Wireless smart sensors, which have become popular for monitoring applications, are an attractive option for implementing structural control systems, due to their onboard sensing, processing, and communication capabilities. However, wireless smart sensors pose inherent challenges for control, including delays from communication, acquisition hardware, and processing time. Previous research in wireless control, which focused on semi-active systems, has found that sampling rate along with time delays can significantly impact control performance. However, because semi-active systems are guaranteed stable, these issues are typically neglected in the control design. This work achieves active control with smart sensors in an experimental setting. Because active systems are not inherently stable, all the elements of the control loop must be addressed, including data acquisition hardware, processing performance, and control design at slow sampling rates. The sensing hardware is shown to have a significant impact on the control design and performance. Ultimately, the smart sensor active control system achieves comparable performance to the traditional tethered system.
This paper proposes an optimum, problematic design for structural and control systems, taking a 3-D truss structure as an example. The structure is subjected to initial static loads and time-varying disturbances. The structure is controlled by a state feedback H$_{\infty}$ controller which suppress the effects of disturbances. The design variables are the cross sectional areas of truss members. The structural objective function is the structural weight. For the control objective, we consider two types of performance indices, The first function represents the effect of the initial loads. The second function is the norm of the feedback gain, These objective functions are in conflict with each other but are transformed into one control objective by the weighting method. The structural objectives is treated as the constraint, By introducing the second control objective which considers the magnitude of the feedback gain, we can create a design to model errors.
Post-earthquake damages investigation in past and recent earthquakes has illustrated that the ground motion spatial variation plays an important role in the structural response of long span bridges. For the structural control of seismic-induced vibrations of cable-stayed bridges, it is extremely important to include the effects of the ground motion spatial variation in the analysis for design of an effective control system. The feasibility and efficiency of different vibration control strategies for the cable-stayed bridge under multiple support excitations have been examined to enhance a structure's ability to withstand earthquake excitations. Comparison of the response due to non-uniform input ground motion with that due to uniform input demonstrates the importance of accounting for spatial variability of excitations. The performance of the optimized designed control systems for uniform input excitations gets worse dramatically over almost all of the evaluation criteria under multiple-support excitations.
Active control of sound radiation(using active structural acoustic control) from a vibrating rectangular plate by a steady-state harmonic point force disturbance is experimentally studied. Control structural input are achieved by two piezoceramic actuators bonded to the surface of the panel. Two accelerometers are implemented as error sensors. Estimated radiated sound signals using vibro-acoustic path transfer function are used as error signals. The vibro-acoustic path transfer function represents system between accelerometers and microphones. The control approach are based on a multi-channel filtered-x LMS algorithm. The results demonstrate that attenuation of sound levels of 3dB, 13dB are achieved.
The construction of an experimental nonlinear structural model with little cost and unlimited repeatability for vibration control study represents a challenging task, especially for material nonlinearity. This paper reports the design, analysis and vibration control of a nonlinear structural experiment platform with adjustable hinges. In our approach, magnetorheological rotary brakes are substituted for the joints of a frame structure to simulate the nonlinear material behaviors of plastic hinges. For vibration control, a separate magnetorheological damper was employed to provide semi-active damping force to the nonlinear structure. A dynamic neural network was designed as a state observer to enable the feedback based semi-active vibration control. Based on the dynamic neural network observer, an adaptive fuzzy sliding mode based output control was developed for the magnetorheological damper to suppress the vibrations of the structure. The performance of the intelligent control algorithm was studied by subjecting the structure to shake table experiments. Experimental results show that the magnetorheological rotary brake can simulate the nonlinearity of the structural model with good repeatability. Moreover, different nonlinear behaviors can be achieved by controlling the input voltage of magnetorheological rotary damper. Different levels of nonlinearity in the vibration response of the structure can be achieved with the above adaptive fuzzy sliding mode control algorithm using a dynamic neural network observer.
Jenchung Shao;M. Nasir Noor;P. Ken;Chuho Chang;R. Wang
Structural Engineering and Mechanics
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v.89
no.2
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pp.213-223
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2024
This paper proposes a composite design of fuzzy adaptive control scheme based on TMD RC structural system and the gain of two-dimensional fuzzy control is controlled by parameters. Monitoring and learning in LMI then produces performance indicators with a weighting matrix as a function of cost. It allows to control the trade-off between the two efficiencies by adjusting the appropriate weighting matrix. The two-dimensional Boost control model is equivalent to the LMI-constrained multi-objective optimization problem under dual performance criteria. By using the proposed intelligent control model, the fuzzy nonlinear criterion is satisfied. Therefore, the data connection can be further extended. Evaluation of controller performance the proposed controller is compared with other control techniques. This ensures good performance of the control routines used for position and trajectory control in the presence of model uncertainties and external influences. Quantitative verification of the effectiveness of monitoring and control. The purpose of this article is to ensure access to adequate, safe and affordable housing and basic services. Therefore, it is assumed that this goal will be achieved in the near future through the continuous development of artificial intelligence and control theory.
Kim, Jong-Kyu;Park, Young-Chul;Kim, Young-Jun;Lee, Kwon-Hee
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.11
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pp.1225-1232
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2009
This study suggests a structural design process for the upper control arm installed at a vehicle. Static strength and durability are the most important responses in the structural design of a control arm. This study considers the static strength in the optimization process. The inertia relief method for FE analysis is utilized to simulate the static loading conditions. According to the classification of structural optimization, the structural design of a control arm is included in the category of shape optimization. In this study, the metamodel technique using the kriging method is adopted to obtain the minimum weight satisfying the strength constraint. Then, the final design is suggested by considering the durability criteria. The durability assessment is obtained by the index of fatigue durability called the SWT (Smith-Watson-Topper) index. The final optimum shape has been proposed by trial and error method.
This paper describes the evaluation of structural integrity and dynamic characteristic of inertial load test equipments for performance test of railway vehicle propulsion control system. The propulsion control system of railway vehicle has to be confirmed of safety and reliability prior to it's application. Therefore, inertial load test equipments were designed through theoretical equation for performance test of propulsion control system. The structural analysis of inertial load test equipments was conducted using Ansys v11.0 and it's dynamic characteristic was evaluated the designed using Adams. The results showed that the structural integrity of inertial load test equipment was satisfied with a safety factor of 10.2. Also, the structural stability was proved by maximum dynamic displacement of 0.82mm.
This study describes structural reliability analysis of actively-controlled structure for which random vibration analysis is incorporated into the first-order reliability method (FORM) framework. The existing approaches perform the reliability analysis based on the RMS response, whereas the proposed study uses the peak response for the reliability analysis. Therefore, the proposed approach provides us a meaningful performance measure of the active control system, i.e., realistic failure probability. In addition, it can deal with the uncertainties in the system parameters as well as the excitations in single-loop reliability analysis, whereas the conventional random vibration analysis requires double-loop reliability analysis; one is for the system parameters and the other is for stochastic excitations. The effectiveness of the proposed approach is demonstrated through a numerical example where the proposed approach shows fast and accurate reliability (or inversely failure probability) assessment results of the dynamical active control system against random seismic excitations in the presence of parametric uncertainties of the dynamical structural system.
In this paper, modal control with direct output feedback is formulated in a systematic manner for easy implementation. Its application to the seismic protection of structural systems is verified by a shaking table test, which involves a full-scale building model and an active bracing system as the control device. Two modal control cases, namely, one full-state feedback and one direct output feedback control were tested and compared. The experimental result shows that in mitigating the seismic response of building structures, modal control with direct output feedback can be as effective and efficient as that with full-state feedback control. For practical concerns, the control performance of the proposed method in the presence of sensor noise and stiffness modeling error was also investigated. The numerical result shows that although the control force may be increased, the maximum floor displacements of the controlled structure are very insensitive to sensor noise and modeling error.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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