Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.1
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pp.1-8
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2016
In this study, we propose a control algorithm for Inertially Stabilized Platforms (ISP), which combines Disturbance Observer (DOB) with conventional proportional integral derivative (PID) control algorithm. A single axis ISP system was constructed using a direct drive motor. The joint friction was modeled as a nonlinear function of joint speed while the accuracy of the model was verified through experiments and simulation. In addition, various Q-filters, which have different orders and relative degrees of freedom (DOF), were implemented. The stability and performance of the ISP were compared through experimental study. The performance of the proposed PID-plus-DOB algorithm was compared with the experimental results of the conventional double loop PID control under artificial vehicle motion provided motion simulator with six DOF.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.7
no.6
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pp.509-516
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2002
This paper presents a simple torque estimation method and switching angle control of Switched Reluctance Motor(SRM) using Neural Network(NN). SRM has gaining much interest as industrial applications due to the simple structure and high efficiency. Adaptive switching angle control is essential for the optimal driving of SRM because of the driving characteristic varies with the load and speed. The proper switching angle which can increase the efficiency was investigated in this paper. NN was adapted to regulate the switching angle and nonlinear inductance modelling. Experimental result shows the validity of the switching angle controller.
Kim, Sung-Woo;Abdelrahman, Mohammad;Park, Sang-Young;Choi, Kyu-Hong
Journal of Astronomy and Space Sciences
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v.26
no.1
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pp.31-46
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2009
An Unscented Kalman Filter (UKF) for estimation of the attitude and rate of a spacecraft using only magnetometer vector measurement is developed. The attitude dynamics used in the estimation is the nonlinear Euler's rotational equation which is augmented with the quaternion kinematics to construct a process model. The filter is designed for small satellite in low Earth orbit, so the disturbance torques include gravity-gradient torque, magnetic disturbance torque, and aerodynamic drag torque. The magnetometer measurements are simulated based on time-varying position of the spacecraft. The filter has been tested not only in the standby mode but also in the detumbling mode. Two types of actuators have been modeled and applied in the simulation. The PD controller is used for the two types of actuators (reaction wheels and thrusters) to detumble the spacecraft. The estimation error converged to within 5 deg for attitude and 0.1 deg/s for rate respectively when the two types of actuators were used. A joint state parameter estimation has been tested and the effect of the process noise covariance on the parameter estimation has been indicated. Also, Monte-Carlo simulations have been performed to test the capability of the filter to converge with the initial conditions sampled from a uniform distribution. Finally, the UKF performance has been compared to that of the EKF and it demonstrates that UKF slightly outperforms EKF. The developed algorithm can be applied to any type of small satellites that are actuated by magnetic torquers, reaction wheels or thrusters with a capability of magnetometer vector measurements for attitude and rate estimation.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.1
s.173
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pp.16-28
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2000
The steady rotating flows in eccentric annulus has been studied by a numerical method based on the spectral collocation method. The inner cylinder has a constant angular velocity while the outer on e is stationary. Flow between eccentric cylinders is of considerable technical importance as it occurs in journal bearings. In the present work, the governing equations for laminar flow are expressed as Navier-Stokes equations, including the non-linear convection terms. The solutions were utilized i, estimate the effects of the nonlinear terms on the load acting on the rotating cylinder. Based on the half and the full Sommerfeld methods, the load on the rotating cylinder is evaluated with eccentricity, by integrating the pressure and skin friction around the cylinder. The attitude angle and Sommerfeld reciprocal are calculated from the load. Also, the torque on the rotating inner cylinder was calculated. considering the skin friction. The attitude angle and Sommerfeld reciprocal are decreased with eccentricity. Viscous damping coefficient due to the skin friction becomes larger with decreasing the annular space. It is found the non-linear effects of the convection terms on the flow and the load are important. especially on the attitude angle, for relatively wide annular configurations however, the effects on those are minor for very narrow annular ones.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.6
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pp.160-170
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2006
If hydraulic pump controlled by mechanical type regulator has more than one control function, the construction of regulator will be very complicated and control performance falls drastically. It is difficult to have more than one control function for hydraulic pump controlled by electronic type hydraulic valve due to the inconsistency of controllers. This paper proposes a multi-function control technique which controls continuously flow, pressure and power by using EPPR(Electronic Proportional Pressure Reducing) valve in swash plate type axial piston pump. Nonlinear mathematical model is developed from the continuity equation for the pressurized control volume and the torque balance for the swash plate motion. To simplify the model we make the linear state equation by differentiating the nonlinear model. A reaction spring is installed in servo cylinder to secure the stability of the control system. We analyze the stability and disturbance by using the state variable model. Finally, we review the control performances of flow, pressure and power by tests using PID controller.
Park, Jong-Hyeok;No, Tae-Su;Mun, Jeong-Hui;Kim, Ji-Eon
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.34
no.12
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pp.25-34
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2006
In this paper, a method of designing the pitch control algorithm for the wind turbine generator system (WTGS) and results of nonlinear simulation are presented. For this, the WTGS is treated as a multibody system and the blade element and momentum theory are adopted to model the aerodynamic force and torque acting the rotor blades. For the purpose of controller design, the WTGS is approximated to 1 DOF system using the fact that the WTGS is eventually a constrained multibody system. Then a classical PID controller is designed and used to regulate the rotational speed of the generator. FORTRAN based nonlinear simulation program is written and used to evaluate the performance of the proposed controller at the various wind scenario and operational modes.
Recently, there is a tendency to design the large full ships with lower-powered engine as the means for energy saving in ship's navigation at seas. Such a lower-powered ship is anticipated to show the different propulsive performance in rough seas, because the fluctuation of main engine load of lower powered ship is relatively large as compared with higher-powered ship is relatively large as compared with higher-powered ship. The fluctuation of propeller load is nonlinear at racing condition in waves. It is due to the variation of inflow velocity into propeller, the propeller immersion and the characteristics of engine governor. In this paper, the theoretical calculation of the nominal speed loss and the numerical simulation for the nonlinear load fluctuation of a model ship in rough seas are carried out. From the results of calculation, the following are discussed. (1) The ratio of nominal speed loss to the speed in still water. (2) The manoeuvring ability of ship and the operational ability of main engine in a seaway. (3) A method of the evaluation for the fluctuation of propeller torque and revolution on the engine characteristics plane. (4) The effect of engine governor characteristics on the propeller load fluctuation.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.3
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pp.156-165
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1997
In the practical control systems, the dynamic range of actuatiors is limited(or saturated) when actuators are driven by sufficiently large signals. This gives rise to a nonlinearity as a result of actuator saturation. For example, the upper limit is imposed on productive capability by available factory space and capital equipment. Other examples of those kinds of actuator saturations are a maximum torque of the actua- ting motors and a throttle position in an aircraft speed control A saturating actuator may lead not only to a large overshoot during start-up and shut-down, but also to deterioration of the performance due to the uncertainties. That is, the speed of response is decreased and, possibly, the system output may not follow the lalrge reference inputs. The large-overshoot may be accompanied by rest wind-up(or called by integra- tor wind-up) which comes from controllers with integral action in saturation operation regions. Eventually, as the overshoot increases, the system has a limit cycle or becomes oscillatorily unstable. Due to these cir- cumstances, many studies are focused on the stability and robustness of the nonlinear systems with satu- rating actuator in the time-domain as well as in the frequency-domain.
Due to earthquakes, many structures suffered extensive damages that were attributed to the torsional effect caused by mass, stiffness or strength eccentricity. Due to this type of asymmetry torsional moments are generated that are imposed by means of additional shear forces developed at the vertical resisting structural elements of the buildings. Although the torsional effect on the response of reinforced concrete buildings was the subject of extensive research over the last decades, a quantitative index measuring the amplification of the shear forces developed at the vertical resisting elements due to lateral-torsional coupling valid for both elastic and elastoplastic response states is still missing. In this study a reliable index capable of assessing the torsional effect is proposed. The performance of the proposed index is evaluated and its correlation with structural response quantities like displacements, interstorey drift, base torque, shear forces and upper diaphragm's rotation is presented. Torsionally stiff, mass eccentric single-story and multistory structures, subjected to bidirectional excitation, are considered and nonlinear dynamic analyses are performed using natural records selected for three hazard levels. It was found that the proposed index provides reliable prediction of the magnitude of torsional effect for all test examples considered.
This paper aims to study the large deflections of variable-arc-length elastica subjected to the terminal forces (e.g., axial force and torque). Based on Kirchhoff's rod theory and with help of Euler parameters, the set of nonlinear governing differential equations which free from the effect of singularity are established together with boundary conditions. The system of nonlinear differential equations is solved by using the shooting method with high accuracy integrator, seventh-eighth order Runge-Kutta with adaptive step-size scheme. The error norm of end conditions is minimized within the prescribed tolerance ($10^{-5}$). The behavior of VAL elastica is studied by two processes. One is obtained by applying slackening first. After that keeping the slackening as a constant and then the twist angle is varied in subsequent order. The other process is performed by reversing the sequence of loading in the first process. The results are interpreted by observing the load-deflection diagram and the stability properties are predicted via fold rule. From the results, there are many interesting aspects such as snap-through phenomenon, secondary bifurcation point, loop formation, equilibrium configurations and effect of variable-arc-length to behavior of elastica.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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