Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.7
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pp.821-827
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2010
This paper proposes a density method based topology optimization of a perpendicular magnetic recording system design in which the saturation effect is taken into account. During the topology optimization process in magnetic fields, the magnetic reluctivity is updated in accordance with the changes in element density determined by a sensitivity analysis. The magnetic reluctivity is determined from a B-H curve and is used to represent nonlinear material property, i.e., the saturation effect. The sensitivity for a generalized response functional is formulated using the adjoint variable method in which the nonlinear property is taken into account and the objective function is set such that the magnetic energy in the media is maximized. Effects due to the nonlinear property can be observed from a numerical study in which the linear and the nonlinear topology optimization results are compared.
Ahn Young Kong;Song Jin Dae;Yang Bo-Suk;Ahn Kyoung Kwan;Morishita Shin
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.19
no.3
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pp.768-777
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2005
This paper shows that the performance of a nonlinear fluid engine mount can be improved by an optimal design process. The property of a hydraulic mount with inertia track and decoupler differs according to the disturbance frequency range. Since the excitation amplitude is large at low excitation frequency range and is small at high excitation frequency range, mathematical model of the mount can be divided into two linear models. One is a low frequency model and the other is a high frequency model. The combination of the two models is very useful in the analysis of the mount and is used for the first time in the optimization of an engine mount in this paper. Normally, the design of a fluid mount is based on a trial and error approach in industry because there are many design parameters. In this study, a nonlinear mount was optimized to minimize the transmissibilities of the mount at the notch and the resonance frequencies for low and high-frequency models by a popular optimization technique of sequential quadratic programming (SQP) supported by $MATLAB^{(R)}$subroutine. The results show that the performance of the mount can be greatly improved for the low and high frequencies ranges by the optimization method.
A neural model predictive control strategy combining a neural network for plant identification and a nonlinear programming algorithm for solving nonlinear control problems is proposed. A constrained nonlinear optimization approach using successive quadratic programming cooperates with neural identification network is used to generate the optimum control law for the complicate continuous/batch chemical reactor systems that have inherent nonlinear dynamics. Based on our approach, we developed a neural model predictive controller(NMPC) which shows excellent performances on nonlinear, model-plant mismatch cases of chemical reactor systems.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.12
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pp.1193-1200
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2015
An effective swing trajectory of legged robots is different from the swing trajectories of humans or animals because of different dynamic characteristics. Therefore, it is important to find optimal parameters through experiments. This paper proposes a real-time nonlinear programming (RTNLP) method for optimization of the swing trajectory of the legged robot. For parameterization of the trajectory, the swing trajectory is approximated to parabolic and cubic spline curves. The robotic leg is position-controlled by a high-gain controller, and a cost function is selected such that the sum of the motor inputs and tracking errors at each joint is minimized. A simplified dynamic model is used to simulate the dynamics of a robotic leg. The purpose of the simulation is to find the feasibility of the optimization problem before an actual experiment occurs. Finally, an experiment is carried out on a real robotic leg with two degrees of freedom. For both the simulation and the experiment, the design variables converge to a feasible point, reducing the cost value.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.5
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pp.535-541
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2010
In this paper, we have derived a continuum-based adjoint design sensitivity of general performance functionals with respect to Young' modulus and heat conduction coefficient for steady-state nonlinear thermoelastic problems. An adjoint equation for temperature and displacement fields is defined for the efficient computation of the coupled field design sensitivity. Through numerical examples, we investigated the mesh dependency of the topology optimization method in the thermoelastic problems. Also, comparing the dominant loading cases of thermal and mechanical ones, the loading dependency of topology design optimization in coupled multi-physics problems is investigated.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.5
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pp.467-473
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2007
In this paper, we present a position-based robot hand tracking scheme where a pan-tilt camera is controlled such that a robot hand is always shown in the center of an image frame. We calculate the rotation angles of a pan-tilt camera by transforming the coordinate systems. In order to identify the model parameters, we applied two optimization techniques: a nonlinear least square optimizer and a particle swarm optimizer. From the simulation results, it is shown that the considered parameter identification problem is characterized by a highly multimodal landscape; thus, a global optimization technique such as a particle swarm optimization could be a promising tool to identify the model parameters of a robot hand tracking system, whereas the nonlinear least square optimizer often failed to find an optimal solution even when the initial candidate solutions were selected close to the true optimum.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.6
s.144
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pp.654-665
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2005
In this paper, we present a non-linear integer programming by genetic algorithm (GA) for available sizes of stiffener or thickness of plate in a job site. GA can rapidly search for the approximate global optimum under complicated design environment such as ship. Meanwhile it can handle the optimization problem involving discrete design variable. However, there are many parameters have to be set for GA, which greatly affect the accuracy and calculation time of optimum solution. The setting process is hard for users, and there are no rules to decide these parameters. In order to overcome these demerits, the optimization for these parameters has been also conducted using GA itself. Also it is proved that the parameters are optimal values by the trial function. Finally, we applied this method to compass deck of ship where the vibration problem is frequently occurred to verify the validity and usefulness of nonlinear integer programming.
The primary objective of the current study is to optimize and evaluate the seismic performance of steel momentresisting frame (MRF) structures considering soil-structure interaction (SSI) effects. The structural optimization is implemented in the context of performance-based design in accordance with FEMA-350 at different confidence levels from 50% to 90% by taking into account fixed- and flexible-base conditions using an efficient metaheuristic algorithm. Nonlinear response-history analysis (NRHA) is conducted to evaluate the seismic response of structures, and the beam-on-nonlinear Winkler foundation (BNWF) model is used to simulate the soil-foundation interaction under the MRFs. The seismic performance of optimally designed fixed- and flexible-base steel MRFs are compared in terms of overall damage index, seismic collapse safety, and interstory drift ratios at different performance levels. Two illustrative examples of 6- and 12-story steel MRFs are presented. The results show that the consideration of SSI in the optimization process of 6- and 12-story steel MRFs results in an increase of 1.0 to 9.0 % and 0.5 to 5.0 % in structural weight and a slight decrease in structural seismic safety at different confidence levels.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.5
no.2
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pp.189-199
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1999
This paper presents an optimization algorithm for a stable Self Dynamic Neural Network(SDNN) using genetic algorithm. Optimized SDNN is applied to a problem of controlling nonlinear dynamical systems. SDNN is dynamic mapping and is better suited for dynamical systems than static forward neural network. The real-time implementation is very important, and thus the neuro controller also needs to be designed such that it converges with a relatively small number of training cycles. SDW has considerably fewer weights than DNN. Since there is no interlink among the hidden layer. The object of proposed algorithm is that the number of self dynamic neuron node and the gradient of activation functions are simultaneously optimized by genetic algorithms. To guarantee convergence, an analytic method based on the Lyapunov function is used to find a stable learning for the SDNN. The ability and effectiveness of identifying and controlling a nonlinear dynamic system using the proposed optimized SDNN considering stability is demonstrated by case studies.
In order to solve the optimization problem of designing the trajectory of three-dimensional horizontal well, we establish a multi-phase, nonlinear, stochastic dynamic system of the trajectory of horizontal well. We take the precision of hitting target and the total length of the trajectory as the performance index. By the integration of the state equation, this model can be transformed into a nonlinear stochastic programming. We discuss here the necessary conditions under which a local solution exists and depends in a continuous way on the parameter (perturbation). According to the properties we propose a revised Hooke-Jeeves algorithm and work out corresponding software to calculate the local solution of the nonlinear stochastic programming and the expectancy of the performance index. The numerical results illustrate the validity of the proposed model and algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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