본 논문에서는 기존의 proportional-integral-derivative (PID) 제어기의 이득조정과정에서 linear quadratic regulator(LQR)을 이용하여 이득조정을 하는 방법을 제안한다. 제안된 제어기의 이득은 LQR의 수식으로 표현되어지며 Matlab/simulink을 이용한 모의실험을 통해 위치프로파일에 대한 위치추종오차의 성능이 평가되어진다.
본 논문에서는 안정도 단계(degree of stability)가 고려된 LQ 최적 제어에 대한 근사 다이나믹 프로그래밍 기법을 제안한다. 제안된 근사 다이나믹 프로그래밍 기법은 시스템 행렬(system matrix)를 모르는 경우에도 구현할 수 있으며, 특정 조건하에서 수렴성을 가짐을 수학적으로 증명하였다. 또한 제안된 알고리즘을 토대로 하는 최소 자승법 기반 실시간 구현 방법에 대해 소개하였으며, 컴퓨터 모의 실험을 통해 제안된 근사 다이나믹 프로그래밍의 성능을 입증하였다.
Increasing usage of tank cars and their intrinsic instability due to sloshing of contents have caused growing maintenance costs as well as more frequent hazards and defects like derailment and fatigue of bogies and axels. Therefore, varieties of passive solutions have been represented to improve dynamical parameters. In this task, assuming 22 degrees of freedom, dynamic analysis of partially filled tank car traveling on a curved track is investigated. In order to consider stochastic geometry of track; irregularities have been derived randomly by Mont Carlo method. More over the fluid tank model with 1 degree of freedom is also presented by equivalent mechanical approach in terms of pendulum. An active suspension system for described car is designed by using linear quadratic optimal control theory to decrease destructive effects of fluid sloshing. Eventually, the performance of the active suspension system has been compared with that of the passive one and a study is carried out on how active suspension may affect the dynamical parameters such as displacements and Nadal's derailment index.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.3
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pp.193-200
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2004
The Active Constrained Layer Damping(ACLD) combines the simplicity and reliability of passive damping with the low weight and high efficiency of active control to attain high damping characteristics. The proposed ACLD treatment consists of a viscoelastic damping which is sandwiched between an active piezoelectric layer and a host structure. In this manner, the smart ACLD consists of a Passive Constrained Layer Damping(PCLD) which is augmented with an active control in response to the structural vibrations. The arc type shell model is introduced to describe the interactions between the vibrating host structure, piezoelectric actuator and viscoelastic damping. The system is modeled by applying ARMAX model and changing a state-space form through the system identification method. An optimum control law for the piezo actuator is obtain by LQR(Linear Quadratic Regulator) method. The performance of the ACLD system is determined and compared with PCLD in order to demonstrate the effectiveness of the ACLD treatment. Also, the actuation capability of a piezo actuator is examined experimentally by varying thickness of viscoelastic material(VEM).
Kim, Do-Woo;Yun, Gi-Gab;Kim, Hong-Pil;Yang, Hai-Won
Proceedings of the KIEE Conference
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1998.07c
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pp.1195-1199
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1998
In this paper a design method of robust power system stabilizers is proposed by means of robust linear quadratic regulator design technique under power system's operating condition change, which is caused by inner structure uncertainties and disturbances into a power system. It is assumed that the uncertainties present in the system are modeled as one equivalent signal. In this connections an optimal LQR control input for disturbance rejection, the output feedback gain for eliminating the disturbance are calculated. In this case. PSS input signal is obtained on the basis of weighted ${\Delta}P_e$ and $\Delta\omega$. In order to stabilize the overall control of system. Pole placement algorithm is applied in addition. making the poles of the closed loop system to move into a stable region in the complex plane. Some simulations have been conducted to verify the feasibility of the proposed control method on a machine to infinite bus power system. From the simulation results validation of the proposed method could be achieved by comparisons with the conventional PSS with phase lag-lead compensation.
In order to protect a structure over its full life cycle, a novel tuned mass damper (TMD), the so-called semi-active eddy current pendulum tuned mass damper (SAEC-PTMD), which can retune its frequency and damping ratio in real-time, is proposed in this study. The structural instantaneous frequency is identified through a Hilbert-Huang transformation (HHT), and the SAEC-PTMD pendulum is adjusted through an HHT-based control algorithm. The eddy current damping parameters are discussed, and the relationship between effective damping coefficients and air gaps is fitted through a polynomial function. The semi-active eddy current damping can be adjusted in real-time by adjusting the air gap based on the linear-quadratic-Gaussian (LQG)-based control algorithm. To verify the vibration control effect of the SAEC-PTMD, an idealized linear primary structure equipped with an SAEC-PTMD excited by harmonic excitations and near-fault pulse-like earthquake excitations is proposed as one of the two case studies. Under strong earthquakes, structures may go into the nonlinear state, while the Bouc-Wen model has a wild application in simulating the hysteretic characteristic. Therefore, in the other case study, a nonlinear primary structure based on the Bouc-Wen model is proposed. An optimal passive TMD is used for comparison and the detuning effect, which results from the cumulative damage to primary structures, is considered. The maximum and root-mean-square (RMS) values of structural acceleration and displacement time history response, structural acceleration, and displacement response spectra are used as evaluation indices. Power analyses for one earthquake excitation are presented as an example to further study the energy dissipation effect of an SAECPTMD. The results indicate that an SAEC-PTMD performs better than an optimized passive TMD, both before and after damage occurs to the primary structure.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.18
no.2
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pp.236-242
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2008
In this paper, we propose an optimized fuzzy controller based on Hierarchical Fair Competition-based Genetic Algorithms (HFCGA) for rotary inverted pendulum system. We adopt fuzzy controller to control the rotary inverted pendulum and the fuzzy rules of the fuzzy controller are designed based on the design methodology of Linear Quadratic Regulator (LQR) controller. Simple Genetic Algorithms (SGAs) is well known as optimization algorithms supporting search of a global character. There is a long list of successful usages of GAs reported in different application domains. It should be stressed, however, that GAs could still get trapped in a sub-optimal regions of the search space due to premature convergence. Accordingly the parallel genetic algorithm was developed to eliminate an effect of premature convergence. In particular, as one of diverse types of the PGA, HFCGA has emerged as an effective optimization mechanism for dealing with very large search space. We use HFCGA to optimize the parameter of the fuzzy controller. A comparative analysis between the simulation and the practical experiment demonstrates that the proposed HFCGA based fuzzy controller leads to superb performance in comparison with the conventional LQR controller as well as SGAs based fuzzy controller.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.3
no.3
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pp.63-74
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1999
A sliding mode fuzzy control (SMFC) algorithm is presented for vibration of large structures. Rule-base of the fuzzy inference engine is constructed based on the sliding mode control, which is one of the nonlinear control algorithms. Fuzziness of the controller makes the control system robust against the uncertainties in the system parameters and the input excitation. Non-linearity of the control rule makes the controller more effective than linear controllers. Design procedure based on the present fuzzy control is more convenient than those of the conventional algorithms based on complex mathematical analysis, such as linear quadratic regulator and sliding mode control(SMC). Robustness of presented controller is illustrated by examining the loop transfer function. For verification of the present algorithm, a numerical study is carried out on the benchmark problem initiated by the ASCE Committee on Structural Control. To achieve a high level of realism, various aspects are considered such as actuator-structure interaction, modeling error, sensor noise, actuator time delay, precision of the A/D and D/A converters, magnitude of control force, and order of control model. Performance of the SMFC is examined in comparison with those of other control algorithms such as $H_{mixed 2/{\infty}}$ optimal polynomial control, neural networks control, and SMC, which were reported by other researchers. The results indicate that the present SMFC is an efficient and attractive control method, since the vibration responses of the structure can be reduced very effectively and the design procedure is simple and convenient.
In this paper, we implement linear-quadratic-Gaussian based vector tracking loop (LQG-VTL) instead of conventional extended Kalman filter based vector tracking loop (EKF-VTL). The LQG-VTL can improve the performance compared to the EKF-VTL by generating optimal control input at a specific performance index. Performance analysis is conducted through two factors, frequency thermal noise and frequency dynamic stress error, which determine total frequency tracking error. We derive the thermal noise and the dynamic stress error formula in the LQG-VTL. From frequency tracking error analysis, we can determine control gain matrix in the LQG controller and show that the frequency tracking error of the LQG-VTL is lower than that of the EKF-VTL in all C/N0 ranges. The simulation results show that the LQG-VTL improves performance by 30% in Doppler tracking, so the LQG-VTL can extend pre-integration time longer and track weaker signals than the EKF-VTL. Therefore, the LQG-VTL algorithm is more robust than the EKF-VTL in weak signal environments.
The number of cable-stayed bridges has been increasing worldwide, causing issues in maintaining the structural safety and integrity of bridges. The stay cable, one of the most critical members in cable-stayed bridges, is vulnerable to wind-induced vibrations owing to its inherent low damping capacity. Thus, vibration mitigation of stay cables has been an important issue both in academia and practice. While a semi-active control scheme shows effective vibration reduction compared to a passive control scheme, real-world applications are quite limited because it requires complicated equipment, including for data acquisition, and power supply. This study aims to develop an Arduino-based integrated cable vibration control system implementing a semi-active control algorithm. The integrated control system is built on the low-cost, low-power Arduino platform, embedding a semi-active control algorithm. A MEMS accelerometer is installed in the platform to conduct a state feedback for the semi-active control. The Linear Quadratic Gaussian control is applied to estimate a cable state and obtain a control gain, and the clipped optimal algorithm is implemented to control the damping device. This study selects the magnetorheological damper as a semi-active damping device, controlled by the proposed control system. The developed integrated system is applied to a laboratory size cable with a series of experimental studies for identifying the effect of the system on cable vibration reduction. The semi-active control embedded in the integrated system is compared with free and passive mode cases and is shown to reduce the vibration of stay-cables effectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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