In this paper, we suggest a design scheme of receding horizon predictive control(RHPC) for boiler-turbine systems whose dynamics are given in nonlinear equations. RHPC is designed for linear state space models which are obtained at a nominal operating point of the boiler-turbine system. In this consideration, the boiler is operated in a sliding pressure mode, in which the reference value of drum pressure is changing according to the electrical power generation. The reference values of the system outputs are prefiltered before they are fed to the RHPC in order to compensate the linearization errors. Simulation results show that the proposed controller provides acceptable performances in both of the cases of 'steep and small changes' and 'slow and large changes' of power demand and yields the effect of modest coordination of conventional PID schemes such as boiler-following and turbine-following control.
Generally, a structural system with large inextensional deformations, or in other words, non-strained deformation is called as 'Unstable Structure', Truss-linked structures, cable structures, membrane structures and movable structures as foldable space structures etc, are included in this category. In this paper, a dynamic analysis method for unstable structural systems is presented. Governing equations for dynamic analysis of unstable truss structures with inextensional displacements are derived. Because of singularity of inverse matrixin in practical analysis of unstable structure, the generalized inverse matrix is Introduced to resolve the singular problem. Also, the RREF technique is used to get the inextensional displacement mode. Two unstable truss structures are analyzed by using presented method. Damping is not considered. From the given results, it is known that proposed method is useful to figure out the dynamic behavior of unstable truss structures.
This paper studies on the design of an ILQ(Inverse Linear Quadratic optimal control) looper control system for hot strip mills. The looper which is placed between each stand plays an important role in controlling strip width by regulating strip tension variation generated from the velocity difference of main work rolls. The mathematical model for looper is firstly obtained by Taylor's linearization of nonlinear differential equations, where it is given as a linear and time invariant state-space equation. Secondly, a looper servo controller is designed by ILQ control algorithm, which is an inverse problem of LQ(Linear Quadratic optimal control) control. By tunning control gain arbitration parameters and time constants, it is shown that the ILQ looper servo controller has the performance that makes well to follow desired trajectories of both strip tension and looper angle.
The general time optimal control law provides the optimal solution for a minimum time control problem. But in most real systems with disturbances and model uncertainties, the time optimal control law leads to chattering effect. This chattering effect can cause the system to be unstable. Therefore, we propose a robust optimal control algorithm for the nonlinear second order systems with model uncertainty. The proposed algorithm is combined with bang-bang control and sliding mode control. Thus the proposed algorithm has two state space regions to implement to control algorithm. In each region, the appropriate linear or nonlinear feedback control law is used satisfying the dynamic system equations. Simulation results show the superiority of the proposed controller in comparison with pure time optimal control(bang-bang control).
KAERI has recently developed the nuclear design code MASTER for the application to reactor physics analyses for pressurized water reactors. Its neutronics model solves the space-time dependent neutron diffusion equations with the advanced nodal methods. The major calculation categories of MASTER consist of microscopic depletion, steady-state and transient solution, xenon dynamics, adjoint solution and pin power and burnup reconstruction. The MASTER validation analyses, which are in progress aiming to submit the Uncertainty Topical Report to KINS in the first half of 1996, include global reactivity calculations and detailed pin-by-pin power distributions as well as in-core detector reaction rate calculations. The objective of this paper is to give an overall description of the CASMO/MASTER code system whose verification results are in details presented in the separate papers.
The distributed-parameter structures expressed with the partial differential equations are considered as the infinite-dimensional dynamic system. For implementation of a controller in multivariate systems, it is necessary to derive the state-space reduced order model. By the eigensystem realization algorithm, we can yield tile subspace system with the Markov parameters derived from the measured frequency response function by the inverse discrete Fourier transformation. We also review the necessary conditions for the convergence of the approximation system and the error bounds in terms of the singular values of Markov-parameter matrices. To determine the natural frequencies and modal damping ratios, the modal coordinate transformation is applied to the realization system. The vibration test for a smart structure is performed to provide the records of frequency response functions used in the subspace system realization.
The memory response of nonlocal systematical formulation size-dependent coupling of viscoelastic deformation and thermal fields for piezoelectric materials with dual-phase lag heat conduction law is constructed. The method of the matrix exponential, which constitutes the basis of the state-space approach of modern control theory, is applied to the non-dimensional equations. The resulting formulation together with the Laplace transform technique is applied to solve a problem of a semi-infinite piezoelectric rod subjected to a continuous heat flux with constant time rates. The inversion of the Laplace transforms is carried out using a numerical approach. Some comparisons of the impacts of nonlocal parameters and time-delay constants for various forms of kernel functions on thermal spreads and thermo-viscoelastic response are illustrated graphically.
Linear matrix Inequality based $H_\infty$ robust controller is designed to control the motion of a 4-axis unbalanced rigid asymmetric rotor supported and controlled by two active magnetic bearings in this paper. To this end, the equations of motion of the system are derived via Hamilton's variational principle and transformed to a state-space form for the standard $H_\infty$ control problem. LMI-based controller, which does not require additional assumptions beyond the usual stabilizability and detectability assumptions, is designed based upon the pole place weighting function and loopshaping technique. The obtained results are compared with those reported in the available literature and the efficiency of the proposed LMI-based $H_\infty$ control is revealed.
This paper presents a method to analyze the unbalance response of a high speed polygon mirror scanner motor supported by sintered bearing and flexible supporting structures by using the finite element method and the mode superposition method. The appropriate finite element equations for polygon mirror are described by rotating annular sector element using Kirchhoff plate theory and von Karman non-linear strain, and its rigid body motion is also considered. The rotating components except for the polygon mirror are modeled by Timoshenko beam element including the gyroscopic effect. The flexible supporting structures are modeled by using a 4-node tetrahedron element and 4-node shell element with rotational degrees of freedom. Finite element equations of each component of the polygon mirror scanner motor and the flexible supporting structures are consistently derived by satisfying the geometric compatibility in the internal boundary between each component. The rigid link constraints are also imposed at the interface area between sleeve and sintered bearing to describe the physical motion at this interface. A global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to a state-space matrix-vector equation, and both damped natural frequencies and modal damping ratios are calculated by solving the associated eigenvalue problem by using the restarted Arnoldi iteration method. Unbalance responses in time and frequency domain are performed by superposing the eigenvalues and eigenvectors from the free vibration analysis. The validity of the proposed method is verified by comparing the simulated unbalance response with the experimental results. This research also shows that the flexibility of supporting structures plays an important role in determining the unbalance response of the polygon mirror scanner motor.
We present numerical simulations of decaying hydrodynamic turbulence initially driven by solenoidal (divergence-free) and compressive (curl-free) drivings. Most previous numerical studies for decaying turbulence assume an isothermal equation of state (EOS). Here we use a polytropic EOS, P ∝ ργ, with polytropic exponent γ ranging from 0.7 to 5/3. We mainly aim at determining the effects of γ and driving schemes on the decay law of turbulence energy, E ∝ t-α. We additionally study probability density function (PDF) of gas density and skewness of the distribution in polytropic turbulence driven by compressive driving. Our findings are as follows. First of all, we find that even if γ does not strongly change the decay law, the driving schemes weakly change the relation; in our all simulations, turbulence decays with α ≈ 1, but compressive driving yields smaller α than solenoidal driving at the same sonic Mach number. Second, we calculate compressive and solenoidal velocity components separately and compare their decay rates in turbulence initially driven by compressive driving. We find that the former decays much faster so that it ends up having a smaller fraction than the latter. Third, the density PDF of compressively driven turbulence with γ > 1 deviates from log-normal distribution: it has a power-law tail at low density as in the case of solenoidally driven turbulence. However, as it decays, the density PDF becomes approximately log-normal. We discuss why decay rates of compressive and solenoidal velocity components are different in compressively driven turbulence and astrophysical implication of our findings.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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