This paper presents the design and implementation of an improved cascaded multilevel inverter topology with asymmetric DC sources. This experimental inverter topology is a stand-alone system with simulations and experiments performed using resistance loads. The topology uses four asymmetric binary DC sources that are independent from each other and one H-bridge. The topology was simulated using PSIM software before an actual prototype circuit was tested. The proposed topology was shown to be very efficient. It was able to generate a smooth output waveform up to 31 levels with only eight switches. The obtained simulation and experimental results are almost identical. In a 1,200W ($48.3{\Omega}$) resistive load application, the THDv and efficiency of the topology were found to be 1.7% and 97%, respectively. In inductive load applications, the THDv values were 1.1% and 1.3% for an inductive load ($R=54{\Omega}$ dan L=146mH) and a 36W fluorescent lamp load with a capacitor connected at the dc bus.
Kim Chwa-Il;Wang Se-Myung;Bae Kyoung-Ryun;Moon Hee-Gon;Choi Kyung-K.
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.4
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pp.494-504
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2006
This research proposes a reliability-based topology optimization (RBTO) using the finite element method. RBTO is a topology optimization based on probabilistic (or reliability) constraints. Young's modulus, thickness, and loading are considered as the uncertain variables and RBTO is applied to static and eigenvalue problems. The RBTO problems are formulated and a sensitivity analysis is performed. In order to compute probability constraints, two methods-RIA and PMA-are used. Several examples show the effectiveness of the proposed method by comparing the classical safety factor method.
The purpose of this study was to develop a new element removal method for ESO (Evolutionary Structural Optimization), which is one of the topology optimization methods. ESO starts with the maximum allowable design space and the optimal topology emerges by a process of removal of lowly stressed elements. The element removal ratio of ESO is fixed throughout topology optimization at 1 or 2%. BESO (bidirectional ESO) starts with either the least number of elements connecting the loads to the supports, or an initial design domain that fits within the maximum allowable domain, and the optimal topology evolves by adding or subtracting elements. But the convergence rate of BESO is also very slow. In this paper, a new element removal method for ESO was developed for improvement of the convergence rate. Then it was applied to the same problems as those in papers published previously. From the results, it was verified that the convergence rate was significantly improved compared with ESO as well as BESO.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.523-528
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2002
Topology optimization is widely accepted as a conceptual design tool for the product design. Since the resulted layout of the topology optimization is a kind of digital images represented by the density distribution, the seamless process is required to transform digital images to the CAD model for the practical use. In this paper, the general process to construct a CAD model is developed to apply for topology images based on elements. The node density and the morphology technique is adopted to extract boundary contour of the shape and remove the noise of images through erosion and dilation operation. The proposed method automatically generates point data sets of the geometric model. The process is integrated with Pro/Engineer, so that the engineer in practice can directly handle with curves or surface form digital images.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.1085-1089
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2007
An acoustic topology optimization method is developed to optimize the acoustic attenuation capability of a muffler. The transmission loss of the muffler is calculated by using the three-point method based on finite element analysis. Each element of the finite element model is assumed to have the variable acoustic properties, which are penalized by a carefully-selected interpolation function to yield clear expansion chamber shapes at the end of topology optimization. The objective of the acoustic topology optimization problem formulated in this work is to maximize the transmission loss at a target frequency. The transmission loss value at a deep frequency of a nominal muffler configuration can be dramatically increased by the proposed optimization method. Optimal muffler configurations are also obtained for other frequencies.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.8
s.251
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pp.889-896
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2006
The concept of reliability has been applied to the topology optimization based on a reliability index approach or a performance measure approach. Since these approaches, called double-loop single vector approach, require the nested optimization problem to obtain the most probable point in the probabilistic design domain, the time for the entire process makes the practical use infeasible. In this work, new reliability-based topology optimization method is proposed by utilizing single-loop single-vector approach, which approximates searching the most probable point analytically, to reduce the time cost. The results of design examples show that the proposed method provides efficiency curtailing the time for the optimization process and accuracy satisfying the specified reliability.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1996.04a
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pp.182-189
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1996
The focus of this study is on the problem of the design of structure of undetermined topology. This problem has been regarded as being the most challenging of structural optimization problems, because of the difficulty of allowing topology to change. Conventional approaches break down when element sizes approach to zero, due to stiffness matrix singularity. In this study, a novel nonlinear Programming formulation of the topology Problem is developed and examined. Its main feature is the ability to account for topology variation through zero element sizes. Stiffness matrix singularity is avoided by embedding the equilibrium equations as equality constraints in the optimization problem. Although the formulation is general, two dimensional plane elasticity examples are presented. The design problem is to find minimum weight of a plane structure of fixed geometry but variable topology, subject to constraints on stress and displacement. Variables are thicknesses of finite elements, and are permitted to assume zero sizes. The examples demonstrate that the formulation is effective for finding at least a locally minimal weight.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.4
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pp.412-418
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2011
Reliability-based Topology optimization(RBTO) is to get an optimal design satisfying uncertainties of design variables. Although RBTO based on homogenization and density distribution method has been done, RBTO based on BESO has not been reported yet. This study presents a reliability-based topology optimization(RBTO) using bi-directional evolutionary structural optimization(BESO). Topology optimization is formulated as volume minimization problem with probabilistic displacement constraint. Young's modulus, external load and thickness are considered as uncertain variables. In order to compute reliability index, four methods, i.e., RIA, PMA, SLSV and ADL(adaptive-loop), are used. Reliability-based topology optimization design process is conducted to obtain optimal topology satisfying allowable displacement and target reliability index with the above four methods, and then each result is compared with respect to numerical stability and computing time. The results of this study show that the RBTO based on BESO using the four methods can effectively be applied for topology optimization. And it was confirmed that DLSV and ADL had better numerical efficiency than SLSV. ADL and SLSV had better time cost than DLSV. Consequently, ADL method showed the best time efficiency and good numerical stability.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.25
no.3A
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pp.443-450
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2000
Although designing a virtual topology for all-optical WDM wide-area networks has been extensively studied and several algorithms have been proposed, these algorithms assumed error-free communication between two nodes. However, noises from optical amplifiers and optical cross-connects can degraded the signal, resulting in a nonzero bit-error rate. In this paper, we investigate the effect of physical limitations on the virtual topology design. We show that for side-area all-optical networks where transmission distance is fairly long, virtual topology design algorithm that can determine the locations of opto-electronic(OE) and electro-optic(EO) conversions to set up a connection request with a high BER in a multihop manner.
International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems
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v.5
no.2
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pp.108-113
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2005
This paper suggests a control method for an efficient topology/parameter evolution in a bond graph-based GP design framework that automatically synthesizes designs for multi-domain, lumped parameter dynamic systems. We adopt a hierarchical breeding control mechanism with fitness-level-dependent differences to obtain better balancing of topology/parameter search - biased toward topological changes at low fitness levels, and toward parameter changes at high fitness levels. As a testbed for this approach in bond graph synthesis, an eigenvalue assignment problem, which is to find bond graph models exhibiting minimal distance errors from target sets of eigenvalues, was tested and showed improved performance for various sets of eigenvalues.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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