On marine vessels, delicate instruments such as navigation radars are normally mounted on ship masts. However the vibrations at the top of mast where the radar is mounted often cause serious deterioration in radar-tracking resolution. The most serious problem is caused by the rotational vibrations at the top of mast that may be due to wind loading, inertial loading from ship rolling and base excitations induced by the running propeller. This paper presents a method of semi-active vibration control using magneto-rheological (MR) dampers to reduce the rotational vibration of the mast. In the study, the classical optimal control algorithm, the independent modal space control algorithm and the double input - single output fuzzy control algorithm are employed for the vibration control. As the phenomenological model of an MR damper is highly nonlinear, which is difficult to analyse, a back- propagation neural network is trained to emulate the inverse dynamic characteristics of the MR damper in the analysis. The trained neural network gives the required voltage for each MR damper based on the displacement, velocity and control force of the MR damper quickly. Numerical simulations show that the proposed control methods can effectively suppress the rotational vibrations at the top of mast.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.4
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pp.108-118
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2006
The purpose of this study is to investigate the effectiveness of a LQG Hybrid controller to suppress the earthquake disturbance for the building structure. The ground acceleration of N-S component of El-Centro earthquake was scaled to confirm that the building behaved within the elastic range. The tuned mass damper(TMD) on the top floor regulated by LQG algorithm was designed to control the floor displacements. The displacement responses of the hybrid control were compared with those obtained from an active control along with a passive control. The results showed that the LQG hybrid control used approximately 50% less input forces than an active control to satisfy the performance criteria.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2006.03a
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pp.401-408
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2006
An optimum design method for hybrid control systems is proposed in this study. By considering both active and passive control systems as a combined or a hybrid system, the optimization of the hybrid system can be achieved simultaneously. In the proposed approach, we consider design parameters of active control devices and the elements of the feedback gain matrix as design variables for the active control system. Required quantity of the added dampers are also treated as design variables for the passive control system. In the proposed method, the cost of both active and passive control devices, the required control efforts and dynamic responses of a target structure are selected as objective functions to be minimized. To effectively address the multi-objective optimization problem, we adopt a preference-based optimization model and apply a genetic algorithm as a numerical searching technique. As an example to verify the validity of the proposed optimization technique, a wind-excited 20-storey building with hybrid control systems is used and the results are presented.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.4
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pp.59-67
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2003
This paper presents a new approach for the use of smart materials, piezoelectric materials of PVDF and PZT, for vibration attenuation of a planar parallel manipulator. Since lightweight linkages of parallel manipulators deform under high acceleration/deceleration, an active damper is needed to attenuate vibration due to structural flexibility of linkages. Based on the dynamic model of a planar parallel manipulator, an active damping controller is developed, which consists of a PD feedback control scheme, applied to linear electrical motors, and a linear velocity feedback (L-type) scheme applied to either PVDF layer or PZT actuator(5). Simulation results show that piezoelectric materials yield good damping performance, resulting in precise manipulations of a planar parallel manipulator.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1996.10a
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pp.248-254
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1996
In this paper active vibration control system using a linear oscillatory actuator (LOA) is studied to suppress structural vibration. Being compared with a hydraulic actuator, a LOA has simplified structure and requires a few elements, so it has lots of merits with respect to economics and maintenance. Performance test of active vibration control system using LOA is carried out on a steel test structure under base excitation. From this test it is confirmed that acceleration level of test structure is reduced near the resonance region. In the future research on the application to large to structures will be studied.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.6
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pp.1381-1388
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1993
This paper presents a method for the simultaneous optimal design of structural and control systems. Sensitivities of performance index with respect to structural design variables are analyzed. The structural design variables are optimized to minimize the performance index by use of conjugate gradient method. The method is applied to a half model of an active vehicle suspension system with elastic body moving on a randomly profiled road. The suspension control force of an optimally controlled system in the presence of measurement errors are calculated by use of linear quadratic Gaussian control theory and Kalman filter theory. The performance index contains ride comfort, road holding and working space of suspension. The structural design variables taken are stiffness, daming properties and the position of the suspension system. The random road profile considered as colored noise is shaped from white noise by use of shaping filter. The performance of an optimal simultaneous structure/control system is compared with that of an optimal controlled system.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2011.10a
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pp.236-241
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2011
An active trailing-edge flap blade named as Seoul National University Flap (SNUF) blade is designed for reducing helicopter vibratory loads and the relevant aeroacoustic noise. Unlike the conventional rotor control, which is restricted to 1/rev frequency, an active control device like the present trailing-edge flap is capable of actuating each individual blade at higher harmonic frequencies i.e., higher harmonic control (HHC) of rotor. The proposed blade is a small scale blade and rotates at higher RPM. The flap actuation components are located inside the blade and additional structures are included for reinforcement. Initially, the blade cross-section design is determined. The aerodynamic loads are predicted using a comprehensive rotorcraft analysis code. The structural integrity of the active blade is verified using a stress-strain recovery analysis.
Active vibration control is generally used to reduce vibration level by the actuators based on measured signal. Dynamic properties of a structure can be easily modified by the active vibration control, so that the vibration level may be effectively reduced to the magnitude below the allowable limit over a wide frequency rangs. In this paper, an instantaneous optimal control algorithm including acceleration feedback is presented for the active vibration control of large structures considering facts that the acceleration response can be easily measured, but the displacement and velocity response are obtained by numerically integrating the measured acceleration response with some errors. The adverse effect of the time delay is overcomed by taking into account the dynamic characteristics of an actuator and filters in the design of controller. Performance test is carried out using a hydraulic active mass driver on a test structure$(L{\times}W{\times}H;=;1200mm{\times}800mm{\times}1600mm, about;500kg)$ supported by four columns under base excitations. It is confirmed that the vibration level of the test structure are reduced to about 1/6 near resonance.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.11a
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pp.282-286
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2000
In this paper, magneto-rheological(MR) damper is studied for vibration control of large infra structures under earthquake. Generally, active control devices need a large control force and a high power supply system to reduce the vibration effectively. Large and miss tuned control force may induce the dangerous situation such that the generated large control force acts to amplify the structural vibration. Recently, to overcome the weaknesses of the active control, the semi-active control method is suggested by many researchers. Semi-active control uses the passive control device of which the characteristics can be modified. Control force of the semi-active device is not generated from the actuator with power supply. It is generated as a dynamic reaction force of the device same as in the passive control case, so the control system is inherently stable and robust. Unlike the case of passive control, control force of semi-active control is adjusted depending on the measured response of the structure, so the vibration can be reduced more effectively against various unknown environmental loads. Magneto-rheological(MR) damper is one of the semi-active devices. Dynamic characteristics of the MR material can be changed by applying the magnetic fields. So the control of MR damper needs only small power. Response time of MR to the input voltage is very short, so the high performance control is possible. MR damper has a high force capacity so it is adequate to the vibration control of large infra structure. Because MR damper has a nonlinear property, normal control method used in active control may not be effective. Clipped optimal control, modified bang-bang control etc. have been suggested to MR damper by many researchers. In this study, sliding mode fuzzy control(SMFC) is applied to MR damper. Genetic algorithm is used for the controller tuning. To verify the applicability of MR damper and suggested algorithm, numerical simulation on the aseismic control is carried out. Simulation model is three-story building structure, which was used in the paper of Dyke, et al. The control performance is compared with clipped optimal control. The present results indicate that the SMFC algorithm can reduce the earthquake-induced vibration very effectively.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.6
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pp.667-673
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2010
Recently, structures are becoming longer and higher because of the developments of new materials and construction techniques. However, such modern structures are more susceptible to excessive structural vibrations which cause deterioration in serviceability and structural safety. A modified probabilistic neural network(MPNN) approach is proposed to reduce the structural vibration. In this study, the global probability density function(PDF) of MPNN is reflected by summing the heterogeneous local PDFs automatically determined in the individual standard deviation of each variable. The proposed algorithm is applied for the vibration control of a three-story shear building model under Northridge earthquake. When the control results of the MPNN are compared with those of conventional PNN to verify the control performance, the MPNN controller proves to be more effective than PNN methods in decreasing the structural responses.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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