Machine fault diagnosis recovers all the studies that aim to detect automatically faults or damages on machines. Generally, it is very difficult to diagnose a machine fault by conventional methods based on mathematical models because of the complexity of the real world systems and the obvious existence of nonlinear factors. This study develops an automatic machine fault diagnosis system that uses pattern recognition techniques such as principal component analysis (PCA) and artificial neural networks (ANN). The sounds emitted by the operating machine, a drill in this case, are obtained and analyzed for the different operating conditions. The specific machine conditions considered in this research are the undamaged drill and the defected drill with wear. Principal component analysis is first used to reduce the dimensionality of the original sound data. The first principal components are then used as the inputs of a neural network based classifier to separate normal and defected drill sound data. The results show that the proposed PCA-ANN method can be used for the sounds based automated diagnosis system.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.17
no.3
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pp.156-163
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2012
Real-time three-dimensional shape measurement is becoming increasingly important in various fields, including medical sciences, high-technology industry, and microscale measurements. However, there are not so many 3D profile tools specially designed for specifically narrow space, for example, to scan the tooth shape of a human jaw. In this paper, a real-time 3D intraoral scanner is proposed for the measurement of tooth profile in the mouth cavity. The proposed system comprises a laser diode beam, a micro charge-coupled device, a graticule, a piezoelectric transducer, a set of optical lenses, and a polhemus device sensor. The phase-shifting technique is used along with an accurate calibration method for the measurement of the tooth profile. Experimental and theoretical inspection of the phase-to-coordinate relation is presented. In addition, a nonlinear system model is developed for collimating illumination that gives the more accurate mathematical representation of the system, thus improves the shape measurement accuracy. Experiment results are presented to verify the feasibility and performance of the developed system. The experimental results indicate that overall measurement error accuracy can be controlled within 0.4 mm with a variability of ${\pm}0.01$.
Since large and small scale photovoltaic(PV) systems have been commercialized in many countries, it is necessary to assess the effects of PV systems on the electric power system. For this, the development of accurate simulation model of PV arrays is very important. PSCAD/EMTDC, a widely used simulation tool for analyzing the transient behavior of electrical apparatus and networks, does not have a standard model of a PV array. Therefore in order to simulate the PV array, users have to develop their own simulation model. However, the block-diagram-based model is very complicated, and it is hard to modify the model parameters. In this study, we develop the user-defined model of a PV array by using the Design Editor, which is provided by PSCAD program. The mathematical model of a PV array and the method to determine the parameters of nonlinear I-V equation are implemented in a Fortran code. The graphical user interface provides the users with easy and simple way to modify the PV array parameters and simulation conditions. In order to help the users, this model also provides the parameters of 10 commercial PV arrays.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.3
no.1
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pp.77-84
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1998
This paper describes a control system design for the transmission STATCOM by applying a no-linear state feedback, and the performance analysis of the control system by simulations and scaled-model experiments. A mathematical model for the STATCOM was derived using a 3-phase equivalent circuit and a perturbation state equation with respect to a typical operating point. A transfer function to describe the dynamics of STATCOM was derived by considering nonlinear state feedback. A controller design was completed by analyzing the feedback system stability with root locus method. The performance analysis of the conceived control system was verified by simulations with the EMTP and experiments with scaled model, assuming that the STATCOM is connected to an 154kV transmission system. The results show that the conceived control system has excellent performance to control the reactive power of the transmission system.
The difficulty in modeling complex nonlinear structures lies in the presence of significant sources of uncertainties mainly attributed to sudden changes in the structure's behavior caused by regular aging factors or extreme events. Quantifying these uncertainties and accurately representing them within the complex mathematical framework of Structural Health Monitoring (SHM) are significantly essential for system identification and damage detection purposes. This study highlights the importance of uncertainty quantification in SHM frameworks, and presents a comparative analysis between intrusive and non-intrusive techniques in quantifying uncertainties for SHM purposes through two different variations of the Kalman Filter (KF) method, the Ensemble Kalman filter (EnKF) and the Polynomial Chaos Kalman Filter (PCKF). The comparative analysis is based on a numerical example that consists of a four degrees-of-freedom (DOF) system, comprising Bouc-Wen hysteretic behavior and subjected to El-Centro earthquake excitation. The comparison is based on the ability of each technique to quantify the different sources of uncertainty for SHM purposes and to accurately approximate the system state and parameters when compared to the true state with the least computational burden. While the results show that both filters are able to locate the damage in space and time and to accurately estimate the system responses and unknown parameters, the computational cost of PCKF is shown to be less than that of EnKF for a similar level of numerical accuracy.
Park, Jinho;Lee, Byoungkuk;Jung, Do-Yang;Kim, Dong-Hee
Journal of Electrical Engineering and Technology
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v.13
no.5
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pp.1927-1934
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2018
In this paper, we studied the state of charge (SOC) estimation algorithm of a high-capacity lithium secondary battery for electric vehicles (EVs) considering temperature characteristics. Nonlinear characteristics of high-capacity lithium secondary batteries are represented by differential equations in the mathematical form and expressed by the state space equation through battery modeling to extract the characteristic parameters of the lithium secondary battery. Charging and discharging equipment were used to perform characteristic tests for the extraction of parameters of lithium secondary batteries at various temperatures. An extended Kalman filter (EKF) algorithm, a state observer, was used to estimate the state of the battery. The battery capacity and internal resistance of the high-capacity lithium secondary battery were investigated through battery modeling. The proposed modeling was applied to the battery pack for EVs to estimate the state of the battery. We confirmed the feasibility of the proposed study by comparing the estimated SOC values and the SOC values from the experiment. The proposed method using the EKF is expected to be highly applicable in estimating the state of the high-capacity rechargeable lithium battery pack for electric vehicles.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.2
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pp.305-314
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2017
Most of the existing researches on systemwide optimization of generator maintenance scheduling do not consider the equivalent operating hours(EOHs) mainly due to the difficulties of calculating the EOHs of the CCGTs in the large scale system. In order to estimate the EOHs not only the operating hours but also the number of start-up/shutdown during the planning period should be estimated, which requires the mathematical model to incorporate the economic dispatch model and unit commitment model. The model is inherently modelled as a large scale mixed-integer nonlinear programming problem and the computation time increases exponentially and intractable as the system size grows. To make the problem tractable, this paper proposes an EOH calculation based on demand grouping by K-means clustering algorithm. Network congestion is also considered in order to improve the accuracy of EOH calculation. This proposed method is applied to the actual Korean electricity market and compared to other existing methods.
Kim, Jong-Hwan;Lee, Byounghwak;Kim, Kyoungmin;Shin, Kyuyong;Lee, Wonwoo
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.22
no.1
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pp.27-34
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2019
This paper presents a chamber pressure model development of K2 rifle by applying Gaussian mixture model. In order to materialize a real recoil force of a virtual reality shooting rifle in military combat training, the chamber pressure which is one of major components of the recoil force needs to be investigated and modeled. Over 200,000 data of the chamber pressure were collected by implementing live fire experiments with both K100 and M193 of 5.56 mm bullets. Gaussian mixture method was also applied to create a mathematical model that satisfies nonlinear, asymmetry, and deviations of the chamber pressure which is caused by irregular characteristics of propellant combustion. In addition, Polynomial and Fourier Regression were used for comparison of results, and the sum of squared errors, the coefficient of determination and root-mean-square errors were analyzed for performance measurement.
Chen, Tim;Crosbie, Robert C.;Anandkumarb, Azita;Melville, Charles;Chan, Jcy
Advances in concrete construction
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v.11
no.1
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pp.1-9
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2021
This article discusses the issue of optimizing controller design issues, in which the artificial intelligence (AI) evolutionary bat (EB) optimization algorithm is combined with the fuzzy controller in the practical application of the building. The controller of the system design includes different sub-parts such as system initial condition parameters, EB optimal algorithm, fuzzy controller, stability analysis and sensor actuator. The advantage of the design is that for continuous systems with polytypic uncertainties, the integrated H2/H∞ robust output strategy with modified criterion is derived by asymptotically adjusting design parameters. Numerical verification of the time domain and the frequency domain shows that the novel system design provides precise prediction and control of the structural displacement response, which is necessary for the active control structure in the fuzzy model. Due to genetic algorithm (GA), we use a hierarchical conditions of the Hurwitz matrix test technique and the limits of average performance, Hierarchical Fitness Function Structure (HFFS). The dynamic fuzzy controller proposed in this paper is used to find the optimal control force required for active nonlinear control of building structures. This method has achieved successful results in closed system design from the example.
Kim, Hyung Tae;Lee, Duk Yeon;Choi, Dongwoon;Kang, Jaehyeon;Lee, Dong-Wook
Current Optics and Photonics
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v.6
no.2
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pp.161-170
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2022
Three-dimensional (3D) geometric models are introduced to correct vignetting, and a downhill simplex search is applied to determine the coefficients of a 3D model used in digital microscopy. Vignetting is nonuniform illuminance with a geometric regularity on a two-dimensional (2D) image plane, which allows the illuminance distribution to be estimated using 3D models. The 3D models are defined using generalized polynomials and arbitrary coefficients. Because the 3D models are nonlinear, their coefficients are determined using a simplex search. The cost function of the simplex search is defined to minimize the error between the 3D model and the reference image of a standard white board. The conventional and proposed methods for correcting the vignetting are used in experiments on four inspection systems based on machine vision and microscopy. The methods are investigated using various performance indices, including the coefficient of determination, the mean absolute error, and the uniformity after correction. The proposed method is intuitive and shows performance similar to the conventional approach, using a smaller number of coefficients.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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