Journal of the Korean Society of Fisheries and Ocean Technology
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v.53
no.4
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pp.337-348
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2017
The tension of warp from trawler and sea-floor contact can generate tilt and wake turbulence around otter boards. Preliminary measurements of otter board tilt and 3-D flow velocity during bottom trawl operations were taken using a vector instrument to investigate the effects of wake turbulence at the trailing edge of the otter board. Tilt data (i.e., yaw, pitch, and roll) at 1 Hz and flow data (velocities in the towing, lateral, and vertical directions) at 16 Hz were analyzed to determine their periods and amplitudes using global wavelet and peak event analyses. The mean period (${\pm}standard$ deviation) of the tilt from the peak event analysis ($5{\pm}2s$) was longer or double than that of flow velocity ($3{\pm}2s$). The two periods also had a significant linear relationship. The turbulence rate of flow was 30-50% at the trailing edge and was closely related to roll deviation. The frequency of phase difference ratios (i.e., peak time differences between tilts and flow periods) was significantly different from random occurrence in two trials, possibly due to side tidal effects. However, in the other trials, flow peaks were random, as shown by the even peak times between tilts and flows. Future studies should focus on reducing tilt variation, wake turbulence, and bottom contact to stabilize otter board motion.
We developed a new type of human-sized BWR (biped walking robot), named KUBIR1 which is driven by the closed-chain type of actuator. A new type of the closed-chain actuator for the robot is developed, which is composed of the four-bar-link mechanism driven by the ball screw which has high strength and high gear ratio. Each leg of the robot is composed of 6 D.O.F joints. For front walking, three pitch joints and one roll joint at the ankle. In addition to this, one yaw joint for direction change, and another roll joint for balancing the body are attached. Also, the robot has two D.O.F joints of each hand and three D.O.F. for eye motion. There are three actuating motors for stereo cameras for eyes. In all, a 18 degree-of-freedom robot was developed. KUBIR1 was designed to walk autonomously by adapting small 90W DC motors as the robot actuators and batteries and controllers are on-boarded. The whole weight for Kubir1 is over 90Kg, and height is 167Cm. In the paper, the performance test of KUBIR1 will be shown.
In order to reduce the time and costs of improving the performance of vehicle suspensions, the techniques for optimizing damping and air spring characteristic were proposed. A full vehicle model for a bus is constructed with a car body, front and rear suspension linkages, air springs, dampers, tires, and a steering system. An air spring and a damper are modeled with nonlinear characteristics using experimental data and a curve fitting technique. The objective function for ride quality is WRMS (Weighted RMS) of the power spectral density of the vertical acceleration at the driver's seat, middle seat and rear seat. The objective function for handling performance is the RMS (Root Mean Squares) of the roll angle, roll rate, yaw rate, and lateral acceleration at the center of gravity of a body during a lane change. The design variables are determined by damping coefficients, damping exponents and curve fitting parameters of air spring characteristic curves. The Taguchi method is used in order to investigate sensitivity of design variables. Since ride and handling performances are mutually conflicting characteristics, the validity of the developed optimum design procedure is demonstrated by comparing the trends of ride and handling performance indices with respect to the ratio of weighting factors. The global criterion method is proposed to obtain the solution of multi-objective optimization problem.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.7
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pp.552-561
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2016
In this experimental study, the dynamic stability derivatives of a tailless lambda-shape UAV are estimated from time history data of aerodynamic moments measured from the internal balance while the test model is forced to oscillate at given frequencies and amplitudes. A 3-axis forced oscillation apparatus is designed to induce decoupled roll, yaw, pitch oscillations respectively. The results show that the roll damping derivatives remain stable at the entire range of angle of attack tested, whereas the pitch damping derivatives become unstable beyond $15^{\circ}$ angle of attack. The amplitude and frequency have little impact on roll damping derivatives while the smaller amplitude and frequency of oscillation improves the pitch stability. The yaw damping derivative values are fairly small as expected for a tailless configuration. The results indicate that the proposed methodology and test apparatus area valid for estimating the dynamic stability derivatives of a tailless UAV.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.19
no.1
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pp.1-9
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2013
This paper presents a new control algorithm for dynamic control of a unicycle robot. The unicycle robot motion consists of a pitch that is controlled by an in-wheel motor and a roll that is controlled by a reaction wheel pendulum. The unicycle robot doesn't have any actuator for a yaw axis control, which makes the derivation of the dynamics relatively simple. The Euler-Lagrange equation is applied to derive the dynamic equations of the unicycle robot to implement the dynamic speed control of the unicycle robot. To achieve the real time speed control of the unicycle robot, the sliding mode control and LQ regulator are utilized to guarantee the stability while maintaining the desired speed tracking performance. In the roll controller, the sigmoid-function based sliding mode controller has been adopted to minimize the chattering by the switching function. The LQR controller has been implemented for the pitch control to drive the unicycle robot to follow the desired velocity trajectory in real time using the state variables of pitch angle, angular velocity, angle and angular velocity of the wheel. The control performance of the two control systems form a single dynamic model has been demonstrated by the real experiments.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.30
no.6
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pp.31-38
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2002
This paper presents the analysis of the flight test data measured by the sensors installed on a four-seat canard aircraft. The inherent stall proof characteristics of canard aircraft was verified from the stall test. The dihedral effect, adverse yaw and roll control power were examined and the neutral point that determines the longitudinal stability of the aircraft was investigated. The dynamic characteristics such as dutch roll mode were also examined. Without relying on the parameter identification method, the aerodynamic derivatives or the relations between the aerodynamic derivatives were obtained by analyzing the steady state flight data.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.19
no.2
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pp.81-87
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2016
This paper presents a new approach to control of stable motion of single wheel driving robot system of a pitch that is controlled by an in-wheel motor and a roll that is controlled by a reaction wheel. This robot doesn'thave any actuator for a yaw axis control, which makes the derivation of the dynamics relatively simple. The Lagrange equations was applied to derive the dynamic equations of the one wheel driving robot to implement the dynamic speed control of the mobile robot. To achieve the real time speed control of the unicycle robot, the sliding mode control and optical regulator are utilized to prove the reliability while maintaining the desired speed tracking performance. In the roll controller, the sigmoid-function based robust controller has been adopted to reduce the vibration by the situation function. The optimal controller has been implemented for the pitch control to drive the unicycle robot to follow the desired velocity trajectory in real time using the state variables of pitch angle, angular velocity, angle and angular velocity of the driving wheel. The control performance of the control systems from a single dynamic model has been illustrated by the real experiments.
In this paper, we propose an orientation tracking method and a digestion path model based on angular displacement. The proposed method expresses a capsule's orientation as 3-dimension vectors and its rotation angle. Errors in roll, pitch, and yaw representing capsule's orientation information is down to $1.6^{\circ}$. Using the proposed method we can measure a roll which is not Possible to be measured using the magnetic field method. We reduce algorithm complexity lower than a previous methods based on Euler angle.
A cylindrical structure has a very long period of heave and pitch motion response in ocean waves. To obtain the dynamic stability of a cylindrical structure, it is necessary to obtain the suitable metacentric height (GM). However, in a structure with sufficient metacentric height, Mathieu instability can occur if the natural frequency of the heave motion is double the natural frequency of the roll and pitch motion. This study carried out numerical calculations and experiments for vertical-axis wind turbines with cylindrical floaters, which had three different centers of gravity. In the regular wave experiment, the divergence of the structure motion without yaw was observed when the natural frequency of the heave motion was double the natural frequency of the roll and pitch motion. In the irregular wave experiment, the motion spectra of the structures with the different centers of gravity were compared, and one was very high when the natural frequency of the heave motion was double the natural frequency of the roll and pitch motion.
In general, the effect of roll motion is not considered in the study on maneuverability in calm water. However, for high-speed twin-screw ships such as the DTMB 5415, the coupling effects of roll and other motions should be considered. Therefore, in this study, the estimation of maneuverability using a 4-degree-of-freedom (DOF; surge, sway, roll, yaw) maneuvering mathematical group (MMG) model was conducted for the DTMB 5415, to improve the estimation accuracy of its maneuverability. Furthermore, a study on the change in turning performance according to the fin angle was conducted. To accurately calculate the lift and drag forces generated by the fins, it is necessary to consider the three-dimensional shape of the wing, submerged depth, and effect of interference with the hull. First, a maneuvering simulation model was developed based on the 4-DOF MMG mathematical model, and the lift force and moment generated by the side fins were considered as external force terms. By employing the CFD model, the lift and drag forces generated from the side fins during ship operation were calculated, and the results were adopted as the external force terms of the 4-DOF MMG mathematical model. A 35° turning simulation was conducted by altering the ship's speed and the angle of the side fins. Accordingly, it was confirmed that the MMG simulation model constructed with the lift force of the fins calculated through CFD can sufficiently estimate maneuverability. It was confirmed that the heel angle changes according to the fin angle during steady turning, and the turning performance changes accordingly. In addition, it was verified that the turning performance could be improved by increasing the heel angle in the outward turning direction using the side fin, and that the sway speed of the ship during turning can affect the turning performance. Hence, it is considered necessary to study the effect of the sway speed on the turning performance of a ship during turning.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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