이 논문은 지능구조물의 실시간 적응진동제어를 위해 유전자 알고리즘을 이용하여 Positive Position Feedback(PPF) 제어기를 조정하는 것과 관련이 있다. 유전자 알고리즘은 최적변수를 찾는데 있어 국소 최소점이 아닌 전체적인 최적점을 찾을 수 있는 능력이 있다. PPF 제어기는 다른 진동모드에 영향을 주지 않으면서 특정 진동모드의 감쇠를 증가시킬 수 있는 장점을 가지고 있는 반면에 효과적인 진동제어를 위해서는 제어하고 자하는 진동모드의 고유진동수를 정확히 알아야하는 단점이 있다. 본 연구에서는 유전자 알고리즘을 이용하여 실시간으로 PPF 제어기가 필요로 하는 변수값을 추적할 수 있는 알고리즘을 개발하여 그 타당성을 실험으로 증명하였다. 실험결과는 PPF 제어기의 실시간 조정이 성공적으로 이루어져 진동제어가 효과적으로 이루어졌음을 보여주고 있다.
This paper is concerned with the theoretical estimation of the single-input single-output(SISO) positive position feedback(PPF) controller and the derivation of the stability conditions for the multi-input multi-output (MIMO) PPF controller. Although the stability condition for the SISO PPF controller was derived in the earlier works, the question regarding the performance estimation of the SISO PPF controller has never been studied theoretically. Hence, the SISO PPF controller for the single degree-of-freedom system was first investigated and then control parameters including gain, the filter frequency, and the damping factor of the PPF controller were analyzed in detail thus providing the design methodology for the SISO PPF controller. In the case of real structure. there are infinite number of natural modes so that some modes are to be controlled by a limited number of actuator and sensor. Based on the theoretical results on the SISO PPF controller, the stability condition for the multi-input multi-output PPF controller was derived when only the few number of modes are to be controlled. The control spillover problem is also discussed in detail.
This paper presents active vibration control scheme of multi-mode forced vibration using piezocetamic sensors and actuators. The control scheme adopted is the Positive Position Feedback (PPF) control. Among various vibration control techniques. PPF control technique makes use of generalized displacement measurements to accomplish the vibration suppression. Two independent controllers are implemented to control the first and the second modes of the beam under external excitation. Experimental results for various damping ratios and feedback gains of the PPF controllers are compared with respect to the contorl efficiency. The results indicate that steady state vibration under wide band excitation can be controlled effectively when multiple sets of PZT sensors and actuators were used with PPF control technique.
구조물에 있어서 진동은 소음을 유발하며 구조물을 불안정하게 만드는 요인이 된다. 특히, 저주파 진동은 구조물에 미치는 영향이 크므로, 유연구조물의 저주파 진동모드들을 우선적으로 제어할 필요가 있다. 본 논문에서는 압전세라믹을 작동기로, 압전필름을 감지기로 사용하였고, 능동 제어 알고리즘의 하나인 적응형 디지털 PPF(Positive Position Feedback) 제어기를 구성하여 유연 외팔 평판과 열린 박스 구조물에서 저주파 진동을 감소시켰다.(중략)
This paper is concerned with the active vibration control of building structure by means of the active tuned mass damper and the modified positive position feedback controller. To this end, one-degree-of-freedom spring-mass-damper system equipped with ATMD is considered. The stability condition for the addressed system when applying the proposed PPF controller is derived by Routh-Hurwitz stability criterion. The stability condition shows that the modified PPF controller is absolutely stable if the controller gain is positive. so that the modified PPF controller can be used without difficulty. Theoretical study shows that the modified PPF controller can effectively suppress vibrations as the original PPF controller does in smart structure applications. To investigate the validity of the modified PPF controller, a simple experimental structure with an ATMD system driven by DC motor was built. The modified PPF control algorithm was implemented on Atmel 128 microcontroller. The experimental result shows that the modified PPF controller can also suppress vibrations for the real structure.
This paper is concerned with the active vibration control of building structure by means of the active tuned mass damper and the modified positive position feedback controller. To this end, one-degree-of-freedom spring-mass-damper system equipped with ATMD is considered. The stability condition for the addressed system when applying the proposed PPF controller is derived by Routh-Hurwitz stability criterion. The stability condition shows that the modified PPF controller is absolutely stable if the controller gain is positive, so that the modified PPF controller can be used without difficulty. Theoretical study shows that the modified PPF controller can effectively suppress vibrations as the original PPF controller does in smart structure applications. To investigate the validity of the modified PPF controller, a simple experimental structure with an ATMD system driven by DC motor was built. The modified PPF control algorithm was implemented on Atmel 128 microcontroller. The experimental result shows that the modified PPF controller can also suppress vibrations for the real structure.
This paper is concerned with the real-time automatic tuning of the multi-input multi-output positive position feedback controllers for smart structures by the genetic algorithms. The genetic algorithms have proven its effectiveness in searching optimal design parameters without falling into local minimums thus rendering globally optimal solutions. The previous real-time algorithm that tunes a single control parameter is extended to tune more parameters of the MIMO PPF controller. We employ the MIMO PPF controller since it can enhance the damping value of a target mode without affecting other modes if tuned properly. Hence, the traditional positive position feedback controller can be used in adaptive fashion in real time. The final form of the MIMO PPF controller results in the centralized control, thus it involves many parameters. The bounds of the control Parameters are estimated from the theoretical model to guarantee the stability. As in the previous research, the digital MIMO PPF control law is downloaded to the DSP chip and a main program, which runs genetic algorithms in real time, updates the parameters of the controller in real time. The experimental frequency response results show that the MIMO PPF controller tuned by GA gives better performance than the theoretically designed PPF. The time response also shows that the GA tuned MIMO PPF controller can suppress vibrations very well.
In this research, using Terfenol-D actuator composed of magnetostrictive material as shaker and controller, active vibration control theory was applied and verified by experiments. PPF(positive Position Feedback) algorithm which is effective for the control of low frequency vibration was used for the control of a structure. Responses of inputs due to various design variable used for the PPF filter were observed. To investigate the characteristics of magnetostrictive materials, actuator responses were measured for known inputs and satisfactory results were obtained to reduce the vibration level after applying the control input for the actuator.
This paper reports the active vibration control of plates using positive position feedback controller (PPF). The equations of motion of the plate under force and moment pairs were derived and the equations of PPF controllers were formulated. The effect of the parameters - gain and damping ratio - of the PPF controllers on the open loop transfer function was investigated mainly in terms of the system stability. Increasing the gain of the PPF controller tuned at a mode, the magnitude of the open loop transfer function is increased at all frequencies without changing the phase behavior. The increase of the damping ratio of the PPF controller leads to decrease the magnitude of the open loop transfer function and to modify its phase characteristics to be more stable. Two PPF controllers connected in parallel, Each PPF controller is tuned at the $1^{st}$ and $2^{nd}$ modes, respectively. Their parameters were determined to remain the system to be stable based on the results of the parametric study. A significant reduction in vibration at the 2 modes can be obtained.
Several types of smart materials and control scheme are available to adjust the structure actively in various external disturbances. A control scheme was introduced for a specific material. But the effectiveness of the control scheme has some limitation according to the choice of the smart materials and the response of the structure. The ER(Electrorheological) fluid is adequate for a large control force, and the PZT(lead zirconate titanate) patches are suitable for small but arbitrary control force at any point of the structure. It can be used for active control of structure by changing the dynamic characteristics of the structure. But it has some difficulty in suppressing the excited vibration in broad band. To compensate this resonance of the controlled structure, a hybrid controller was constructed using PPF(Positive position feedback) control with PZT and ER fluid control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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