본 논문에서는 풍산 FNS에서 개발한 force-feedback형 고정밀 국산 3축 가속도계의 성능을 실험적으로 평가하고, 건설구조물 전산구조해석 및 유지관리용 건전성 모니터링에의 적용성을 논한다. 레이트 테이블 및 가진기를 통해 다양한 형태로 가진실험을 수행함으로써 국산 가속도계의 비선형성, 대역폭, 저주파 신호계측 성능, 바이어스 특성을 검증하고, 국내 가속도계 시장의 대부분을 차지하고 있는 해외 업체들의 대표적 가속도계와 성능을 비교 평가하여 국산 가속도계의 적용성과 시장진입 가능성을 평가하였다. 실험분석 결과 국산 가속도계는 실험으로 평가한 모든 항목에서 실험에 사용된 수입 가속도계보다 좋은 성능을 보였다. 특히 건설 구조물 계측에 필수적인 저주파 대역 계측성능은 수입 가속도계의 성능을 능가하였으며, 바이어스도 상수 특성을 가장 잘 유지하는 것으로 나타나 향후 실험기반 구조해석 및 구조물 장기 건전도 모니터링에 좋은 대안이 될 것으로 평가된다.
나노튜브를 기반으로 한 용량성 나노 가속도계에 대한 특성을 고전적인 분자동역학 시뮬레이션을 이용하여 연구하였다 외부에서 공급된 힘을 이용하여 나노튜브의 위치를 제어할 수 있었고, 해당하는 위치에 의한 커패시턴스의 변화를 통하여 피드백 센싱을 할 수 있었다. 에너지 소모 측면을 고려하면, 나노 가속도계의 진동 특성은 초기 변위와는 무관하였으며, 이러한 측정 시스템은 진동하는 커패시턴스를 추적하여 가속도를 결정하고, 이것은 또한 공급된 힘과 용량성 힘, 반데르발스 힘, 결합력, 반발력과 같은 힘들이 균형을 이루는 위치를 결정할 수 있다.
In this paper, a levitation controller for a magnetic levitation(MagLev) system is designed and implemented. The target to be controlled is PEM(permanent and electromagnet) type with 4-corners levitation which is open-loop unstable, highly non-linear and time-varying system. The digital control system consists of a VME-based CPU board, AD board, PU board, 4-Quadrant chopper, and gap sensor, accelerometer as feedback sensors. In order to estimate the velocity of the magnet, we used 2nd-order state observer with acceleration and gap signal as input and output, respectively. Using the estimated states, a state feedback control law for the plant is designed and the feedback gains are selected by using the pole-placement method. The designed controller is experimentally validated by step-type gap reference change and force disturbance test.
Wang, Xidong;Pereira, Emiliano;Diaz, Ivan M.;Garcia-Palacios, Jaime H.
Smart Structures and Systems
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제22권1호
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pp.95-103
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2018
Active vibration control via inertial mass actuators has been shown as an effective tool to significantly reduce human-induced vertical vibrations, allowing structures to satisfy vibration serviceability limits. However, a lot of practical obstacles have to be solved before experimental implementations. This has motivated simple control techniques, such as direct velocity feedback control (DVFC), which is implemented in practice by integrating the signal of an accelerometer with a band-pass filter working as a lossy integrator. This work provides practical guidelines for the tuning of DVFC considering the damping performance, inertial mass actuator limitations, such as stroke and force saturation, as well as the stability margins of the closed-loop system. Experimental results on a full scale steel-concrete composite structure (behaves similar to a footbridge) with adjustable span are reported to illustrate the main conclusions of this work.
This paper presents a study of low frequencies volume velocity vibration control of a smart panel in order to reduce sound transmission. A distributed piezoelectric quadratically shaped polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer film is used as a uniform force actuator and an array of 4$\times$4 accelerometer is used as a volume velocity sensor for the implementation of a single-input single-output con rot system. The theoretical and experimental study of sensor-actuator frequency response function sho vs that this sensor-actuator arrangement provides a required strictly positive real frequency response function below about 900Hz. Direct velocity feedback could therefore be implemented with a limited gain which gives reductions of about 15㏈ in vibration level and about 8 ㏈ in acoustic power level at the (1, 1) mode of the smart Panel. It has been also shown that the shaping error of PVDF actuator could limit he stability and performance of the control system.
This paper presents a study of low frequencies volume velocity vibration control of a smart panel in order to reduce sound transmission. A distributed piezoelectric quadratically shaped polyvinylidene fluoride (PVDF) polymer film is used as a uniform force actuator and an array of $4\;{\times}\;4$ accelerometer is used as a volume velocity sensor for the implementation of a single-input single-output control system. The theoretical and experimental study of sensor-.actuator frequency response function shows that this sensor-actuator arrangement provides a required strictly positive real frequency response function below about 900 Hz. Direct velocity feedback could therefore be implemented with a limited gain which gives reductions of about 15 dB in vibration level and about 8 dB in acoustic power level at the (1,1) mode of the smart panel. It has been also shown that the shaping error of PVDF actuator could limit the stability and performance of the control system.
The market of the horizontal axis washing machine (drum washing machine) has been growing drastically in Korea by about 80% annually since 2000. As market grows fast, the customerTs demands concerning quality becomes more strict and various. Imbalance sensing is a key technology to reduce the NVH problem in a washing machine, because the laundry is time-variant and uncontrollable source of imbalance, which can cause more than 200kgf exciting force. In this paper, imbalance-sensing methods are briefly reviewed, new acceleration sensing circuits are examined, and finally the control algorithm of spinning process is proposed and validated.
This paper presents an approach to define an optimal piezoactuator length to actively control structural vibration. The optimal ratio of the piezoactuator length against beam length when a pair of piezoceramic actuator and accelerometer is used to suppress unwanted vibration with direct velocity feedback (DVFB) control strategy is not clearly defined so far. It is well known that direct velocity feedback (DVFB) control can be very useful when a pair of sensor and actuator is collocated on structures with a high gain and excellent stability. It is considered that three different collocated pairs of piezoelectric actuators (20, 50 and 100 mm) and accelerometers installed on three identical clamped-clamped beams (300 * 20 * 1 mm). The response of each sensor-actuator pair requires strictly positive real (SPR) property to apply a high feedback gain. However the length of the piezoactuator affects SPR property of the sensor-actuator response. Intensive simulation and experiment shows the effect of the actuator length variation is strongly related with the frequency range of SPR property. A shorter actuator gave a wider SPR frequency range as a longer one had a narrower range. The shorter actuator showed limited control performance in spite of a higher gain was applied because the actuation force was relatively small. Thus an optimal length ratio (actuator length/beam length) was suggested to obtain relevant performance with good stability with DVFB strategy. The result of this investigation could give important information in the design of active control system to suppress unwanted vibration of smart structures with piezoelectric actuators and accelerometers.
본 논문에서는 구조적으로 유연한 특성을 갖는 교량 구조물을 대상으로 외력에 의해 발생되는 진동을 실시간으로 제어하고자 준능동형 실시간 피드백 진동제어시스템을 구성하고, 이를 실험적으로 평가하였다. 여기서 진동제어를 위한 대상 교량 구조물은 서해대교를 약 1/200 크기로 규모화 하여 설계/제작한 모형 교량 구조물을 사용하였고, 실험실 여건을 고려해 규모화 된 El-centro 지진파형으로 구조물을 가진하였다. 또한, 교량 상판 중앙지점에는 전자석이 채용된 전단형 MR 댐퍼를 수직방향으로 설치하여 발생된 진동을 제어하도록 하였고, 동시에 변위계 및 가속도계를 설치하여 구조물의 응답(변위, 가속도)을 획득하였다. 이때 진동제어의 실험은 크게 비-제어, 수동 on/off 제어, Lyapunov 안정론 기반 제어 그리고, Clipped-optimal 제어조건으로 구분하여 실시간 피드백 진동제어실험을 수행하였고, 이때 진동제어의 효과는 상판 중앙지점에 대하여 각 실험방법 별 절대최대변위와 절대최대가속도 그리고, 인가전원의 소모량 등을 성능지수를 이용해 정량적으로 평가하였다. 진동제어실험의 결과로부터, Lyapunov 제어 및 Clipped-optimal 제어방법 모두 구조물의 발생 변위 및 가속도를 효과적으로 감소시켰으며, 특히 진동제어 시 요구되는 외부 인가전원의 소비를 크게 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 최종적으로, 본 논문에서 구성한 준능동형 실시간 피드백 진동제어시스템은 교량 구조물에 발생된 진동을 제어 관리하기 위한 적극 효율적인 방법으로 활용될 가능성이 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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