Kim, Sang-Hun;Jeong, Useok;Park, Daegeun;Koo, Inwook;Cho, Kyu-Jin
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.34
no.2
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pp.115-123
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2017
This paper presents the design and the control performance of a novel dynamic compliant-arm support with parallel elastic actuators that was developed to assist with the daily living activities of those whose arms are compromised by muscular disease or the aging process. The parallel elastic-arm support consists of a compliant mechanism with combined passive and active components for human interaction and to reach the user's desired positions. The achievement of these tasks requires impedance control, which can change the virtual stiffness, damping coefficients, and equilibrium points of the system; however, the desired-position tracking by the impedance control is limited when the end-effector weight varies according to the equipping of diverse objects. A prompt algorithm regarding weight calibration and friction compensation is adopted to overcome this problem. A result comparison shows that, by accurately assessing the desired workspace, the proposed algorithm is more effective for the accomplishment of the desired activities.
In this paper, a buck-boost type battery charger is developed for charging battery set with a lower voltage. This battery charger is configured by a rectifier circuit, an integrated boost/buck power converter and a switched capacitors circuit. A boost power converter and a buck power converter sharing a common power electronic switch are integrated to form the integrated boost/buck power converter. By controlling the common power electronic switch, the battery charger performs a hybrid constant-current/constant-voltage charging method and gets a high input power factor. Accordingly, both the power circuit and the control circuit of the developed battery charger are simplified. The switched capacitors circuit is applied to be the output of the boost converter and the input of the buck converter. The switched capacitors circuit can change its voltage according to the utility voltage so as to reduce the step-up voltage gain of the boost converter when the utility voltage is small. Hence, the power efficiency of a buck-boost type battery charger can be improved. Moreover, the step-down voltage gain of the buck power converter is reduced to increase the controllable range of the duty ratio for the common power electronic switch. A prototype is developed and tested to verify the performance of the proposed battery charger.
Buckling-restrained braced frames (BRBFs) are commonly used as lateral force-resisting systems in the structures located in seismic-active regions. The nearly symmetric load-displacement behavior of buckling-restrained braces (BRBs) helps in dissipating the input seismic energy through metallic hysteresis. In this study, an experimental investigation has been conducted on the reduced-core length BRB (RCLBRB) specimens to evaluate their hysteretic and overall performance under gradually increased cyclic loading. Detachable casings are used for the concrete providing confinement to the steel core segments of all test specimens to facilitate the post-earthquake inspection of steel core elements. The influence of variable core clearance and the local detailing of casings on the cyclic performance of RCLBRB specimens has been studied. The RCLBRB specimen with the detachable casing system and a smaller core clearance at the end zone as compared to the central region exhibited excellent hysteretic behavior without any slip. Such RCLBRB showed balanced higher yielding deformed configuration up to a core strain of 4.2% without any premature instability. The strength-adjustment factors for the RCLBRB specimens are found to be nearly same as that of the conventional BRBs as noticed in the past studies. Simple expressions have been proposed based on the regression analysis to estimate the strength-adjustment factors and equivalent damping potential of the RCLBRB specimens.
IEIE Transactions on Smart Processing and Computing
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v.5
no.1
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pp.35-42
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2016
Developments in power electronics have enabled the widespread application of Pulse Width Modulation (PWM) inverters, notably for connecting renewable systems to the grid. This study demonstrates that a high-quality power can be achieved using a stand-alone inverter, whereby the comparison between the power quality of the stand-alone inverter with battery storage (off-grid) and the power quality of the utility network is presented. Multi-loop control techniques for a single phase stand-alone inverter are used. A capacitor current control is used to give active damping and enhance the transient and steady state inverter performance. A capacitor current control is cheaper than the inductor current control, where a small current sensing resistor is used. The output voltage control is used to improve the system performance and also control the output voltage. The inner control loop uses a proportional gain current controller and the outer loop is implemented using internal model control proportional-integral-derivative to ensure stability. The optimal controls are achieved by using the Sisotool tool in MATLAB/Simulink. The outcome of the control scheme of the numerical model of the stand-alone inverter has a smooth and good dynamic performance, but also a strong robustness to load variations. The numerical model of the stand-alone inverter and its power quality are presented, and the power quality is shown to meet the IEEE 519-2014. Furthermore, the power quality of the off-grid system is measured experimentally and compared with the grid power, showing power quality of off-grid system to be better than that of the utility network.
De Zoysa, Mangala Premakumara;Inoue, Makoto;Yamashita, Utako;Hironori, Okuda
Journal of Forest and Environmental Science
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v.29
no.1
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pp.58-70
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2013
Iriai an Indigenous forest management system in Japan from the viewpoint of "common pool resources" was a success resilient institution and resulted with sustainable production system and environmental conservation. This study was conducted in Osawa of the Nagano prefecture through group discussions, field observations and an in-depth field survey. Osawa Property Ward Forest is managed under the concept very much similarly to traditional "Iriai". This study firstly examined the changes of collective forest management system in terms of awareness and interest in forest management; forest management activities; role of forest; and collection of forest products. Then it analyzed the current threats for collective forest management have been identified as: land abandonment due to loss of benefits and lack of active community participation; deterioration of forest environment particularly the micro-climate and aesthetic values; conflict with local government authorities restraining the use of money in property ward forest and conflict with outsiders on damping of the garbage. Community cantered forestry management rules; livelihood contribution; protection of environment; local initiatives for protection and economic activities are the prevailing opportunities for collective forest management. The main requirements for revitalization of collective forest management are explained as local reciprocity; imposition of community based forest rules; encouraging local innovations; and building partnerships with stakeholders. Collective forest management system addresses the limitations of conventional forestry models, which had invalidated traditional 'iriai' institutions, and key to restoring sustainable use of forest and environmental resources. Cross-institutional collaborations together with responsibilities of local communities would ensure the revitalization of forest resources.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.15
no.4
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pp.296-308
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2010
This paper proposes a design of the three-parallel converter system and grid-connection technique for a PMSG based wind turbine systems. The back-to-back converter of the PMSG based wind turbine system is directly connected to the grid so that both the power devices and the filters are needed to have large power ratings. The three-parallel converter configuration can reduce the required power ratings of the devices and filters. However, the three-parallel converter can cause circulating currents. These circulating currents can be suppressed by sellecting proper inner inductance at each leg. An LCL filter design is used to meet the THD regulations. The latent resonance caused by the LCL filter is compensated by an active damping method without additional loss. The decline of the power quality caused by the unbalanced and distorted grid voltages is also compensated with an additional compensation algorithm. The simulation and experimental results show that the proposed system and compensation methods are effective for the wind turbine systems.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.6
no.2
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pp.63-71
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2002
This paper examines the ASCE first generation benchmark problem for a seismically excited cable-stayed bridge, and proposes a new semi-active control strategy focusing on inclusion of effects of control-structure interaction. This benchmark problem focuses on a cable-stayed bridge in Cope Girardeau, Missouri, USA, for which construction is expected to be completed in 2003. Seismic considerations were strongly considered in the design of this bridge due to the location of the bridge in the New Madrid seismic zone and its critical role as a principal crossing of the Mississippi River. In this paper, magnetorheological(MR) fluid dampers are proposed as the supplemental damping devices, and a clipped-optimal control algorithm is employed. Several types of dynamic models for MR fluid dampers, such as a Bingham model, a Bouc-Wen model, and a modified Bouc-Wen model, are considered, which are obtained from data based on experimental results for full-scale dampers. Because the MR fluid damper is a controllable energy-dissipation device that cannot add mechanical energy to the structural system, the proposed control strategy is fail-safe in that bounded-input, bounded-output stability of the controlled structure is guaranteed. Numerical simulation results show that the performance of the proposed semi-active control strategy using MR fluid dampers is quite effective.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.7
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pp.604-611
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2004
It is well known that wall impedance essentially determines how sound wave transmits from one place to another. The wall impedance is related with its dynamic properties : for example, the mass, stiffness, and damping characteristics. It is noteworthy, however, that the wall impedance is also function of spatial characteristics of two spaces that is separated by the wall. This is often referred that the wall is not locally reacting. In this paper, we have attempted to see how the acoustic characteristics of the two spaces is affected by various structure parameters such as density, applied tension, and a normalized length of the wall. Calculations are conducted for two different modally reacting boundary conditions by modal expansion method. The variation of the Helmholtz mode and the structural-dominated mode are analyzed as the structure parameters vary. The displacement distribution of the structure, pressure and active intensity of the inside and outside cavity are presented at the Helmholtz mode and the structure-dominated mode. It is shown that the frequency characteristics are governed by both structure-and fluid-dominated mode. The results exhibit that the density of the structure is the most sensitive design parameter on the frequency characteristics for the coupling system as we could imagine in the beginning. The Helmholtz mode frequency decrease as density increases. However. it increases as applied tension and an opening size increase. The bandwidth of the Helmholtz mode is mainly affected by density of the structure and its opening size.
An AMD control system is usually built based on the original model of a target building. As a result, the fact leads a large calculation workload exists. Therefore, the orders of a structural model should be reduced appropriately. Among various model-reduction methods, a suitable reduced-order model is important to high-rise buildings. Meanwhile, a partial structural information is discarded directly in the model-reduction process, which leads to the accuracy reduction of its controller design. In this paper, an optimal technique is selected through comparing several common model-reduction methods. Then, considering the dynamic characteristics of a high-rise building, an improved balanced truncation (BT) method is proposed for establishing its reduced-order model. The abandoned structural information, including natural frequencies, damping ratios and modal information of the original model, is reconsidered. Based on the improved reduced-order model, a new reduced-order controller is designed by a regional pole-placement method. A high-rise building with an AMD system is regarded as an example, in which the energy distribution, the control effects and the control parameters are used as the indexes to analyze the performance of the improved reduced-order controller. To verify its effectiveness, the proposed methodology is also applied to a four-storey experimental frame. The results demonstrate that the new controller has a stable control performance and a relatively short calculation time, which provides good potential for structural vibration control of high-rise buildings.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.2
s.42
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pp.37-46
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2005
To date, many viable smart base isolation systems have been proposed and investigated. In this study, a novel friction pendulum system (FPS) and an MR damper are employed as the isolator and supplemental damping device, respectively, of the smart base isolation system. A fuzzy logic controller (FLC) is used to modulate the MR damper because the FLC has an inherent robustness and ability to handle non linearities and uncertainties. A genetic algorithm (GA) is used for optimization of the FLC. The main purpose of employing a GA is to determine appropriate fuzzy control rules as well to adjust parameters of the membership functions. To this end, a GA with a local improvement mechanism is applied. This method is efficient in improving local portions of chromosomes. Neuro fuzzy models are used to represent dynamic behavior of the MR damper and FPS. Effectiveness of the proposed method for optimal design of the FLC is judged based on computed responses to several historical earthquakes. It has been shown that the proposed method can find optimal fuzzy rules and the GA optimized FLC outperforms not only a passive control strategy but also a human designed FLC and a conventional semi active control algorithm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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