Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.27-35
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2010
This paper presents the vibration control performance of the smart passive control system to suppress the undesired vibration of the structure subjected to the earthquake loadings. Smart passive control system is the MR damper-based control system augmented with electromagnetic induction(EMI) device which consists of permanent magnets and solenoid coils. According to the Faraday's law of electromagnetic induction, an EMI device produces electrical energy from the mechanical energy due to the reciprocal motions of the structure and provide it to the MR damper. The smart passive control system can be the simple and easy to implement and maintain control system by replacing the feedback control system including sensors, controllers and external power sources of the conventional MR damper-based semiactive control system with the EMI device. The control performance of the smart passive control system is evaluated through the set of shaking table test considering the various historical earthquake loadings.
A non-clipped semi-active stochastic optimal control strategy for nonlinear structural systems with MR dampers is developed based on the stochastic averaging method and stochastic dynamical programming principle. A nonlinear stochastic control structure is first modeled as a semi-actively controlled, stochastically excited and dissipated Hamiltonian system. The control force of an MR damper is separated into passive and semi-active parts. The passive control force components, coupled in structural mode space, are incorporated in the drift coefficients by directly using the stochastic averaging method. Then the stochastic dynamical programming principle is applied to establish a dynamical programming equation, from which the semi-active optimal control law is determined and implementable by MR dampers without clipping in terms of the Bingham model. Under the condition on the control performance function given in section 3, the expressions of nonlinear and linear non-clipped semi-active optimal control force components are obtained as well as the non-clipped semi-active LQG control force, and thus the value function and semi-active nonlinear optimal control force are actually existent according to the developed strategy. An example of the controlled stochastic hysteretic column is given to illustrate the application and effectiveness of the developed semi-active optimal control strategy.
A hybrid control system is presented for seismic-resistant building structures with and without soil-structure interaction (SSI). The hybrid control is a damper-actuator-bracing control system composed of passive and active controllers. An intelligent algorithm is developed for the hybrid system, in which the passive damper is designed for minor and moderate earthquakes and the active control is designed to activate when the structural response is greater than a given threshold quantity. Thus, the external energy for active controller can be optimally utilized. In the control of a multistory building, the controller placement is determined by evaluating the optimal location index (OLI) calculated from six earthquake sources. In the study, the soil-structure interaction is considered both in frequency domain and time domain analyses. It is found that the interaction can significantly affect the control effectiveness. In the hybrid control algorithm with intelligent strategy, the working stages of passive and active controllers can be different for a building with and without considering SSI. Thus SSI is essential to be included in predicting the response history of a controlled structure.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.1
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pp.1-19
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2014
Attaching a piezoelectric transducer to a vibrating structure, and shunting it with an electric circuit, gives rise to different passive, semi-passive, and semi-active control techniques. This paper attempts to review the research related to structural vibration control, via passive, semi-passive, and semi-active control methods. First, the existing electromechanical modeling is reviewed, along with the modeling methods. These range from lumped parameters, to distributed parameters modeling of piezostructural systems shunted by electrical networks. Vibration control laws are then discussed, covering passive, semi-passive, and semi-active control techniques, which are classified according to whether external power is supplied to the piezoelectric transducers, or not. Emphasis is placed on recent articles covering semi-passive and semi-active control techniques, based upon switched shunt circuits. This review provides the necessary background material for researchers interested in the growing field of vibration damping and control, via shunted piezostructural systems.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.497-504
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2005
Stay cables, such as are used in cable-stayed bridges, are prone to vibration due to their low inherent damping characteristics. Several methods have been proposed and implemented to mitigate this problem, though each has its limitations. Recently some studies have shown that active and semiactive control system using MR (Magnetorheological) damper can potentially achieve both higher performance levels than passive control system and adaptability with few of the detractions. However, a control system including a power supply, controller, and sensors is required to maximize the performance of the MR damper and this complicated control system is not effective to most of large civil structures. This paper proposes a smart passive damping system using MR dampers by introducing electromagnetic induction (EMI) system as an external power source to MR damper and verified the performance of smart passive damping system for mitigating the vibration of stay cables. The performances of smart passive damping system are compared with those of linear viscous damper and passive-mode MR damper.
A new structure-vibration-control approach is proposed which uses a passive coupling element between two parallel structures to reduce the seismic response of a system due to earthquake excitation. Dynamic characteristics of the two coupled single-degree-freedom systems subject to stationary white-noise excitation are examined by means of statistical energy analysis (SEA) techniques. Optimal parameters of the passive coupling element such as damping and stiffness under different circumstances are determined with an emphasis on the influence of the structural parameters of the system on the optimal parameters and control effectiveness. Numerical results including the root mean square values of the response due to the filtered white-noise excitation and the time-histories of response to El Centro 1940 NS excitation are presented.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.04a
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pp.193-200
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2003
This paper presents a hybrid (i.e., integrated passive-active) system for seismic response control of a cable-stayed bridge. Because multiple control devices are operating, a hybrid control system could alleviate some of the restrictions and limitations that exist when each system is acting alone. Lead rubber bearings are used as passive control devices to reduce the earthquake-induced forces in the bridge and hydraulic actuators are used as active control devices to further reduce the bridge responses, especially deck displacements. In the proposed hybrid control system, a linear quadratic Gaussian control algorithm is adopted as a primary controller. In addition, a secondary bang-bang type (i.e., on-off type) controller according to the responses of lead rubber bearings is considered to increase the controller robustness. Numerical simulation results show that control performances of the hybrid control system are superior to those of the passive control system and slightly better than those of the fully active control system. Furthermore, it is verified that the hybrid control system with a bang-bang type controller is more robust for stiffness perturbation than the active controller with μ-synthesis method and there are no signs of instability in the overall system whereas the active control system with linear quadratic Gaussian algorithm shows instabilities in the perturbed system. Therefore, the proposed hybrid protective system could effectively be used to seismically excited cable-stayed bridges.
This paper presents a theoretical study of a model predictive control (MPC) strategy employed in semi-active control system with magnetorheological (MR) dampers to reduce the responses of seismically excited structures. The MPC scheme is based on a prediction model of the system response to obtain the control actions by minimizing an objective function, which can compensate for the effect of time delay that occurred in real application. As an example, a 5-story building frame equipped with two 20 kN MR dampers is presented to demonstrate the performance of the proposed MPC scheme for addressing time delay and reducing the structural responses under different earthquakes, in which the predictive length l = 5 and the delayed time step d = 10, 20, 40, 60, 100 are considered. Comparison with passive-off, passive-on, and linear quadratic Gaussian (LQG) control strategy indicates that MPC scheme exhibits good control performance similar to the LQG control strategy, both have better control effectiveness than two passive control methods for most cases, and the MPC scheme used in semi-active control system show more effectiveness and robustness for addressing time delay and protecting structures during earthquakes.
A passive control using flaps will be an alternative solution for flutter stability and buffeting response of a long suspension bridge. This method not only enables a lightweight economic stiffening girder without an additional stiffness for aerodynamic stability but also avoid the problems from the malfunctions of control systems and energy supply system of an active control by winglets and flaps. A time domain approach for predicting the coupled flutter and buffeting response of bridge deck with flaps is investigated. First, the flutter derivatives of bridge deck and flaps are found by experiment. Next, the derivation of time domain model of self-excited forces and control forces of sectional model is reported by using the rational function approximation. Finally, the effectiveness of passive flap control is investigated by the numerical simulation. The results show that the passive control by using flaps can increase the flutter speed and decrease the buffeting response. The experiment results are matched with numerical ones.
Magneto-Rheological (MR) dampers are being used increasingly because of their adaptability to control algorithms and reliability of passive systems. In this paper, an extensive investigation on performance of MR dampers in semi-active and passive modes has been carried out. It is observed that the overall energy dissipation by MR dampers in passive-on modes is higher than that in semi-active modes for most of the competitive semi-active controllers. Based on the energy dissipation pattern, a novel semi-active controller, termed as "Simple Passive Semi-Active Controller", has been proposed for MR dampers. This controller can be emulated by a simple passive hardware proposed in this paper. The proposed concept of controller "hardware emulation" is innovative and can also be implemented for other semi-active devices for control algorithms of certain form. The effectiveness and reliability of the proposed controller has been investigated extensively through numerical simulations. It has been demonstrated that the proposed controller is competitive to or more effective than other widely used / investigated semi-active controllers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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