메가골조시스템은 사용되는 구조재료를 절약하면서도 구조물의 강성을 효과적으로 높일 수 있는 장점 때문에 고층건물의 설계에 많이 사용되고 있다. 이러한 메가골조시스템이 주로 적용되고 있는 초고층건물의 구조설계에서는 횡하중에 대한 거주자의 불안감을 최소화시키는 것이 주요한 관심사중의 하나이다. 따라서 본 연구에서는 메가골조구조물의 사용성을 향상시키기 위한 방법으로 일반적인 수동 TMD의 제어성능을 개선한 준능동 TMD(STMD)를 사용하였다. 이를 위하여 TMD에서 일반적으로 사용되고 있는 수동감쇠기 대신 준능동 MR 감쇠기를 사용하여 STMD를 구성하였다. 메가골조구조물의 일반적인 유한요소해석모델은 매우 많은 수의 자유도로 구성되어 있기 때문에 원형모델을 사용하여 STMD의 제어성능을 검토하는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서 메가골조구조물의 동적 거동을 정확하게 표현할 수 있는 최소한의 자유도를 가진 응축모델을 행렬응축기법을 이용하여 제안하였다. 또한 일반적인 행렬응축기법의 효율성을 향상시키기 위하여 메가골조구조물의 특성을 활용한 다단계 행렬응축기법을 제안하였다. 본 연구에서 제안된 응축모델을 사용한 제어의 효율성과 정확성 및 메가골조구조물에 대한 STMD의 제어성능을 예제해석을 통하여 검증하였다.
Wang, Han;Li, Luyu;Song, Gangbing;Dabney, James B.;Harman, Thomas L.
Smart Structures and Systems
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제16권2호
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pp.329-345
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2015
As commonly known, sensor errors and faulty signals may potentially lead structures in vibration to catastrophic failures. This paper presents a new approach to deal with sensor errors/faults in vibration control of structures by using the Fault detection and isolation (FDI) technique. To demonstrate the effectiveness of the approach, a space truss structure with semi-active devices such as Magneto-Rheological (MR) damper is used as an example. To address the problem, a Linear Matrix Inequality (LMI) based fixed-order $H_{\infty}$ FDI filter is introduced and designed. Modeling errors are treated as uncertainties in the FDI filter design to verify the robustness of the proposed FDI filter. Furthermore, an innovative Fuzzy Fault Tolerant Controller (FFTC) has been developed for this space truss structure model to preserve the pre-specified performance in the presence of sensor errors or faults. Simulation results have demonstrated that the proposed FDI filter is capable of detecting and isolating sensor errors/faults and actuator faults e.g., accelerometers and MR dampers, and the proposed FFTC can maintain the structural vibration suppression in faulty conditions.
Offshore structures are subjected to wave, wind, and earthquake loads. The failure of offshore structures can cause sea pollution, as well as losses of property and lives. Therefore, safety of the structure is an important issue. The reduction of the dynamic response of offshore towers, subjected wind generated random ocean waves, is a critical problem with respect to serviceability, fatigue life and safety of the structure. In this paper, a structural control method is proposed to control the vibration of offshore structures by the probabilistic neural network (PNN). The state vectors of the structure and control forces are used for training patterns of the PNN, in which control forces are prepared by linear quadratic regulator (LQR) control algorithm. The proposed algorithm is applied to a fixed offshore structure under random ocean waves. Active control of the fixed offshore structure using the PNN control algorithm shows good results.
실시간 하이브리드 실험법(real-time hybrid testing method)은 구조물의 수치해석부와 실험부 부분구조를 운동방정식으로 통합하여 실시 간으로 동시에 계산과 실험을 수행하는 방법이다 본 연구는 실시간 하이브리드 실험법을 사용하여 수동 및 준능동 MR감쇠기가 설치된 건축구조물의 내진성능을 정량적으로 평가한다. 건물 모델은 실물 크기 5층 건물을 강제진동실험 결과를 통해 식별한 수치모델로 사용하였고, MR감쇠기는 실험적 부분구조르 UTM에 설치되었다. 본 연구에서 수행되는 실시간 하이브리드 실험은 사인파 및 지진파 가진을 통하여 얻은 결과와 전류에 따른 MR감쇠기의 제어력을 이용하여 얻은 Bouc-Wen모델을 사용하여 얻은 해석모델과 일치함으로 그 유효성을 입증하였다. 또한 예비연구로써 구조물의 응답을 최적으로 제어하기 위한 clipped-optimal 제어알고리즘과 modulated homogeneous friction 준능동 제어알고리즘을 MR감쇠기에 적용하였다. 각 전류별 Bouc-Wen모델을 곡선맞춤하여 각각의 Bouc-Wen모델 파라미터를 식별하였으며 그 결과를 준능동 제어알고리즘 수치해석에 적용하였다. 또한 실시간 하이브리드 실험법을 이용한 준능동 제어 실험결과와 해석결과를 비교하여 준능동 제어알고리즘의 성능을 평가함에 있어 실시간 하이브리드 실험이 합리적임을 보여준다.
Mohammed Fasil;R. Sajeeb;Nizar A. Assi;Muhammad K. Rahman
Earthquakes and Structures
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제24권1호
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pp.21-36
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2023
Structural vibrations generated by earthquakes and wind loads can be controlled by varying the structural parameters such as mass, stiffness, damping ratio, and geometry and providing a certain amount of passive or active reaction forces. A Double-Tuned Mass Dampers (DTMDs) system, which is simple and more effective than the conventional single tuned mass damper (TMD) system for vibration mitigation is presented. Two TMDs tuned to the first two natural frequencies were used to control vibrations. Experimental investigations were carried out on a three degrees-of-freedom frame model to investigate the effectiveness of DTMDs systems in controlling displacements, accelerations, and base shear. Numerical models were developed and validated against the experimental results. The validation showed a good match between the experimental and numerical results. The validated model was employed to investigate the behavior of a five degrees-of-freedom shear building structure, wherein mass dampers with different mass ratios were considered. The effectiveness of the DTMDs system was investigated for harmonic, seismic, and white noise base excitations. The proposed system was capable of significantly reducing the story displacements, accelerations, and base shears at the first and second natural frequencies, as compared to conventional single TMD.
Nowadays fuzzy logic in control applications is a well-recognized alternative, and this is thanks to its inherent advantages. Generalized type-2 fuzzy sets allow for a third dimension to capture higher order uncertainty and therefore offer a very powerful model for uncertainty handling in real world applications. With the recent advances that allowed the performance of general type-2 fuzzy logic controllers to increase, it is now expected to see the widespread of type-2 fuzzy logic controllers to many challenging applications in particular in problems of structural control, that is the case study in this paper. It should be highlighted that this is the first application of general type-2 fuzzy approach in civil structures. In the following, general type-2 fuzzy logic controller (GT2FLC) will be used for active control of a 9-story nonlinear benchmark building. The design of type-1 and interval type-2 fuzzy logic controllers is also considered for the purpose of comparison with the GT2FLC. The performance of the controller is validated through the computer simulation on MATLAB. It is demonstrated that extra design degrees of freedom achieved by GT2FLC, allow a greater potential to better model and handle the uncertainties involved in the nature of earthquakes and control systems. GT2FLC outperforms successfully a control system that uses T1 and IT2 FLCs.
Weber, Felix;Huber, Peter;Spensberger, Simon;Distl, Johann;Braun, Christian
국제초고층학회논문집
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제8권2호
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pp.117-123
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2019
Tall buildings are prone to wind-induced vibrations due to their slenderness whereby peak structural accelerations may be higher than the recommended maximum value. The common countermeasure is the installation of a tuned mass damper (TMD) near the highest occupied floor. Due to the extremely large modal mass of tall buildings and because of the narrow to broad band type of wind excitation the TMD mass may become inacceptable large - in extreme cases up to 2000 metric tons. It is therefore a need to develop more efficient TMD concepts which provide the same damping to the building but with reduced mass. The adaptive TMD concept described in this paper represents a solution to this problem. Frequency and damping of the adaptive TMD are controlled in real-time by semi-active oil dampers according to the actual structural acceleration. The resulting enhanced TMD efficiency allows reducing its mass by up to 20% compared to the classical passive TMD. The adaptive TMD system is fully fail-safe thanks to a smart valve system of the semi-active oil dampers. In contrast to active TMD solutions the adaptive TMD is unconditionally stable and its power consumption on the order of 1 kW is negligible small as controllable oil dampers are semi-active devices. The adaptive TMD with reduced mass, stable behavior and lowest power consumption is therefore a preferable and cost saving damping tool for tall buildings.
제어이론분야에서의 발전은 그러한 이론을 다방면으로 응요할 수 있는 분야를 더더욱 폭넓게 제공해 주고 있다. 자동화와 관련된 분야뿐만 아니라, 건축 및 토목분야에서도 고도의 제어어이론을 응용한 예를 쉽게 접할 수 있게 되었으며, 지진동에 의한 구조물의 진동을 억제하려는 방책이 그 ??ㅣ다. 이에 관한 많은 연구에서도 알 수 있듯이, 일반적으로 구조물의 수학적 모델에만 의존하여, 즉 구조물의 설계파라미터는 이미 설계되어져 있다는 가정하에 제어계를 설계하고 있다. 그러나 이러한 설계법에 있어서는 설계자로 하여금 구조물의 설계파라미터를 조정할 수 있는 자유도는 전혀 주어지지 않게 되며 단지 제어계의 파라미터를 조정하는 자유도만 허용된다. 이러한 문제점을 극복하기 위해 구조계 및 제어기의 설계파라미터를 동시에 조절할 수 있는 자유도가 허용되는 '구조계/제어계의 동시 최적화' 기법이 있다. 따라서 본 논문에서는 교량의 주탑 및 해양구조물 등의 진동제어 문제에 이러한 설계기법을 이용하여 주어진 설계사양을 만족하도록 구조계 및 제어계의 파라미터를 최적화 한다. 특히 본 논문에서는 제어계 설계 문제에 있어서의 일반적인 경우를 고려하여 상태의 일부가 관측된다고 가정하고 출력피드백의 경우에 대해 고찰하고 있다. 이때의 설계사양은 선형행렬부등식(LMI)으로 주어지며, 실험을 통하여 본 논문에서 소개하는 설계기법의 유효성을 검증한다.
This paper aims at demonstrating the feasibility of active control of beams with a multiobjective state-feedback control technique. The multiobjective state-feedback controller is designed on a linear matrix inequality (LMI) approach for the multiobjective synthesis. The design objectives are to achieve a mix of Hoo performance and H2 performance satisfying constraints on the closed-loop pole locations in the face of model uncertainties. The controller is also designed to reject the effects of the noise and external of disturbances. For the theoretical analysis, the governing equation of motion is derived by Hamilton's principle to describe the dynamics of a smart structural system. Numerical examples are presented to demonstrate the effectiveness of the integrated robust controller in damping out the multiple vibration modes of the piezo/beam system.
This is a review paper on mathematical modeling of actively controlled piezo smart structures. Paper has four sections to discuss the techniques to: (i) write the equations of motion (ii) implement sensor-actuator design (iii) model real life environmental effects and, (iv) control structural vibrations. In section (i), methods of writing equations of motion using equilibrium relations, Hamilton's principle, finite element technique and modal testing are discussed. In section (ii), self-sensing actuators, extension-bending actuators, shear actuators and modal sensors/actuators are discussed. In section (iii), modeling of thermal, hygro and other non-linear effects is discussed. Finally in section (iv), various vibration control techniques and useful software are mentioned. This review has two objectives: (i) practicing engineers can pick the most suitable philosophy for their end application and, (ii) researchers can come to know how the field has evolved, how it can be extended to real life structures and what the potential gaps in the literature are.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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