A sliding mode fuzzy control (SMFC) with disturbance estimator is applied to design a controller for the third generation benchmark problem on an wind-excited building. A distinctive feature in vibration control of large civil infrastructure is the existence of large disturbances, such as wind, earthquake, and sea wave forces. Those disturbances govern the behavior of the structure, however, they cannot be precisely measured, especially for the case of wind-induced vibration control. Since the structural accelerations are measured only at a limited number of locations without the measurement of the wind forces, the structure of the conventional control may have the feed-back loop only. General structure of the SMFC is composed of a compensation part and a convergent part. The compensation part prevents the system diverge, and the convergent part makes the system converge to the sliding surface. The compensation part uses not only the structural response measurement but also the disturbance measurement, so the SMFC has a feed-back loop and a feed-forward loop. To realize the virtual feed-forward loop for the wind-induced vibration control, disturbance estimation filter is introduced. the structure of the filter is constructed based on an auto regressive model for the stochastic wind force. This filter estimates the wind force at each time instance based on the measured structural responses and the stochastic information of the wind force. For the verification of the proposed algorithm, a numerical simulation is carried out on the benchmark problem of a wind-excited building. The results indicate that the present control algorithm is very efficient for reducing the wind-induced vibration and that the performance indices improve as the filter for wind force estimation is employed.
This research is concerned with development of the active vibration absorber using piezoelectric actuators. This active isolation system consists of a-pairs of PZT actuators bonded on a S-shaped aluminum plate and the passive damping material. The active system is connected to the passive system in series. In this paper, one of the popular control techniques which have been successfully applied to the smart structure is the Positive Position Feedback(PPF) control. The digital PPF control lows downloaded to the DSP chip and a main program, which runs SISO PPF algorithm. The structure and dynamic characteristics of the proposed active vibration isolation system and described in detail. To demonstate the effectiveness of the active vibration control, the PPF controller is first employed. Experimental results show that the active vibration isolation is possible by means of the proposed system.
In the design of passive and active boring bars, the structural dimensions and shape of the vibration control boring bar are modified depending on the diameter and depth of the workpiece, which changes the dynamic behavior. Thus, the natural frequency, effective mass, and stiffness for the main structure of a tube-type boring bar need to be reset for each vibration control case. However, commercial finite element method (FEM) software and experimental modal analysis are mostly used at present despite being too time-consuming. To overcome the weaknesses of the two methods currently used for vibration control, we realized a graphical user interface (GUI) program for the modal analysis of a modified tube-type damping structure. The analysis results with the GUI program were compared to those with commercial FEM software in order to confirm the effectiveness of the former.
Excessive vibrations induced by earthquake excitation and wind load are an obstacle in design and construction of tall and super tall buildings. An innovative vibration control structure system (Mega-Sub Controlled Structure System-MSCSS) was recently proposed to further improve humans comfort and their safeties during natural disasters. Preliminary investigations were performed using a two dimensional equivalent simplified model, composed by 3 mega-stories. In this paper, a more reasonable and realistic scaled model is design to investigate the dynamical characteristics and controlling performances of this structure when subjected to strong earthquake motion. The control parameters of the structure system, such as the modulated sub-structures disposition; the damping coefficient ratio (RC); the stiffness ratio (RD); the mass ratio of the mega-structure and sub-structure (RM) are investigated and their optimal values (matched values) are obtained. The MSCSS is also compared with the so-called Mega-Sub Structure (MSS) regarding their displacement and acceleration responses when subjected to the same load conditions. Through the nonlinear time history analysis, the effectiveness and the feasibility of the proposed mega-sub controlled structure system (MSCSS) is demonstrated in reducing the displacement and acceleration responses and also improving human comfort under earthquake loads.
A novel vibration control method for vibration reduction of a spacial structure subjected to earthquake excitation was proposed in this study. Generally, spatial structures have various vibration modes involving high-order modes and their natural frequencies are closely spaced. Therefore, in order to control these modes, a spatially distributed MTMDs (Multiple TMDs) method is proposed previously. MR (Magnetorheological) damper were used to enhance the control performance of the MTMDs. Accordingly, MSTMDs (Multiple Smart TMDs) were proposed in this study. An arch structure was used as an example structure because it has primary characteristics of spatial structures and it is a comparatively simple structure. MSTMDs were applied to the example arch structure and the seismic control performance were evaluated based on the numerical simulation. Fuzzy logic control algorithm (FLC) was used to generate command voltages sent for MSTMSs and the FLC was optimized by genetic algorithm. Based on the analytical results, it has been shown that the MSTMDs effectively decreased the dynamic responses of the arch structure subjected to earthquake loads.
This paper presents vibration and noise control of flexible structures using squeeze mode electro-rheological mounts. After verifying that the damping force of the ER mount can be controlled by the intensity of the electric fild, two different types of ER squeeze mounts have been devised. Firstly, a small size ER mount to support 3 kg is manufactured and applied to the frame structure to control the vibration. An optimal controller which consists of the velocity and the transmitted force feedback signals is designed and implemented to attenuate both the vibration and the transmitted forces. Secondly, a large size of ER mount to support 200 kg is devised and applied to the shell structure to reduce the radiated noise. Dynamic modeling and controller design are undertaken in order to evaluate noise control performance as well as isolation performance of the transmitted force. The radiated noise from the cylindrical shell is calculated by SYSNOISE using forces which are transmitted to the cylindrical shell through two-stage mounting system.
The analysis of the seismic risk of an offshore structure with a control device is presented. First, a probability density function was developed to represent seismic hazard, and seismic fragility under artificial earthquake conditions was determined. Fragility curves for an offshore structure with both passive and active control devices were determined. Displacement criteria were set to evaluate the performance of the structure. Based on numerical analysis, the seismic risk to the structure was considerably reduced when the structure had a seismic control device. The seismic risk to the actively controlled structure was decreased by 80% compared to the uncontrolled case. Reasonable performance evaluations of offshore structure with control devices can be conducted through risk analysis.
Excessive vibration in flexible structures is a problem encountered in many different fields, causing fatigue of structural components. Passive techniques, though sometimes limited in their capabilities, have been used in the past to attenuate vibrations. Recently active techniques have been developed to enhance vibration control performance beyond that provided by their passive counterparts. Most often, the focus of active control methods has been to suppress structure displacements. In cases where vibration results in structure failures, displacement suppression may not be the best choice of control approaches (it can, in fact, increase dynamic loads which would be even more harmful to supports) . This paper presents two optimal control methods for attenuating steady state vibrations in flexible structures. One method minimizes shaft displacements while another minimizes dynamic reaction forces. The two methods are applied to a model of a typical flexible structure system and their results are compared. It is found that displacement minimization can increase loads, while load minimization decreases loads.
Soria, Jose M.;Diaz, Ivan M.;Garcia-Palacios, Jaime H.
Smart Structures and Systems
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제20권5호
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pp.525-537
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2017
This paper explores different vibration control strategies for the cancellation of human-induced vibration on a structure with time-varying modal parameters. The main motivation of this study is a lively urban stress-ribbon footbridge (Pedro $G\acute{o}mez$ Bosque, Valladolid, Spain) that, after a whole-year monitoring, several natural frequencies within the band of interest (normal paring frequency range) have been tracked. The most perceptible vibration mode of the structure at approximately 1.8 Hz changes up to 20%. In order to find a solution for this real case, this paper takes the annual modal parameter estimates (approx. 14000 estimations) of this mode and designs three control strategies: a) a tuned mass damper (TMD) tuned to the most-repeated modal properties of the aforementioned mode, b) two semi-active TMD strategies, one with an on-off control law for the TMD damping, and other with frequency and damping tuned by updating the damper force. All strategies have been carefully compared considering two structure models: a) only the aforementioned mode and b) all the other tracked modes. The results have been compared considering human-induced vibrations and have helped the authors on making a decision of the most advisable strategy to be practically implemented.
Several types of smart materials and control scheme are available to adjust the structure actively in various external disturbances. A control scheme was introduced for a specific material. But the effectiveness of the control scheme has some limitation according to the choice of the smart materials and the response of the structure. The ER(Electrorheological) fluid is adequate for a large control force, and the PZT(lead zirconate titanate) patches are suitable for small but arbitrary control force at any point of the structure. It can be used for active control of structure by changing the dynamic characteristics of the structure. But it has some difficulty in suppressing the excited vibration in broad band. To compensate this resonance of the controlled structure, a hybrid controller was constructed using PPF(Positive position feedback) control with PZT and ER fluid control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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