A new Riemannian geometric model for the controlled plant is proposed by imbedding the control vector space in the state space, so as to reduce the dimension of the model. This geometric model is derived by replacing the orthogonal straight coordinate axes on the state space of a linear system with the curvilinear coordinate axes. Therefore the integral manifold of the geometric model becomes homeomorphic to that of fictitious linear system. For the lower dimensional Riemannian geometric model, a nonlinear optimal regulator with a quadratic form performance index which contains the Riemannian metric tensor is designed. Since the integral manifold of the nonlinear regulator is determined to be homeomorphic to that of the linear regulator, it is expected that the basic properties of the linear regulator such as feedback structure, stability and robustness are to be reflected in those of the nonlinear regulator. To apply the above regulator theory to a real nonlinear plant, it is discussed how to distort the curvilinear coordinate axes on which a nonlinear plant behaves as a linear system. Consequently, a partial differential equation with respect to the homeomorphism is derived. Finally, the computational algorithm for the nonlinear optimal regulator is discussed and a numerical example is shown.
We calculate the coordinates of an axisymmetric nozzle with a central body. This nozzle ensures a transonic flow with a plane sound surface, which is orthogonal to the symmetry axis and has a wall kink at the sonic point, The Chaplygin transformation in the subsonic part of the flow leads the Dirichlet problem for a system of nonlinear equations. The definition domain of the solution in the velocity-hodograph plane is taken as a rectangle. This enables one to obtain the nozzle with a monotonic distribution of velocity along its subsonic part. In the nonlinear differential equation, the linear Chaplygin operator for plane flows is separated, which allows the iterative calculation of the solution. The supersonic part of the nozzle is calculated under the assumption that the flow at the nozzle exit is uniform and parallel to the symmetry axis; i.e., the supersonic jet outflows to the submerged space with the same pressure. The calculation is performed by the characteristic method. The exact solution of Tricomi equation for near-sonic flows with the straight sonic line is used to 'move away' the sound plane. The velocity distribution alone the supersonic part of the nozzle is also monotonic, which ensures the absence of the boundary-layer separation and, therefore, the adequacy of the ideal-gas model. calculations show that the flow in the supersonic part of the nozzle is continuous (compression shocks are absent)
In this study, a system coupled with the nonlinear dynamic vibration absorber was modelled, and its equation of motion was analized by the harmonic balance method to obtain the amplitude ratio. And also, the stability analysis was done by the Routh Hurwitz method. In the vibration systems coupled with the nonlinear dynamic vibration absorber, the unstable region and the jump phenomenon can be ramarkably affected by the damping ratio. The stable and unstable region that obtained to differential method excellently agreed to the result of the stability analysis of Routh Hurwitz.
A nonlinear time-domain strip theory for vertical wave loads and ship responses is to be investigated. The hydrodynamic memory effect is approximated by a higher order differential equation without convolution. The ship is modeled as a non-uniform Timoshenko beam. Numerical calculations are presented for the S175 Containership translating with the forward speed in regular waves. The approach described in this paper can be used in evaluating ship motions and wave loads in extreme wave conditions and validating nonlinear phenomena in ship design.
It is known that Volterra kernel models can represent a wide variety of nonlinear chemical processes. Also, it is necessary for Volterra model identification to excite the process to be identified with a signal having wide range of frequency spectrum and high enough amplitude of input signals. Kashiwagi[4 ∼ 7] has recently shown a method for measuring Volterra kernels up to third order using pseudorandom M-sequence signals. However, in practice, since it is not always possible to apply such input sequences to the actual chemical plants. Even when we can apply such a pseudorandom signal to the process, it takes much time to obtain higher order Volterra kernels. Considering these problems, the authors propose here a new method for practical identification of Volterra kernels by use of approximate open differential equation (ODE) model and simple plant test. Simulation results are shown for verifying the usefulness of our method of identification of nonlinear chemical processes.
In this paper, authors introduce an application of a nonlinear rotor flux observer, known under the name of ELO(extended Luenberger Observer), for direct rotor field oriented control(DRFOC) of induction motor. ELO requires no solution of nonlinear partial differential equation for its coordinate transformation and linearization used for the nonlinear observer design. Its simulation results concerned to different level of unknown variables of load torque and rotor resistance show high accuracy on rotor flux estimation in steady state.
This paper presents a LMI(linear matrix inequality)-based fuzzy approach of modeling and active vibration control of geometrically nonlinear flexible plates with piezoelectric materials as actuators and sensors. The large-amplitude vibration characteristics and dynamic partial differential equation of a piezoelectric flexible rectangular thin plate structure are obtained by using generalized Fourier series and numerical integral. Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy model is employed to approximate the nonlinear structural system, which combines the fuzzy inference rule with the local linear state space model. A robust fuzzy dynamic output feedback control law based on the T-S fuzzy model is designed by the parallel distributed compensation (PDC) technique, and stability analysis and disturbance rejection problems are guaranteed by LMI method. The simulation result shows that the fuzzy dynamic output feedback controller based on a two-rule T-S fuzzy model performs well, and the vibration of plate structure with geometrical nonlinearity is suppressed, which is less complex in computation and can be practically implemented.
Transactions on Control, Automation and Systems Engineering
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v.3
no.1
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pp.21-26
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2001
In this study, we propose a two degree of freedom robust output tracking control method for a class of nonlinear system. We consider hyperbolically nonminimum phase single-input single-output uncertain nonlinear systems. We also consider the case that the nominal input-state equation is differentially flat. Nominal stable state trajectory is obtained in the flat output space via the flat output. Nominal feedforward control input is also computed from the nominal state trajectory. Due to the nature of the method, the generated flat output trajectory and control input are noncausal. Robust feedback control is designed to stabilize the systems around the nominal trajectory. A numerical example is given is given to demonstrate that robust tracking is achieved.
Kaci, Abdelhakim;Tounsi, Abdelouahed;Bakhti, Karima;Adda Bedia, El Abbas
Steel and Composite Structures
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v.12
no.6
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pp.491-504
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2012
In this paper, the nonlinear cylindrical bending of simply supported, functionally graded nanocomposite plates reinforced by single-walled carbon nanotubes (SWCNTs), is studied. The plates are subjected to uniform pressure loading in thermal environments and their geometric nonlinearity is introduced in the strain-displacement equations based on Von-Karman assumptions. The material properties of SWCNTs are assumed to be temperature-dependent and are obtained from molecular dynamics simulations. The material properties of functionally graded carbon nanotube-reinforced composites (FG-CNTCRs) are assumed to be graded in the thickness direction, and are estimated through a micromechanical model. The governing equations are reduced to linear differential equation with nonlinear boundary conditions yielding a simple solution procedure. Numerical results are presented to show the effect of the material distribution on the deflections and stresses.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.2
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pp.87-97
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2013
Recently the use of gas spring in the combat and commercial vehicle's suspension is increasing. Because of its nonlinear characteristics, the gas spring can support wide range of dynamic loads and gives good ride quality. In design of gas spring, isothermal and adiabatic processes are applied generally, but those processes could not produce heat transfer effect in the simulation. So in this study, heat transfer differential equation and BWR/Ideal state equation are used to calculate the pressure of gas spring which is changing with time. The numerical analysis showed that the pressure of gas spring forms a hysteresis loop in the both of the state equations. But the peak pressure value of BWR equation over 0.1Hz frequency are higher than that of adiabatic process. And the test results showed that the differences between test results and ideal gas equation are smaller than those of BWR equation, so the ideal equation is more accurate than BWR equation in this case.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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