본 논문에서 전자기장과 열 하중을 받는 복합재료 평판에 대하여 압전재료를 이용한 압전제어를 수행하였다. 구조물에 가해지는 전자기장과 열 하중, 그리고 구성방정식에서 고려되는 압전효과가 모두 포함된 지배방정식을 FSDT 판 이론에 기초하여 Hamilton 원리에 의하여 유도하였다. 평판의 경계면에서 발생하는 제어력과 제어 모멘트는 비례제어 및 속도제어 로직에 의하여 적용되었다. 전자기장과 열 하중, 그리고 압전효과가 복합재료 평판의 동특성에 미치는 영향에 대하여 고찰하고, 압전효과 및 복합재료의 섬유각 변화를 통하여 복합재 구조물의 동특성을 효과적으로 제어 가능함을 확인하였다.
Continuum manipulators as a kind of mechanical arms are useful tools in special robotic applications. In medical applications, like colonoscopy, a maneuverable thin and flexible manipulator is required. This research is focused on developing a basic module for such an application using shape memory alloys (SMA). In the structure of the module three wires of SMA are uniformly distributed and attached to the circumference of a flexible tube. By activating wires, individually or together, different rotation regimes are provided. SMA model is used based on Brinson work. The SMA model is combined to model of flexible tube to provide a composite model of the module. Simulating the model in Matlab provided a platform to be used to develop controller. Complex and nonlinear behavior of SMA make the control problem hard especially when a few SMA actuators are active simultaneously. In this paper, position control of the two degree of freedom module is under focus. An experimental control strategy is developed to regulate a desired position in the module. The simulation results present a reasonable performance of the controller. Moreover, the results are verified through experiments and show that the continuum module of this paper would be used in real modular manipulators.
Over recent years, the interest for vegetables and fruits in all seasons and places has much increased, from where diverse countries have directed to the commercial production in greenhouse. In this article, we propose an algorithm based on wireless sensor network technologies that monitor the microclimate inside a greenhouse and linear equations model for optimization plant production and material cost. Moreover, we also suggest a novel design of an intelligent greenhouse. We validate our algorithms with simulations on a benchmark based on experimental data made at lNRA of Montfavet in France. Finally, we calculate the statistical estimators RMSE, TSSE, MAPE, EF and R2. The results obtained are promising, which shows the efficiency of our proposed system.
This paper investigates the design of a perfect point load actuator based on flat triangular piezoelectric patches. Applying a difference of electric potential between the electrodes of a triangular patch leads to point loads at the tips and distributed moments along the edges of the electrodes. The previously derived analytical expressions of these forces show that they depend on two factors: the width over height (b/l) ratio of the triangle, and the ratio of the in-plane piezoelectric properties ($e_{31}/e_{32}$) of the active layer of the piezoelectric patch. In this paper, it is shown that by a proper choice of b/l and of the piezoelectric properties, the moments can be cancelled, so that if one side of the triangle is clamped, a perfect point load actuation can be achieved. This requires $e_{31}/e_{32}$ to be negative, which imposes the use of interdigitated electrodes instead of continuous ones. The design of two transducers with interdigitated electrodes for perfect point load actuation on a clamped plate is verified with finite element calculations. The first design is based on a full piezoelectric ceramic patch and shows superior actuation performance than the second design based on a piezocomposite patch with a volume fraction of fibres of 86%. The results show that both designs lead to perfect point load actuation while the use of an isotropic PZT patch with continuous electrodes gives significantly different results.
Preumont, Andre;Voltan, Matteo;Sangiovanni, Andrea;Mokrani, Bilal;Alaluf, David
Smart Structures and Systems
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제18권1호
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pp.31-52
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2016
The paper first reviews the theory of active tendon control with decentralized Integral Force Feedback (IFF) and collocated displacement actuator and force sensor; a formal proof of the formula giving the maximum achievable damping is provided for the first time. Next, the potential of the control strategy for the control of suspension bridges with active stay cables is evaluated on a numerical model of an existing footbridge; several configurations are investigated where the active cables connect the pylon to the deck or the deck to the catenary. The analysis confirms that it is possible to provide a set of targeted modes with a considerable amount of damping, reaching ${\xi}=15%$. Finally, the control strategy is demonstrated experimentally on a laboratory mock-up equipped with four control stay cables equipped with piezoelectric actuators. The experimental results confirm the excellent performance and robustness of the control system and the very good agreement with the predictions.
$0.2(PbMg_{1/3}Nb_{2/3}O_3)-0.8(PbZr_{0.475}Ti_{0.525}O_3)$ 조성을 이용하여 $5{\times}5{\times}5mm^3$의 적층형 세라믹 액츄에이터 소자를 tape casting 방법으로 제작하였다. 전극재로서는 Ag-Pd를 이용하여 총 50층의 layer를 적층하였으며, 적층된 액츄에이터를 $1100^{\circ}C$의 온도에서 소결하였다. X-ray diffractometer를 이용하여 제작된 소자와 열화된 소자의 구조적인 특성을 분석하였다. 제작된 소자의 열화 특성을 알아보기 위하여 60 Hz 의 triangular wave를 인가하여 열화전과 후의 p-E hystcresis loop의 변화를 살펴보았으며, 인가된 전압의 변화에 따라서 소자에서 발생되는 양의 열을 측정하였다. 파괴된 소자의 파단면에 대한 SEM 분석을 통하여 소자의 파괴 메카니즘을 알아보도록 하였다. 이로부터 전기적 기계적 열화가 소자의 동작에 미치는 영향에 대해서 알아 보았다.
This paper presents a network-based traction control system(TCS), where several electric control units (ECUs) are connected by a controller area network(CAN) communication system. The control system consists of four ECUs: the electricthrottle controller, the transmission controller, the engine controller and the traction controller. In order to validate the traction control algorithm of the network-based TCS and evaluate its performance, a Hardware-In-the-Loop Simulation(HILS) environment was developed. Herein we propose a new concept of the HILS environment called the network-based HILS(Net-HILS) for the development and validation of network-based control systems which include smart sensors or actuators. In this study, we report that we have designed a network-based TCS, validated its algorithm and evaluated its performance using Net-HILS.
Deposition of PZT with UV laser ablatio was applied for realization of thin film sensors and actuators. Deposition rate of more than 20nm/min was attained by pulsed KrF excimer laser deposition, which is fairly better than those obtained by the other methods. Perovskite phase was obtained at room temperature deposition with Fast Atom Beam(FAB) treatment and annealing. Smart MEMS(Micro electro-mechanical system) is now a suject of interest in the field of micro optical devices, micro pumps, AFM cantilever devices etc. It can be fabricated by deposition of PZT thin films and micromachining. PZT films of more than 1 micron thickness is difficult to obtain by conventional methods. This is the reason why we applied excimer laser ablation for thin film deposition. The remanent polarization Pr of 700nm PZT thin film was measured, and the relative dielectric constant was determined to about 900 and the dielectric loss tangent was also measured to be about 0.04. XRD analysis shows that, after annealing at 650 degrees C in 1 hour, the perovskite structure would be formed with some amount of pyrochlore phase, as is the case of the annealing at 750 degrees C in 1 hour.
Considerable achievements in developing structural regulators as an important method for vibration control have been made over the last few decades. The use of large quantities of cables in traditional wired control systems to connect sensors, controllers, and actuators makes the structural regulators complicated and expensive. A wireless decentralized control experimental platform based on Wi-Fi unit is designed and implemented in this study. Centralized and decentralized control strategies as sample controllers are employed in this control system. An optimal control algorithm based on Kalman estimator is embedded in the dSPACE controller and the DSP controller. To examine the performance of this control scheme, a three-story steel structure is developed with active mass dampers installed on each floor as the wireless communication platform. Experimental results show that the wireless decentralized control exhibits good control performance and has various potential applications in industrial control systems. The proposed experimental system may become a benchmark platform for the validation of the corresponding wireless control algorithm.
Smart gels have recently associated with photonic crystals to form photonic gels. Since these photonic gels are capable of reversibly converting the volume change of gels induced in response to external chemical or electric stimuli into characteristic optical signals, they have been considered not only as a good platform for label-free chemical or biological detection, actuators or optical switches but also as a good model system to investigate gel swelling behaviour. Recently, we reported block copolymer photonic gels self-assembled from polystyrene-b-poly(2-vinyl pyridine) (PS-b-P2VP) block copolymers, and demonstrated that selective swelling of lamellar structure allows extremely large tunability of the photonic stop band from UV region to IR region ($\lambda$ peak=350~1,600 nm). Herein we report block copolymer photonic gels which exhibit strong tunable optical hysteresis and their applications. As nonlinear responses in swelling of hydrogels were often observed, photonic gels exhibit optical hysteresis with change of external pH. We demonstrate such optical hysteresis can be precisely programmed by controlling ion-pairing affinity. We anticipate that photonic gels with carefully tunned optical hysteresis are applicable to optical memory devices.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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