tool for a micro stage is constructed using the commercial software and its simulation results are compared with the experimental data.
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.7
no.3
s.18
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pp.140-148
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2004
Fault detection and isolation(FDI) and reconfigurable flight control system provide better survivability even though actuator faults occur. In this study, a new fault detection and isolation algorithm is proposed using fuzzy logic. When the FDI system detects the actuator fault, the fuzzy logic investigates the state variables to find which actuator has fault. Proposed fuzzy detection algorithm detect not only a single fault but also multiple faults. After detecting the fault, the reconfigurable flight control system begins operating for compensating the effects of the fault. A numerical simulation using six degree-of-freedom nonlinear aircraft model is performed to verity the performance of the proposed fault detection and isolation scheme.
Asymmetric cylinders are usually used as an actuator of active suspensions. The conventional optimal controller design does not include actuator dynamics as a state. and force controller is needed to track the desired force. But the actuator is not ideal, so performance of an active suspension system is degraded. In this paper, we take account nonlinear actuator dynamics and obtain a linear model using a feedback linearization technique then apply optimal control method. For real time application, gain-scheduling method is used. Effectiveness of proposed method is demonstrated by numerical simulation of 1/4 car model.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.8
no.2
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pp.9-13
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2007
We describe how to control a piezoelectric actuator using the open-loop method for point-to-point positioning. Since piezoelectric actuators have nonlinear characteristics due to hysteresis and creep between the input voltage and the resulting displacement, a special method is required to eliminate this nonlinearity for an open-loop drive. We have introduced open-loop driving methods for piezoelectric actuators in the past, which required a large input voltage and an initializing motion sequence to reset the state of the actuator before each movement. In this paper, we propose a new driving method that uses the initializing state. This method also utilizes the overshoot from both the upward and downward stepwise drives. Applying this method., we obtained precise point-to-point positioning without the influence of hysteresis and creep.
The frequently excessive vibrations presented in civil structures during seismic events or service conditions may result in users' discomfort, or worst, in structures failure, producing economic and even human casualties. This work contributes in proposing the synthesis of a nonlinear optimal control strategy for semiactive structural control, with the main characteristic that the synthesis considers both the structure model and the semiactive actuator nonlinear dynamics, which produces a nonlinear system that requires a nonlinear controller design. The aim is to reduce the unwanted vibrations in the response of civil structures, by means of intelligent fluid semiactive actuator such as the Magnetorheological Damper (MRD), which is a device with a low level of power consumption. The civil structures for which the proposed control methodology can be applied are those admitting a state-dependent coefficient factorized representation model, such as buildings, bridges, among others. A scaled model of a three storey building is analyzed as a case study, whose dynamical response involves displacement, velocity and acceleration of each one of the storeys, subjected to the North-South component of the September 19th., 2017, Puebla-Morelos (7.1M), Mexico earthquake. The investigation rests on comparing the structural response over time for two different conditions: with no control device installed and with one MRD installed between the first floor and the ground, where a nonlinear optimal signal for the MRD input voltage is determined. Simulation results are presented to show the effectiveness of the proposed controller for reducing the building's dynamical response.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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