Real-time hybrid testing is an attractive method to evaluate the response of structures under earthquake loads. The method is a variation of the pseudodynamic testing technique in which the experiment is executed in real time, thus allowing investigation of structural systems with time-dependent components. Real-time hybrid testing is challenging because it requires performance of all calculations, application of displacements, and acquisition of measured forces, within a very small increment of time. Furthermore, unless appropriate compensation for time delays and actuator time lag is implemented, stability problems are likely to occur during the experiment. This paper presents an approach for real-time hybrid testing in which time delay/lag compensation is implemented using model-based response prediction. The efficacy of the proposed strategy is verified by conducting substructure real-time hybrid testing of a steel frame under earthquake loads. For the initial set of experiments, a specimen with linear-elastic behavior is used. Experimental results agree well with the analytical solution and show that the proposed approach and testing system are capable of achieving a time-scale expansion factor of one (i.e., real time). Additionally, the proposed method allows accurate testing of structures with larger frequencies than when using conventional time delay compensation methods, thus extending the capabilities of the real-time hybrid testing technique. The method is then used to test a structure with a rate-dependent energy dissipation device, a magnetorheological damper. Results show good agreement with the predicted responses, demonstrating the effectiveness of the method to test rate-dependent components.
A real time error compensation system was developed to improve the quasistatic volumetric accuracy of a machining center by using sensing, metrology, modeling, and computer control techniques. Including thermal errors, 32 error components are formulated in the time-space domain. Fifteen thermal sensors are used to characterize the temperature field of the machine. A compensation controller based on the IBM/PC has been linked with a CNC controller to compensate for machine errors in real time. The maximum linear displacement error in 4 body diagonals were reduced from 140 ${\mu}m$ to 34.5${\mu}m$ with this compensation system, and the spindle thermal drift in space was reduced from 147.3 ${\mu}m$ to 16.8 ${\mu}m$.
With the sub-stepping technique, the numerical analysis in real-time dynamic hybrid testing is split into the response analysis and signal generation tasks. Two target computers that operate in real-time may be assigned to implement these two tasks, respectively, for fully extending the simulation scale of the numerical substructure. In this case, the integration time-step of solving the dynamic response of the numerical substructure can be dozens of times bigger than the sampling time-step of the controller. The time delay between the real and desired feedback forces becomes more striking, which challenges the well-developed delay compensation methods in real-time dynamic hybrid testing. This paper focuses on displacement prediction and force correction for delay compensation in the real-time dynamic hybrid testing with a large integration time-step. A new displacement prediction scheme is proposed based on recently-developed explicit integration algorithms and compared with several commonly-used prediction procedures. The evaluation of its prediction accuracy is carried out theoretically, numerically and experimentally. Results indicate that the accuracy and effectiveness of the proposed prediction method are of significance.
In this study, Real-time estimation and compensation procedure are developed for the laser interferometer. This system is designed with homodyne quadrature-phase detection method using the Laser interferometer. The errors in this system are due to noise, disturbance and undefined model dynamics. DSP(Digital Signal Processor) is applied for real time compensation of these errors. This estimator and compensation is verified with measurement test.
Substructure shake table testing is a class of real-time hybrid simulation (RTHS). It combines shake table tests of substructures with real-time computational simulation of the remaining part of the structure to assess dynamic response of the entire structure. Unlike in the conventional hybrid simulation, substructure shake table testing imposes acceleration compatibilities at substructure boundaries. However, acceleration tracking of shake tables is extremely challenging, and it is not possible to produce perfect acceleration tracking without time delay. If responses of the experimental substructure have high correlation with ground accelerations, response errors are inevitably induced by the erroneous input acceleration. Feeding the erroneous responses into the RTHS procedure will deteriorate the simulation results. This study presents a set of techniques to enable reliable substructure shake table testing. The developed techniques include compensation techniques for errors induced by imperfect input acceleration of shake tables, model-based actuator delay compensation with state observer, and force correction to eliminate process and measurement noises. These techniques are experimentally investigated through RTHS using a uni-axial shake table and three-story steel frame structure at the Johns Hopkins University. The simulation results showed that substructure shake table testing with the developed compensation techniques provides an accurate and reliable means to simulate the dynamic responses of the entire structure under earthquake excitations.
This paper presents techniques for evaluation and compensation of total measuring errors in a commercial CMM. The probe errors as well as the machine geometric errors are assessed from probing of the mechanical artefacts such as shpere, step, and rings. For the error compensation, the integrated volumetric error equations are considered, including the probe error adn the machine geometric error. The error compensation is performed on the absolute scale coordinate system, in order to overcome the redundant degree of freedom in the CMM with multi-axis probe. A interface box and corresponding software driver are developed for data intercepting/correction between the machine controller and machine, thus the volumetric errors can be compensated in real time with minimum interference to the operating software and hardware of a commercial CMM. The developed system applied to a practical CMM installed on the shop floor, and demonstrated its performance.
The object of the thermal error compensation system in machine tools is improving the accuracy of a machine tool through real time error compensation. The accuracy of the machine tool totally depends on the accuracy of thermal error model. A thermal error model can be obtained by appropriate combination of temperature variables. The proposed method for optimal variable selection in the thermal error model is based on correlation grouping and successive regression analysis. Collinearity matter is improved with the correlation grouping and the judgment function which minimizes residual mean square is used. The linear model is more robust against measurement noises than an engineering judgement model that includes the higher order terms of variables. The proposed method is more effective for the applications in real time error compensation because of the reduction in computational time, sufficient model accuracy, and the robustness.
Park, Tong-Jin;Lee, Yong-Woo;Wang, Young-Yong;Han, Chang-Soo;Lee, Nak-Ku;Lee, Hyung-Wok;Choi, Tae-Hoon;Na, Kyung-Whan
반도체디스플레이기술학회지
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제3권2호
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pp.41-46
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2004
This paper proposes a robust discrete time Kalman filter (RDKF) for the dynamic compensation of nonlinearity in a homodyne laser interferometer for high-precision displacement measurement and in real-time. The interferometer system is modeled to reduce the calculation of the estimator. A regulator is applied to improve the robustness of the system. An estimator based on dynamic modeling and a zero regulator of the system was designed by the authors of this study. For real measurement, the experimental results show that the proposed interferometer system can be applied to high precision displacement measurement in real-time.
Dead time and the nonideal characteristics of components all lead to phase voltage distortions. In order to eliminate the harmful effects caused by distortion, numerous methods have been proposed. The efficacy of a method mainly depends on two factors, the compensation voltage amplitude and the phase current polarity. Theoretical derivations and experiments are given to explain that both of these key factors can be deduced from the compensation time, which is defined as the error time between the ideal phase voltage duration and the actual phase voltage duration in one Pulse Width Modulation (PWM) period. Based on this regularity, a novel method for compensating phase voltage has been proposed. A simple circuit is constructed to realize the real-time feedback of the phase voltage. Utilizing the actual phase voltage, the compensation time is calculated online. Then the compensation voltage is derived. Simulation and experimental results show the feasibility and effectivity of the proposed method. They also show that the error voltage is decreased and that the waveform is improved.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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