The effects of Reynolds number on the non-nulling calibration of a typical cone-type five-hole probe have been investigated for the representative Reynolds numbers in turbomachinery. The pitch and yaw angles are changed from - 35 degrees to 35 degrees with an angle interval of 5 degrees at six probe Reynolds numbers in range between $6.60{\times}10^3\;and\;3.17{\times}10^4$. The result shows that not only each calibration coefficient itself but also its Reynolds number dependency is affected significantly by the pitch and yaw angles. The Reynolds-number effects on the pitch- and yaw-angle coefficients are noticeable when the absolute values of the pitch and yaw angles are smaller than 20 degrees. The static-pressure coefficient is sensitive to the Reynolds number nearly all over the pitch- and yaw-angle range. The Reynolds-number effect on the total-pressure coefficient is found remarkable when the absolute values of the pitch and yaw angles are larger than 20 degrees. Through a typical non-nulling reduction procedure, actual reduced values of the pitch and yaw angles, static and total pressures, and velocity magnitude at each Reynolds number are obtained by employing the calibration coefficients at the highest Reynolds number ($Re=3.17{\times}10^4$) as input reference calibration data. As a result, it is found that each reduced value has its own unique trend depending on the pitch and yaw angles. Its general tendency is related closely to the variation of the corresponding calibration coefficient with the Reynolds number. Among the reduced values, the reduced total pressure suffers the most considerable deviation from the measured one and its dependency upon the pitch and yaw angles is most noticeable. In this study, the root-mean-square data as well as the upper and lower bounds of the reduced values are reported as a function of the Reynolds number. These data would be very useful in the estimation of the Reynolds-number effects on the non-nulling calibration.
In this paper, a roll and pitch estimation algorithm using a set of accelerometers and wireless sensor networks(S/N) is presented for use in a passenger vehicle. While an inertial measurement unit(IMU) is generally used for roll/pitch estimation, performance may be degraded in the presence of longitudinal acceleration and yaw motion. To compensate for this performance degradation, a new roll and pitch estimation algorithm is proposed that uses an accelerometer array, global positioning system(GPS) and in-vehicle networks to get information from yaw rate and roll rate sensors. Angular acceleration and roll and pitch approximation are first calculated based on vehicle kinematics. A discrete Kalman filter is then applied to estimate both roll and pitch more precisely by reducing noise from the running engine and from road disturbance. Finally, the feasibility of the proposed algorithm is shown by comparing its performance experimentally with that of an IMU in the framework of an indoor test platform as well as a test vehicle.
This paper deals with three dimensional orientation estimation algorithm for an attitude and heading reference system (AHRS) based on nine-axis inertial/magnetic sensor signals. In terms of the orientation estimation based on the use of a Kalman filter (KF), the quaternion is arguably the most popular orientation representation. However, one critical drawback in the quaternion representation is that undesirable magnetic disturbances affect not only yaw estimation but also roll and pitch estimations. In this paper, a sequential direction cosine matrix-based orientation KF for AHRS has been presented. The proposed algorithm uses two linear KFs, consisting of an attitude KF followed by a heading KF. In the latter, the direction of the local magnetic field vector is projected onto the heading axis of the inertial frame by considering the dip angle, which can be determined after the attitude KF. Owing to the sequential KF structure, the effects of even extreme magnetic disturbances are limited to the roll and pitch estimations, without any additional decoupling process. This overcomes an inherent issue in quaternion-based estimation algorithms. Validation test results show that the proposed method outperforms other comparison methods in terms of the yaw estimation accuracy during perturbations and in terms of the recovery speed.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.1
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pp.113-120
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2016
This paper presents observer-based virtual sensors for YMC(Yaw Moment Control) systems by differential braking. A high-fidelity empirical model of the hydraulic unit in YMC system was developed for a model-based observer design. Optimal, adaptive, and robust observers were then developed and their estimation accuracy and robustness against model uncertainty were investigated via HILS tests. The HILS results indicate that the proposed disturbance attenuation approach indeed exhibits more satisfactory pressure estimation performance than the other approach with admissible degradation against the predefined model disturbance.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.5
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pp.478-485
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2015
Availability of the climbing angle information is crucial for the intelligent vehicle system. However, the climbing angle information can't be measured with the sensor mounted on the vehicle. In this paper, climbing angle estimation system is proposed. First, longitudinal acceleration obtained from gyro-sensor is compared with the actual longitudinal acceleration of the vehicle. If the vehicle is in yawing motion, actual longitudinal acceleration can't be approximated from time derivative of wheel speed, because lateral velocity and yaw rate affect actual longitudinal acceleration. Wheel speed and yaw rate can be obtained from the sensors mounted on the vehicle, but lateral velocity can't be measured from the sensor. Therefore, lateral velocity is estimated using unknown input observer with nonlinear tire model. Simulation results show that the compensated results using lateral velocity and yaw rate show better performance than uncompensated results.
Agricultural unmanned helicopters have become a new paradigm for aerial application. Yet, such agricultural helicopters require easy and affordable attitude control systems. Therefore, this study presents an affordable attitude measurement system using a DCM (direction cosine matrix) algorithm that would be applied to agricultural unmanned helicopters. An IMU using a low-cost MEMS and an algorithm to estimate the attitude of the helicopter were applied in a gimbals structure to evaluate the accuracy of the attitude measurements. The estimation errors in the attitude were determined in comparison with the true angles determined by absolute position encoders. The DCM algorithm and sensors showed an accuracy of about 1.1% for the roll and pitch angle estimation. However, the accuracy of the yaw angle estimation at 3.7% was relatively larger. Such errors may be due to the magnetic field of the stepping motor and encoder system. Notwithstanding, since the intrinsic behavior of the agricultural helicopter remains steady, the determination of attitude would be reliable and practical.
When evaluating flutter instability, it is often assumed that incident wind is normal to the longitudinal axis of a bridge and the flutter critical wind speed estimated from this direction is most unfavorable. However, the results obtained in this study via oblique sectional model tests of four typical types of bridge decks show that the lowest flutter critical wind speeds often occur in the yaw wind cases. The four types of bridge decks tested include a flat single-box deck, a flat ${\Pi}$-shaped thin-wall deck, a flat twin side-girder deck, and a truss-stiffened deck with and without a narrow central gap. The yaw wind effect could reduce the critical wind speed by about 6%, 2%, 8%, 7%, respectively, for the above four types of decks within a wind inclination angle range between $-3^{\circ}$ and $3^{\circ}$, and the yaw wind angles corresponding to the minimal critical wind speeds are between $4^{\circ}$ and $15^{\circ}$. It was also found that the flutter critical wind speed varies in an undulate manner with the increase of yaw angle, and the variation pattern is largely dependent on both deck shape and wind inclination angle. Therefore, the cosine rule based on the mean wind decomposition is generally inapplicable to the estimation of flutter critical wind speed of long-span bridges under skew winds. The unfavorable effect of yaw wind on the flutter instability of long-span bridges should be taken into consideration seriously in the future practice, especially for supper-long span bridges in strong wind regions.
Seo, HyungDuk;Shin, Donghoon;Lee, Youngwoo;Chung, Chung Choo
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.64
no.2
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pp.289-296
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2015
In this paper, we propose the nonlinear control based on singular perturbation theory for position tracking and yaw regulation of planar motor. Singular perturbation theory is characterized by the existence of slow and fast transients in the system dynamics. The proposed method consists of auxiliary control to decouple error dynamics. We develop model reduction with control input. Also, we derIve decoupled error dynamics with auxiliary input. The controller is designed in order to guarantee the desired position and yaw regulation without current feedback or estimation. Simulation results validate the effect of proposed method.
This paper proposes a method to estimate the underwater target object's yaw angle using a sonar image. A simulator modeling imaging mechanism of a sonar sensor and a generative adversarial network for style transfer generates realistic template images of the target object by predicting shapes according to the viewing angles. Then, the target object's yaw angle can be estimated by comparing the template images and a shape taken in real sonar images. We verified the proposed method by conducting water tank experiments. The proposed method was also applied to AUV in field experiments. The proposed method, which provides bearing information between underwater objects and the sonar sensor, can be applied to algorithms such as underwater localization or multi-view-based underwater object recognition.
Lee, Sang Hoon;Huh, Jin Wook;Kang, Sincheon;Lee, Myung Chun
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.15
no.6
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pp.721-728
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2012
The tracked SUGVs(Small Unmanned Ground Vehicles) are frequently operated in the narrow slope such as stairs and trails. But due to the nature of the tracked vehicle which is steered using friction between the track and the ground and the limited field of view of driving cameras mounted on the lower position, it is not easy for SUGVs to trace narrow slopes. To properly trace inclined narrows, it is very important for SUGVs to keep it's heading direction to the slope. As a matter of factor, no roll value control of a SUGV can makes it's heading being located in the direction of the slope in general terrains. But, the problem is that we cannot directly control roll motion for SUGV. Instead we can control yaw motion. In this paper, a new slope driving method that enables the vehicle trace the narrow slopes with IMU sensor usually mounted in the SUGV is suggested which including an estimation technique of the desired yaw angle corresponding to zero roll angle. In addition, a fuzzy steering controller robust to changes in driving speed and the stair geometry is designed to simulate narrow slope driving with the suggested method. It is shown that the suggested method is quite effective through the simulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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