This paper deals with a novel shunted actuator, which has a capability to suppress multi-mode vibration amplitudes by using a pair of piezoceramic patches. In order to describe the characteristic behaviors of shunted dampers connected with a series and a parallel resistor-negative capacitive branch circuit, the stiffness ratio and loss factor with respect to the non-dimensional frequency are considered. To obtain a guideline model of a piezo/beam system connected with a series and a parallel resistor-negative capacitor branch circuit, the governing equations of motion is derived through Hamiltons principle and a piezo sensor equation as well as a shunt damping matrix is developed. The theoretical analysis shows that the shunted actuator developed in this study can significantly reduce multiple-mode vibration amplitudes simultaneously over the whole structural frequency range.
This paper presents an inertia type of piezostack based active mount fur unmanned aero vehicle (UAV) camera system. After identifying the stiffness and damping properties of the rubber element and piezostack a mechanical model of the active mount system is established. The governing equation of mount is then derived and expressed in a state space form. Subsequently, a sliding mode controller which is robust to uncertain parameters is designed in order to reduce the vibration imposed according to the military specification associated with UAV camera mount system operation. Control performances such as acceleration and transmitted force are evaluated through both computer simulation and experimental implementation.
This paper present an error compensation system and On-Machine Measurement(OMM) system for improving the machining accuracy of ultra-precision lathe. The Fast-Tool-Servo(FTS) driven by a piezoelectric actuator is applied for error compensation system. The controller is implemented on the 32bit DSP for feedback control of piezoelectric actuator. The control system is designed to compensates three kinds of machining errors such as the straightness error of X-axis slide, the thermal growth error of the spindle. and the squareness between spindle and X-axis slide. OMM is preposed to measure the finished profile of workpiece on the machine-tool using capacitive sensor with highly accurate ruby tip probe guided by air bearing. The data acquisition system is linked to the CNC controller to get the position of each axis in real-time. Through the experiments, it is founded that the thermal growth of spindle and tile squareness error between spindle and X-axis slide influenced to machining error more than straightness error of X-axis slide in small travel length. These errors were simulated as a sinusoidal signal which has very low frequency and the FTS could compensate the signal less than 30 m. The implemented OMM system has been tested by measuring flat surface of 50 mm diameter and shows measurement error less than 400 mm
In this paper, we present a case study of vibration suppression based on the application of active damping to the small boring process of a boring bar with diameter below ${\Phi}12$. The proposed active damping system consists of an acceleration sensor for real-time monitoring of the vibration signal, a driver for phase control in a computer program, and piezoelectric actuators for damping. In this system, the vibration signals are detected by the acceleration sensor and sent to the computer as an input. The phase shift parameter of the natural frequency of the input signal is sent to the data acquisition board in the computer and calculated by the phase control program. This study confirmed the effectiveness of this damping system, and it opens up the possibility of the development of active damping systems for small boring processes.
In this paper, we propose an attitude controller for an unstructured object using CMG(Control Moment of Gyro) subsystem, which has a stabilizer function. The CMG subsystem consists of one motor for spinning the wheel and the other motor for turning the outer gimbal. While the wheel of CMG subsystem is spinning at high speed, applying force to the spin axis of the wheel leads the torque about the vertical axis. We utilize the torque to control the attitude of object in this study. For the stabilizer function, in additiion, holding the load at the current position, the power applied to the gimbal motor of CMG will be cut, which result in the braking force to stop the load by gyro effect. However, due to the gear reduction connected to outer gimbal, slow load motion cannot generate the braking force. Thus, in this study, we are willing to make a holding force by applying control power to the gimbal motor from the signal of piezoelectric gyroscopic sensor that detected the angular velocity of the load. These two features are demonstrated in experiment, carrying a beam with crane. As a result, load was started to rotate by controlling gimbal positiion and was stopped by turning off the gimbal power. Moreover, slow movement of the load was also rejected by additional control with gyroscopic sensor.
The present paper addresses the nonlinear response of a FG square plate with two smart layers as a sensor and actuator under pressure. Geometric nonlinearity was considered in the strain-displacement relation based on the Von-Karman assumption. All the mechanical and electrical properties except Poisson's ratio can vary continuously along the thickness of the plate based on a power function. Electric potential was assumed as a quadratic function along the thickness direction and trigonometric function along the planar coordinate. By evaluating the mechanical and electrical energy, the total energy equation can be minimized with respect to amplitude of displacements and electrical potential. The effect of non homogenous index was investigated on the responses of the system. Obtained results indicate that with increasing the non homogenous index, the displacements and electric potential tend to an asymptotic value. Displacements and electric potential can be presented in terms of planar coordinate system. A linear analysis was employed and then the achieved results are compared with those results that are obtained using the nonlinear analysis. The effect of the geometric nonlinearity is investigated by using the comparison between the linear and nonlinear results. Displacement-load and potential-load curves verified the necessity of a nonlinear analysis rather than a linear analysis. Improvement of the previous results (by the linear analysis) through employing a nonlinear analysis can be presented as novelty of this study.
본 연구에서는 판형태의 압전감지기와 압전작동기가 접착되어 있는 보형태의 스마트구조물의 자유진동제어에 대한 유한요소모형화 방법을 제안한다. 압전재료의 직접압전효과와 역압전효과에 대한 구성방정식을 고려하고 변분원리를 이용하여 스마트보유한요소의 운동방정식을 유도한다. 이러한 2절점 보 유한요소근 등매개변수요소로서 Timoshenko 보이론을 기초로 한다. 따라서, 보형태의 스마트구조물을 제안하는 스마트보 유한요소에 의하여 해석함으로써 전압이 작용되는 압전작동기에 의한 구조물의 제어와 전압을 측정하는 압전감지기에 의한 구조물의 모니터링에 대한 수치적인 시뮬레이션이 가능해진다 이러한 스마트보유한요소와 Constant-gain feed back control 기법을 이용하여 압전감지기와 압전작동기를 이용한 보구조물의 자유진동제어에 대한 유한요소 모델을 제안한다
The flexural vibration of aluminum beams with active and passive constrained-layer damping has been investigated experimentally to design structure with maximum possible damping capacity. Piezoelectric film is used as sensor and piezoceramic as actuator for negative velocity feedback control. This paper shows the effectiveness of active constrained-layer damping treatment through experiment, and we have carried out an experiment to study effect of beam thickness.
Morphotropic phase boundary (MPB), which is a special boundary that separates two or multiple different phases in the phase diagram of some ferroelectric ceramics, is an important concept in identifying physics that includes piezoelectric responses. MPB, which had not been discovered in organic materials until recently, was discovered in poly(vinylidene fluoride-co-trifluoroethylene (P(VDF-TrFE)), resulting from a molecular approach. The piezoelectric coefficient of P(VDF-TrFE) in this MPB region was achieved up to -63.5 pC N-1, which is about two times as large as the conventional value of -30 pC N-1 of P(VDF-TrFE). An order-disorder arrangement greatly affects the rise of the piezoelectric effect and the ferroelectric, paraelectric and relaxor ferroelectric of P(VDF-TrFE), so the arrangement and shape of the polymer chain is important. In this review, we investigate the origin of negative longitudinal piezoelectric coefficients of piezoelectric polymers, which is definitely opposite to those of common piezoelectric ceramics. In addition to the mainly discussed issue about MPB behaviors of ferroelectric polymers, we also introduce the consideration about polymer chirality resulting in relaxor ferroelectric properties. When the physics of ferroelectric polymers is unveiled, we can improve the piezoelectric and pyroelectric properties of ferroelectric polymers and contribute to the development of next-generation sensor, energy, transducer and actuator applications.
압전 센서와 액츄에이터를 이용한 단순지지 평판의 진동제어에 관해 이론적 고찰을 하였다. 적절한 센서, 액츄에이터의 운동방정식을 구한 후 평판으 ㅣ운동 방정식과 결합해 능동 진동제어 시스템을 구성하였으며, 외력과 제어력의 복합 영향을 고려한 평판의 진동 진폭 반응을 해석하였다. 본 방법의 효용성을 보이기 위해 집중 응력과 압전구동기에 의한 모멘트의 두가지 외력에 대한 진동반응을 수치해석 하였으며, 그 결과 압전 센서와 액츄에이터로써 구조물의 외력에 대한 진동반응을 효율적으로 감소시킬 수 있었다. 본 연구에서 고찰된 방법은 임의의 외력 조건과 제어 알고리즘에 적용이 가능하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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