Present study deals with the development of finite element based solution methodology to investigate active control of dynamic response of delaminated composite shells with piezoelectric sensors and actuators. The formulation is based on first order shear deformation theory and an eight-noded isoparametric element is used. A coupled piezoelectric-mechanical formulation is used in the development of the constitutive equations. For modeling the delamination, multipoint constraint algorithm is incorporated in the finite element code. A simple negative feedback control algorithm coupling the direct and converse piezoelectric effects is used to actively control the dynamic response of delaminated composite shells in a closed loop employing Newmark's time integration scheme. The validity of the numerical model is demonstrated by comparing the present results with those available in the literature. A number of parametric studies such as the locations of sensor/actuator patches, delamination size and its location, radius of curvature to width ratio, shell types and loading conditions are carried out to understand their effect on the transient response of piezoceramic delaminated composite shells.
Analytical solutions and finite element results of laminated composite plates with smart material layers embedded in them are presented in this study. The third-order plate theory of Reddy is used to study vibration suppression characteristics. The analytical solution for simply supported boundary conditions is based on the Navier solution procedure. The velocity feedback control is used. Parametric effects of the position of the smart material layers, material properties, and control parameters on the suppression time are investigated. It has been found that (a) the minimum vibration suppression time is achieved by placing the smart material layers farthest from the neutral axis, (b) using thinner smart material layers have better vibration attenuation characteristics, and, (c) the vibration suppression time is larger for a lower value of the feedback control coefficient.
Kassem, Ahmed M.;Sayed, Khairy;El-Zohri, Emad H.;Ali, Hossam H.
Advances in Energy Research
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v.5
no.1
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pp.79-90
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2017
The main objective of load frequency control (LFC) is to keep the frequency value at nominal value and force deviation of the frequency to zero in case of load change. This paper suggests LFC by using a model predictive control (MPC), based on Integral Square Error (ISE) method designed to optimize the damping of oscillations in a two-area power system. The MPC is designed and simulated with a model system in state space, for robust performance in the system response. The proposed MPC is tuned by ISE to achieve superior efficiency. Moreover, its performance has been assessed and compared with the PI and PID conventional controllers. The settling time and overshoot with MPC are extremely minimized as compared with conventional controllers.
An importance sampling method is presented for computing the first passage probability of elasto-plastic structures under stochastic excitations. The importance sampling distribution corresponds to shifting the mean of the excitation to an 'adapted' stochastic process whose future is determined based on information only up to the present. A stochastic control approach is adopted for designing the adapted process. The optimal control law is determined by a control potential, which satisfies the Bellman's equation, a nonlinear partial differential equation on the response state-space. Numerical results for a single-degree-of freedom elasto-plastic structure shows that the proposed method leads to significant improvement in variance reduction over importance sampling using design points reported recently.
Wang, Xidong;Pereira, Emiliano;Diaz, Ivan M.;Garcia-Palacios, Jaime H.
Smart Structures and Systems
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v.22
no.1
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pp.95-103
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2018
Active vibration control via inertial mass actuators has been shown as an effective tool to significantly reduce human-induced vertical vibrations, allowing structures to satisfy vibration serviceability limits. However, a lot of practical obstacles have to be solved before experimental implementations. This has motivated simple control techniques, such as direct velocity feedback control (DVFC), which is implemented in practice by integrating the signal of an accelerometer with a band-pass filter working as a lossy integrator. This work provides practical guidelines for the tuning of DVFC considering the damping performance, inertial mass actuator limitations, such as stroke and force saturation, as well as the stability margins of the closed-loop system. Experimental results on a full scale steel-concrete composite structure (behaves similar to a footbridge) with adjustable span are reported to illustrate the main conclusions of this work.
This paper presents a framework of nonlinear dynamic analysis of a low-speed moving maglev (magnetically levitated) vehicle subjected to cross winds and controlled using a clipped-LQR actuator with time delay compensation. A four degrees-of-freedom (4-DOFs) maglev-vehicle equipped with an onboard PID (Proportional-Integral-Derivative) controller traveling over guideway girders was developed to regulate the electric current and control voltage. With this maglev-vehicle/guideway model, dynamic interaction analysis of a low-speed maglev vehicle with guideway girders was conducted using an iterative approach. Considering the time-delay issue of unsynchronized tuning forces in control process, a clipped-LQR actuator with time-delay compensation is developed to improve control effectiveness of lateral vibration of the running maglev vehicle in cross winds. Numerical simulations demonstrate that although the lateral response of the maglev vehicle moving in cross winds would be amplified significantly, the present clipped-LQR controller exhibits its control performance in suppressing the lateral vibration of the vehicle.
A direct and relatively simple method for controlling nodal displacements and/or internal bar forces has been developed for prestressable structural assemblies including complex elements ("macro-elements", e.g., the pantographic element), involving Matrix Condensation, in which structural matrices being built up from matrices of elementary elements. The method is aimed at static shape control of geometrically sensitive structures. The paper discusses identification of the most effective bars for actuation, without incurring violation in bar forces, and also with objective of minimal number of actuators or minimum actuation. The advantages of the method is that the changes for both force and displacement regimes are within a single formulation. The method can also be used for adjustment of bar forces to either reduce instances of high forces or increase low forces (e.g., in a cable nearing slack).
Park, Geun-Seok;Lim, Jun-Young;Kang, E-Sok;Kang, Jung-Sik
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2002.10a
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pp.115.4-115
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2002
The disc spinning machine is a specific production machine for discs of automobile. Using this machine, we could product superior wheels in hardness and strength to the press method and the machine made process time shorten by one-pass spinning. But, the spinning machine became huge because it needed maximum pressure during the process and this can badly affect the lifetime of components. In this paper, hydraulic control system was designed to make up for defects of spinning machine and to shorten overusing power. Experimental hydraulic control system was used to simulate the wheel disc spinning process and the control performance was evaluated for the required forces and positions.
The purpose of this study is to propose a procedure for evaluating quantitatively the increase of the equivalent damping ratio of a structure with passive/active vibration control systems subjected to a stationary wind load. A Lyapunov function governing the response of a structure and its differential equation are formulated first. Then the state-space equation of the structure coupled with the secondary damping system is solved. The results are substituted into the differential equation of the Lyapunov function and its derivative. The equivalent damping ratios are obtained from the Lyapunov function of the combined system and its derivative, and are used to assess the control effect of various damping devices quantitatively. The accuracy of the proposed procedure is confirmed by applying it to a structure with nonlinear as well as linear passive/active control systems.
Santhosh Kumar, B.V.M.P.;Suresh, K.;Varun Kumar, U.;Uma, G.;Umapathy, M.
Interaction and multiscale mechanics
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v.3
no.3
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pp.257-266
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2010
A novel resonance based proximity DC current sensor is proposed. The sensor consists of a piezo sensed and actuated cantilever beam with a permanent magnet mounted at its free end. When the sensor is placed in proximity to a wire carrying DC current, resonant frequency of the beam changes with change in current. This change in resonant frequency is used to determine the current through the wire. The structure is simulated in micro and meso scale using COMSOL Multi physics software and the sensor is found to be linear with good sensitivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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