In this paper the tuned mass-damper-inerter (TMDI) is considered for passive vibration control and energy harvesting in harmonically excited structures. The TMDI couples the classical tuned mass-damper (TMD) with a grounded inerter: a two-terminal linear device resisting the relative acceleration of its terminals by a constant of proportionality termed inertance. In this manner, the TMD is endowed with additional inertia, beyond the one offered by the attached mass, without any substantial increase to the overall weight. Closed-form analytical expressions for optimal TMDI parameters, stiffness and damping, given attached mass and inertance are derived by application of Den Hartog's tuning approach to suppress the response amplitude of force and base-acceleration excited single-degree-of-freedom structures. It is analytically shown that the TMDI is more effective from a same mass/weight TMD to suppress vibrations close to the natural frequency of the uncontrolled structure, while it is more robust to detuning effects. Moreover, it is shown that the mass amplification effect of the inerter achieves significant weight reduction for a target/predefined level of vibration suppression in a performance-based oriented design approach compared to the classical TMD. Lastly, the potential of using the TMDI for energy harvesting is explored by substituting the dissipative damper with an electromagnetic motor and assuming that the inertance can vary through the use of a flywheel-based inerter device. It is analytically shown that by reducing the inertance, treated as a mass/inertia-related design parameter not considered in conventional TMD-based energy harvesters, the available power for electric generation increases for fixed attached mass/weight, electromechanical damping, and stiffness properties.
The development of filament stretching extensional rheometers over the past decade has enabled the systematic measurement of the transient extensional stress growth in dilute and semi-dilute polymer solutions. The strain-hardening in the extensional viscosity of dilute solutions overwhelms the perturbative effects of capillarity, inertia & gravity and the kinematics of the extensional deformation become increasingly homogeneous at large strains. This permits the development of a robust open-loop control algorithm for rapidly realizing a deformation with constant stretch history that is desired for extensional rheometry. For entangled fluids such as concentrated solutions and melts the situation is less well defined since the material functions are governed by the molecular weight between entanglements, and the fluids therefore show much less pronounced strain-hardening in transient elongation. We use experiments with semi-dilute/entangled and concentrated/entangled monodisperse polystyrene solutions coupled with time-dependent numerical computations using nonlinear viscoelastic constitutive equations such as the Giesekus model in order to show that an open-loop control strategy is still viable for such fluids. Multiple iterations using a successive substitution may be necessary, however, in order to obtain the true transient extensional viscosity material function. At large strains and high extension rates the extension of fluid filaments in both dilute and concentrated polymer solutions is limited by the onset of purely elastic instabilities which result in necking or peeling of the elongating column. The mode of instability is demonstrated to be a sensitive function of the magnitude of the strain-hardening in the fluid sample. In entangled solutions of linear polymers the observed transition from necking instability to peeling instability observed at high strain rates (of order of the reciprocal of the Rouse time for the fluid) is directly connected to the cross-over from a reptative mechanism of tube orientation to one of chain extension.
Mayumi Saiki;Timothy A. Matthews;Norito Kawakami;Wendie Robbins;Jian Li
Safety and Health at Work
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v.15
no.1
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pp.59-65
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2024
Background: Different job strain formulations based on the Job Demand-Control model have been developed. This study evaluated longitudinal associations between job strain and psychological distress and whether associations were influenced by six formulations of job strain, including quadrant (original and simplified), subtraction, quotient, logarithm quotient, and quartile based on quotient, in randomly selected Japanese workers. Methods: Data were from waves I and II of the Survey of Midlife in Japan (MIDJA), with a 4-year followup period. The study sample consisted of 412 participants working at baseline and had complete data on variables of interest. Associations between job strain at baseline and psychological distress at follow-up were assessed via multivariable linear regression, and results were expressed as β coefficients and 95% confidence intervals including R2 and Akaike information criterion (AIC) evaluation. Results: Crude models revealed that job strain formulations explained 6.93-10.30% of variance. The AIC ranged from 1475.87 to 1489.12. After accounting for sociodemographic and behavioral factors and psychological distress at baseline, fully-adjusted models indicated significant associations between all job strain formulations at baseline and psychological distress at follow-up: original quadrant (β: 1.16, 95% CI: 0.12, 2.21), simplified quadrant (β: 1.01, 95% CI: 0.18, 1.85), subtraction (β: 0.39, 95% CI: 0.09, 0.70), quotient (β: 0.37, 95% CI: 0.08, 0.67), logarithm quotient (β: 0.42, 95% CI: 0.12, 0.72), and quartile based on quotient (β: 1.22, 95% CI: 0.36, 2.08). Conclusion: Six job strain formulations showed robust predictive power regarding psychological distress over 4 years among Japanese workers.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.11
no.6
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pp.477-486
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2001
In this paper , we study the problem of designing TS(Takagi-Sugeno) fuzzy controllers for the systems that can be approximated or represented by the TS fuzzy model. The main strategy used in this paper is the inverse optimal approach, in which the cost function is determined later than the Lyapunov function and its corresponding control input satisfying the design requirements such as stability, decay rate, and robustness against uncertainty. This approach is useful because it yields controllers satisfying the inherent robustness of optimal controllers as well as the considered design goals. The design procedures established in this paper are all in the from of solving LMIs(Iinear matrix inequalities). Since the LMIs arising in the design procedures can be solved within a given tolerance by the interior point methods. the design method of the paper are efficient in practice. The applicability of the proposed design procedures is demonstrated by design examples.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.7
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pp.601-608
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2015
The static aeroelastic analysis and optimization of flexible wings are conducted for steady state conditions while both aerodynamic and structural parameters can be used as optimization variables. The system of multidisciplinary design optimization as a robust methodology to couple commercial codes for a static aeroelastic optimization purpose to yield a convenient adaptation to engineering applications is developed. Aspect ratio, taper ratio, sweepback angle are chosen as optimization variables and the skin thickness of the wing. The real-coded adaptive range multi-objective genetic algorithm code, which represents the global multi-objective optimization algorithm, was used to control the optimization process. The support vector regression(SVR) is applied for optimization, in order to reduce the time of computation. For this multi-objective design optimization problem, numerical results show that several useful Pareto optimal designs exist for the flexible wing.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.10
no.4
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pp.411-419
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2005
In this paper, a sliding mode observer for solar array current estimation in the photovoltaic power generation system is presented. The solar array current estimation Information is obtained from the sliding mode observer and fed into the maximum power point tracker to update the reference voltage. The parameter values such as inverter dc link capacitances cm be changed up to 50$\%$ from their nominal values and the linear observer can't estimate the correct state values under the parameter variations and noisy environments. The configuration of sliding mode observer is simple, but it shows the robust tracking performance against parameter variations and modeling uncertainties. In this paper, the method for constructing the sliding mode observer using equivalent control input is presented and the convergence of the proposed observer is verified by the Lyapunov method. The mathematical modeling and the experimental results verify the validity of the proposed method.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea TC
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v.38
no.4
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pp.11-17
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2001
In this paper, we propose a polarity decision carrier recovery algorithm for high order QAM(Quadrature Amplitude Modulation), which has robust and large frequency acquisition performance in the high order QAM modem. The proposed polarity decision PD(Phase Detector) output and its variance characteristic are mathematically derived and the simulation results are compared with conventional DD(Decision-Directed) method. While the conventional DD algorithm has linear range of $3.5^{\circ}{\sim}3.5^{\circ}$, the proposed polarity decision PD algorithm has linear range as large as $-36^{\circ}{\sim}36^{\circ}$ at ${\gamma}-17.9$. The conventional DD algorithm can only acquire offsets less than ${\pm}10\;KHz$ in the case of the 256 QAM while an analog front-end circuit generally can reduce the carrier-frequency offset down to only ${\pm}100\;KHz$. Thus, in this case additional AFC or phase detection circuit for carrier recovery is required. But by adopting the proposed polarity decision algorithm, we can find the system can acquire up to ${\pm}300\;KHz$at SNR = 30dB without aided circuit.
Accurate altimetry is required for the reliable flight control of drones or unmanned air vehicles (UAVs), and the radar altimeter is commonly used owing to its accuracy for the ground level. Due to the limitation for size, weight and power consumption, the frequency modulated continuous wave (FMCW) radar is appropriate for drone because it has lower complexity than that of pulse Doppler (PD) radar. Especially, fast-ramp FMCW radar, which transmits linear FM signal during very short period, is generally utilized, because it is robust for the ego-motion of drone. Therefore, we present the design and implementation results of the radar signal processor (RSP) for fast-ramp FMCW radar system. The proposed RSP was designed with Verilog-HDL and implemented with Altera Cyclone-IV FPGA device. Implementation results show that the proposed RSP includes 27,523 logic elements, 15,798 registers and memory of 138Kbits and can measure the altimeter at the rate of 100Hz with the operating frequency of 50MHz.
Kim, Kab-Ki;Moon, Myung-Ho;Shin, Dong-Hun;Lee, Jong-Arc
Journal of IKEEE
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v.2
no.1
s.2
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pp.1-14
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1998
In this paper, Antenna, LNA, Mixer, VCO, and Modulation/Demodulation in Baseband processor which are the RF main components in Wireless LAN system for ultra high-speed communications network are studied. Antenna bandwidth and selective fading due to multipath can be major obstacles in high speed digital communications. To solve this problem, wide band MSA which has loop-structure magnetic antenna characteristics is designed. Distributed mixer using dual-gate GaAs MESFET can achieve over 10dB LO/RF isolation without hybrid, and minimize circuit size. As linear mixing signal is produced, distortions can be decreased at baseband signals. Conversion gain is achieved by mixing and amplification simultaneously. Mixer is designed to have wide band characteristics using distributed amplifier. In VCO design, Oscillator design method by large signal analysis is used to produce stable signal. Modulation/Demodulation system in baseband processor, DS/SS technique which is robust against noise and interference is used to eliminate the effect of multipath propagation. DQPSK modulation technique with M-sequences for wideband PN spreading signals is adopted because of BER characteristic and high speed digital signal transmission.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.1
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pp.9-16
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2014
Using a level set method and topological derivatives, a topological shape optimization method that is independent of an initial design is developed for linearly elastic structures. In the level set method, the initial domain is kept fixed and its boundary is represented by an implicit moving boundary embedded in the level set function, which facilitates to handle complicated topological shape changes. The "Hamilton-Jacobi(H-J)" equation and computationally robust numerical technique of "up-wind scheme" lead the initial implicit boundary to an optimal one according to the normal velocity field while minimizing the objective function of compliance and satisfying the constraint of allowable volume. Based on the asymptotic regularization concept, the topological derivative is considered as the limit of shape derivative as the radius of hole approaches to zero. The required velocity field to update the H-J equation is determined from the descent direction of Lagrangian derived from optimality conditions. It turns out that the initial holes are not required to get the optimal result since the developed method can create holes whenever and wherever necessary using indicators obtained from the topological derivatives. It is demonstrated that the proper choice of control parameters for nucleation is crucial for efficient optimization process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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