We study the homogeneous Dirichlet boundary value problem of generalized Laplacian systems with a singular weight which may not be in $L^1$. Using the well-known fixed point theorem on cones, we obtain the multiplicity results of positive solutions under two different asymptotic behaviors of the nonlinearities at 0 and ${\infty}$. Furthermore, a global result of positive solutions for one special case with respect to a parameter is also obtained.
In the current work, static and free torsional vibration of functionally graded (FG) nanorods are investigated using Fourier sine series. The boundary conditions are described by the two elastic torsional springs at the ends. The distribution of functionally graded material is considered using a power-law rule. The systems of equations of the mechanical response of nanorods subjected to deformable boundary conditions are achieved by using the modified couple stress theory (MCST) and taking the effects of torsional springs into account. The idea of the study is to construct an eigen value problem involving the torsional spring parameters with small scale parameter and functionally graded index. This article investigates the size dependent free torsional vibration based on the MCST of functionally graded nano/micro rods with deformable boundary conditions using a Fourier sine series solution for the first time. The eigen value problem is constructed using the Stokes' transform to deformable boundary conditions and also the convergence and accuracy of the present methodology are discussed in various numerical examples. The small size coefficient influence on the free torsional vibration characteristics is studied from the point of different parameters for both deformable and rigid boundary conditions. It shows that the torsional vibrational response of functionally graded nanorods are effected by geometry, small size effects, boundary conditions and material composition. Furthermore, for all deformable boundary conditions in the event of nano-sized FG nanorods, the incrementing of the small size parameters leads to increas the torsional frequencies.
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.52
no.4
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pp.198-204
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2003
In this paper, we presented a new algebraic iterative algorithm for the optimal control of the nonlinear systems. The algorithm is based on two steps. The first step transforms nonlinear optimal control problem into a sequence of linear optimal control problem using the quasilinearization method. In the second step, TPBCP(two point boundary condition problem) is solved by algebraic equations instead of differential equations using the new integral operational matrix of BPF(block pulse functions). The proposed algorithm is simple and efficient in computation for the optimal control of nonlinear systems and is less error value than that by the conventional matrix. In computer simulation, the algorithm was verified through the optimal control design of synchronous machine connected to an infinite bus.
Robot engineering is developed mainly in the field of intelligibility such as a manipulation. Considering the popularization of robots in the future, however, a robot should be studied from a viewpoint of saving energy because a robot is a kind of machine with a energy conversion. This paper deals with minimizing an energy consumption of a manipulator which is driven in a point-to-point control method. When a manipulator carries a heavy payload toward gravitation or the links are de-accelerated for positioning, the motors at joints generate electric energy. Since this energy can be regenerated to the source by using a chopper, the energy consumption of a manipulator is only heat loss by an electric and a frictional resistance of the motors. The minimization of the sum of these losses is reduced Lo a two-points boundary-value problem of an non-linear differential equation. The solutions are obtained by the generalized Newton-Raphson method in this paper. The energy consumption due to the optimum angular velocity patterns of two joints of a two-links manipulator is compared with conventional velocity patterns such as quadratic and trapezoid.
This paper considers a global resolution of kinematic redundancy under inequality constraints as a constrained optimal control. In this formulation, joint limits and obstacles are regarded as state variable inequality constraints, and joint velocity limits as control variable inequality constraints. Necessary and sufficient conditions are derived by using Pontryagin's minimum principle and penalty function method. These conditions leads to a two-point boundary-value problem (TPBVP) with natural, periodic and inequality boundary conditions. In order to solve the TPBVP and to find a global minimum, a numerical algorithm, named two-stage algorithm, is presented. Given initial joint pose, the first stage finds the optimal joint trajectory and its corresponding minimum performance cost. The second stage searches for the optimal initial joint pose with globally minimum cost in the self-motion manifold. The effectiveness of the proposed algorithm is demonstrated through a simulation with a 3-dof planar redundant manipulator.
The problem of a semi-infinite magneto-electro-elastically impermeable mode-III crack in a magneto-electro-elastic material is considered under the action of impact loads. For the case when a pair of concentrated anti-plane shear impacts, electric displacement and magnetic induction impacts are exerted symmetrically on the upper and lower surfaces of the crack, the magneto-electro-elastic field ahead of the crack tip is determined in explicit form. The dynamic intensity factors and dynamic energy density factor are obtained. The method adopted is to reduce the mixed initial-boundary value problem, by using the Laplace and Fourier transforms, into three simultaneous dual integral equations, one of which is converted into an Abel's integral equation and the others into a singular integral equation with Cauchy kernel. Based on the obtained fundamental solutions of point impact loads, the solutions of two kinds of different loading cases are evaluated by integration. For some particular cases, the present results reduce to the previous results.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.5
no.2
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pp.43-53
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2004
Collision avoidance for multiple aircraft can be stated as a problem ofmaintaining safe distance between aircraft in conflict. Optimal collision avoidanceproblem seeks to minimize the given cost function while simultaneously satisfyingconstraints. The cost function could be a function of time or control input. This paper addresses the trajectory time-optimization problem for collision avoidance of unmanned aerial vehicles(UAVs). The problem is difficult to handle in general due to the two-point boundary value problem subject to dynamic environments. Some simplifying aleorithms are used for potential applications in on-line operation.Although under possibility of more complicated problems, a dynamic problem is transformed into a static one by prediction of the conflict time and some appropriate assumptions.
In this study, the problem of trajectory optimization for underwater gliders considering depth constraints is discussed. Typically, underwater gliders are controlled to dive and climb in a saw-tooth pattern at constant gliding angles. This approach is effective and close to optimal for deep water applications. However, the optimal path deviates from the saw-tooth path in shallow water conditions. This study focuses on finding more efficient gliding paths that can minimize the traverse time in the horizontal plane when the water depth is limited. The trajectory optimization problem is formulated into a minimum time control problem with inequality path constraints and hydrodynamic drag effects. A numerical approach based on the pseudo-spectral method is adopted as a solution approach, and the simulation results are presented.
An efficient algorithm for planning near-optimum trajectory of manipulators is proposed. The algorithm is divided into two stages. The first one is the optimization of time trajectory with given spatial path. And the second one is the optimization of the spatial path itself. To consider the second problem, the manipulator dynamics is represented using the path parameter "s", then a differential equation corresponding to the dynamics is solved as two point boundary value problem. In this procedure, the gradient method is used to calculate improved input torques.t torques.
Goncalves, Paulo B.;Jurjo, Daniel Leonardo B.R.;Magluta, Carlos;Roitman, Ney;Pamplona, Djenane
Structural Engineering and Mechanics
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v.24
no.6
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pp.709-725
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2006
In this paper the buckling and post-buckling behavior of slender bars under self-weight are studied. In order to study the post-buckling behavior of the bar, a geometrically exact formulation for the non-linear analysis of uni-directional structural elements is presented, considering arbitrary load distribution and boundary conditions. From this formulation one obtains a set of first-order coupled nonlinear equations which, together with the boundary conditions at the bar ends, form a two-point boundary value problem. This problem is solved by the simultaneous use of the Runge-Kutta integration scheme and the Newton-Raphson method. By virtue of a continuation algorithm, accurate solutions can be obtained for a variety of stability problems exhibiting either limit point or bifurcational-type buckling. Using this formulation, a detailed parametric analysis is conducted in order to study the buckling and post-buckling behavior of slender bars under self-weight, including the influence of boundary conditions on the stability and large deflection behavior of the bar. In order to evaluate the quality and accuracy of the results, an experimental analysis was conducted considering a clamped-free thin-walled metal bar. As this kind of structure presents a high index of slenderness, its answers could be affected by the introduction of conventional sensors. In this paper, an experimental methodology was developed, allowing the measurement of static or dynamic displacements without making contact with the structure, using digital image processing techniques. The proposed experimental procedure can be used to a wide class of problems involving large deflections and deformations. The experimental buckling and post-buckling behavior compared favorably with the theoretical and numerical results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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