본 논문에서는 전익형 무인항공기의 복합손상을 고려한 신경망 적응제어기 연구 결과를 기술하였다. 여기서 복합손상이란 무인항공기의 주익과 수직미익의 동시 손상을 의미한다. 시뮬레이션을 통하여 종/횡축 불안정성과 비행역학 특성을 확인하였다. 이를 바탕으로 두 가지 형태의 역변환 제어기 기반 적응형 신경망 제어기를 설계하였다. 또한 두 가지 역변환 제어기 구조에 따라 무인항공기의 복합 손상 시 제어 성능 분석을 수행하였다. 역변환 제어기 구조에 따라서 일반 상황과 손상 상황에서 성능 차이를 확인하였다. 최종적으로 무인기에 발생된 복합손상으로 인한 항공기의 불안정성은 적용된 제어기를 통하여 극복할 수 있음을 확인하였다.
A neural network based adaptive reconfigurable flight controller is presented for a class of discrete-time nonlinear flight systems in the presence of variations of aerodynamic coefficients and control effectiveness decrease caused by control surface damage. The proposed adaptive nonlinear controller is developed making use of the backstepping technique for the angle of attack, sideslip angle, and bank angle command following without two time separation assumption. Feedforward multilayer neural networks are implemented to guarantee reconfigurability for control surface damage as well as robustness to the aerodynamic uncertainties. The main feature of the proposed controller is that the adaptive controller is developed under the assumption that all of the nonlinear functions of the discrete-time flight system are not known accurately, whereas most previous works on flight system applications even in continuous time assume that only the nonlinear functions of fast dynamics are unknown. Neural networks learn through the recursive weight update rules that are derived from the discrete-time version of Lyapunov control theory. The boundness of the error states and neural networks weight estimation errors is also investigated by the discrete-time Lyapunov derivatives analysis. To show the effectiveness of the proposed control law, the approach is i]lustrated by applying to the nonlinear dynamic model of the high performance aircraft.
Observer-based fault detection and isolation (FDI) filter design method is a model-based method. By carefully choosing the observer gain, the residual outputs can be projected onto different independent subspaces. Each subspace corresponds to the monitored structural element so that the projected residual will be nonzero when the associated structural element is damaged and zero when there is no damage. The key point of detection filter design is how to find an appropriate observer gain. This problem can be interpreted in a geometric framework and is found to be equivalent to the problem of finding a decentralized static output feedback gain. But, it is still a challenging task to find the decentralized controller by either analytical or numerical methods because its solution set is, generally, non-convex. In this paper, the concept of detection filter and iterative LMI technique for decentralized controller design are combined to develop an algorithm to compute the observer gain. It can be used to monitor structural element state: healthy or damaged. The simulation results show that the developed method can successfully identify structural damages.
A neural network based adaptive controller design method is proposed for reconfigurable flight control systems in the presence of variations in aerodynamic coefficients or control effectiveness decrease caused by control surface damage. The neural network based adaptive nonlinear controller is developed by making use of the backstepping technique for command following of the angle of attack, sideslip angle, and bank angle. On-line teaming neural networks are implemented to guarantee reconfigurability and robustness to the uncertainties caused by aerodynamic coefficients variations. The main feature of the proposed controller is that the adaptive controller is designed with assumption that not any of the nonlinear functions of the system is known accurately, whereas most of the previous works assume that only some of the nonlinear functions are unknown. Neural networks loam through the weight update rules that are derived from the Lyapunov control theory. The closed-loop stability of the error states is also investigated according to the Lyapunov theory. A nonlinear dynamic model of an F-16 aircraft is used to demonstrate the effectiveness of the proposed control law.
A new neural network (NN) predictive controller (NNPC) algorithm has been developed and tested in the computer simulation of active control of a nonlinear structure. In the present method an NN is used as a predictor. This NN has been trained to predict the future response of the structure to determine the control forces. These control forces are calculated by minimizing the difference between the predicted and desired responses via a numerical minimization algorithm. Since the NNPC is very time consuming and not suitable for real-time control, it is then used to train an NN controller. To consider the effectiveness of the controller on probability of damage, fragility curves are generated. The approach is validated by using simulated response of a 3 story nonlinear benchmark building excited by several historical earthquake records. The simulation results are then compared with a linear quadratic Gaussian (LQG) active controller. The results indicate that the proposed algorithm is completely effective in relative displacement reduction.
Voltage dips caused by transmission system faults are usually of a short duration. High speed relaying and breaker operation will typically limit the disturbance to 0.1 seconds. Most motor controllers obtain their control power directly from the bus by means of a control transformer. Under this condition, a voltage dip can cause the contactor to drop out. disconnecting the motor from the line. The rapid re-energizing of the controller is in effect a fast reclosure which may result in motor damage. The time delay re-energizing of controller will result in a greater loss of speed and possibly loss of stability. Other means of controller can be used to prevent the motor from being disconnected from line during the fault. This can be accomplished by DC power controller or mechanically latched controller. This paper demonstrates that DC power controller or mechanically latched type controller to prevent the motor from being disconnected from line during the fault is, the most effective in minimizing speed reduction, transient motor current, transient motor torque and transient shaft torque by EMTP calculation.
We analyzed the destruction patterns of a turbo-molecular pump (TMP) resulting from its sudden exposure of a foreline to the atmospheric pressure due to a destruction of the foreline connecting clamp of an ICP dry etcher for 300 mm wafers during high-vacuum operation ($5{\times}10^{-6}$ Torr). Unlike in the case of view port's breakage, the TMP's rotor module was crashed inside the chamber. The primary damage resulted from the collision of the blades and stators, and the secondary damage resulted from the breaking of the rotor - driving shaft assembly. The fixing screws of the rotor and axial shaft were bent and broken when the TMP controller output the maximum current even after the crash event. Electrical power consumption analysis of the TMP power controller confirmed it. The stress distributions were analyzed by a finite element method using CFD-ACE+ multi physics software. Rotating inertia of each parts and kinetic energies were calculated as well. 68% of the rotational kinetic energy is deposited by the rotor - shaft module.
In this paper, DC-PLC typed one-wire controller was designed and manufactured especially for In-vehicle safe devices. One-wire by DC-PLC scheme is to be used as a power supply and ground to process the sensor data and to operate the vehicle actuators. To avoid complicate wires, we use the conventional wires without installing extra communication lines. The data collected from the sensors are transmitted to the main controller, processed by programming, and run the actuators corresponding to the commands sending to vehicle control board. The proposed method shows that only One-wire without requiring several wires make In-vehicle control devices simple and reduce the damage due to the loss of the wiring.
Immune system is an evolutionary biological system to protect innumerable foreign materials such as virus, germ cell, and etcetera. Immune algorithm is the modeling of this systems response that has adaptation and reliability when disturbance occur. In this paper, immune algorithm is proposed to control four wheels steering AGV(Automated Guided Vehicle) in container yard. The adaptive immune system is applied to the PID controller. For design the PID controller using immune algorithm, we tune PID parameters by off-line manner, in order to avoid the damage from abrupt control force. Repeatedly, the PID parameters are adjusted to be accurate by on-line fine tuner of immune algorithm. And then the computer simulation result from the viewpoint of yaw rate and lateral displacement are analyzed and compared with result of conventional PID controller.
Etedali, Sadegh;Tavakoli, Saeed;Sohrabi, Mohammad Reza
Earthquakes and Structures
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제10권5호
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pp.1067-1087
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2016
In this paper, a decoupled proportional-integral-derivative (PID) control approach for seismic control of smart structures is presented. First, the state space equation of a structure is transformed into modal coordinates and parameters of the modal PID control are separately designed in a reduced modal space. Then, the feedback gain matrix of the controller is obtained based on the contribution of modal responses to the structural responses. The performance of the controller is investigated to adjust control force of piezoelectric friction dampers (PFDs) in a benchmark base isolated building. In order to tune the modal feedback gain of the controller, a suitable trade-off among the conflicting objectives, i.e., the reduction of maximum modal base displacement and the maximum modal floor acceleration of the smart base isolated structure, as well as the maximum modal control force, is created using a multi-objective cuckoo search (MOCS) algorithm. In terms of reduction of maximum base displacement and story acceleration, numerical simulations show that the proposed method performs better than other reported controllers in the literature. Moreover, simulation results show that the PFDs are able to efficiently dissipate the input excitation energy and reduce the damage energy of the structure. Overall, the proposed control strategy provides a simple strategy to tune the control forces and reduces the number of sensors of the control system to the number of controlled stories.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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