For vibration control of civil structures, especially large civil structures, one of the important issues is how to place a minimal number of actuators and sensors at their respective optimal locations to achieve the predetermined control performance. In this paper, a methodology is presented for the determination of the minimal number and optimal location of actuators and sensors for vibration control of building structures under earthquake excitation. In the proposed methodology, the number and location of the actuators are first determined in terms of the sequence of performance index increments and the predetermined control performance. A multi-scale response reconstruction method is then extended to the controlled building structure for the determination of the minimal number and optimal placement of sensors with the objective that the reconstructed structural responses can be used as feedbacks for the vibration control while the predetermined control performance can be maintained. The feasibility and accuracy of the proposed methodology are finally investigated numerically through a 20-story shear building structure under the El-Centro ground excitation and the Kobe ground excitation. The numerical results show that with the limited number of sensors and actuators at their optimal locations, the predetermined control performance of the building structure can be achieved.
This paper numerically investigates the feasibility of an active mass damper (AMD) system using the time delay control (TDC) algorithm, which is one of the robust and adaptive control algorithms, for effectively suppressing the excessive vibration of a building structure under wind loading. Because of its several attractive features such as the simplicity and the excellent robustness to unknown system dynamics and disturbance, the TDC algorithm has the potential to be an effective control system for mitigating the vibration of civil engineering structures such as buildings and bridges. However, it has not been used for structural response reduction yet. In this study, therefore, the active control method combining an AMD system with the TDC algorithm is first proposed in order to reduce the wind-induced vibration of a building structure and its effectiveness is numerically examined. To this end, its stability analysis is first performed; and then, a series of numerical simulations are conducted. It is demonstrated that the proposed active structural control system can effectively reduce the acceleration response of the building structure.
Since slender structures such as utility poles, radio masts, and chimneys, are essentially statically determinate structures, they often collapse during earthquakes. Although vibration control is the most logical method for improving the earthquake resistance of such structures, there are many practical problems with its implementation due to their very long natural vibration period. This paper proposes a new vibration control device to effectively prevent the collapse of slender structures subjected to strong earthquakes. The device consists of a pendulum, an elastic restraint and a lever, and is designed such that when it is attached to a slender structure, the second vibration mode of the structure corresponds to the first vibration mode of the same structure without the device attached. This is highly effective in causing the transverse motions of the device and the structure to oppose each other and so reduce the overall transverse vibration during an earthquake. In the present paper, the effectiveness of the vibration control device is first evaluated based on laboratory experiments and numerical studies. An example of applying the device to a tall chimney is then simulated. A new dynamic analytical method for slender structures with abrupt rigidity variations is then proposed.
본 논문에서는 전기장 강도에 따라 댐핑력 조율이 가능한 ER댐퍼를 이용하여 유연구조물의 진동제어를 수행하였다. 아라빅 검 ER유체를 자체 조성한 후 전단 모드하에서의 빙햄모델을 실험적으로 도출하고, 이를 근거로 알맞은 크기의 ER댐퍼를 설계제작하였다. ER댐퍼를 장착한 양단고정형 유연구조물시스템을 구성하고, 제어기 설계를 위한 운동지배 방정식과 경계조건을 도출하였다. 시스템변수중 실제시스템에서 쉽게 발생할 수 있는 고유진동수와 감쇠비를 불확실 변수로 고려하여 슬라이딩모드 제어기를 설계하였다. 정현파와 랜덤가진에 대한 제안된 제어시스템의 우수한 진동제어 효과를 컴퓨터 시뮬레이션과 실험을 통하여 입증하였다.
A linear motor damper based on the linear motor principle is developed to suppress structural vibration. This paper deals with the design, analysis, and manufacture of the linear motor damper. It is designed to be able to move the auxiliary mass of 1500kg, up to $\pm250mm$ stroke. The control algorithm was designed based on LQG control logic with acceleration feedback. Through performance tests, it was confirmed that the developed hybrid mass damper has reliable feasibility as a control device for structural control. In addition, the linear motor damper is more economical than both hydraulic and electric motor driving mass damper with respect to simple structure and low maintenance cost. A series of performance tests of the linear motor damper system were carried out on the full-scale steel frame structure in UNISON Corporation. Through the performance tests, it was confirmed that acceleration levels are reduced down 10dB for first mode of structure
Shape control of flexible structures using piezoelectric materials has attracted much attention due to its wide applications in controllable systems such as space and aeronautical engineering. The major work in the field is to find a best control voltage or an optimal placement of the piezoelectric actuators in order to actuate the structure shape as close as possible to the desired one. The current research focus on the investigation of static shape control of intelligent shells using spatially distributed piezoelectric curve beam actuators. The finite element formulation of the piezoelectric model is briefly described. The piezoelectric curve beam element is then integrated into a collocated host shell element by using nodal displacement constraint equations. The linear least square method (LLSM) is employed to get the optimum voltage distributions in the control system so that the desired structure shape can be well matched. Furthermore, to find the optimal placement of the piezoelectric curve beam actuators, a genetic algorithm (GA) is introduced in the computation model as well as the consideration of the different objective functions. Numerical results are given to demonstrate the validity of the theoretical model and numerical algorithm developed.
Many types of tuned mass dampers (TMDs), such as active TMDs, multiple TMDs, hybrid TMDs etc., have been studied to effectively reduce the dynamic responses of a structure subjected to various types of dynamic loads. In this study, we replace a passive damper by a semi-active tuned mass damper to improve the control performance of conventional TMDs (STMD). An idealized variable damping device is used as semi-active dampers. These semi-active dampers can change the properties of TMDs in real time based on the dynamic responses of a structure. The control performance of STMD is investigated with respect to various types of excitation by numerical simulation. Groundhook control algorithm is used to appropriately modulate the damping force of semi-active dampers. The control effectiveness between STMD and a conventional passive TMD, both under harmonic and random excitations, is evaluated and compared for a single-degree-of-freedom (SDOF) structure. Excitations are applied to the structure as a dynamic force and ground motion, respectively. The numerical studies showed that the control effectiveness of STMD is significantly superior to that of the passive TMD, regardless of the type of excitations.
A hybrid vibration control scheme using ER fluid and PZT patches is proposed. Dynamic characteristics of the beam embedded with the ER fluid can be controled by changing the strength of the electric field applied on the ER fluid, thus provides a mean to avoid the resonance. It was found that active vibration control of the structure embedded with ER fluid failed to suppress the vibration excited with broad band frequency due to the limited change of the dynamic characteristics of the structure. To compensate this limited effect of the control scheme with ER fluid alone, PPF control using PZT patches as sensors and actuators is added to construct a hybrid controller. Experimental results suggests that proposed hybrid controller is effective to suppress the additional resonance vibration that appears when each controller is used alone.
A multi d.o.f robotic manipulator is considered for multi-axis vibration control of a slender structure, using the concept of the flow source based vibration control. In order not to cause the motion saturation of the manipulator system, a hybrid dynamics associated with the flexible and desired manipulator error dynamics is also modeled as the control object. It is numerically shown that the flexible vibrations and the base motions of a test structure can be effectively controlled with the proposed hybrid dynamics.
A control structure is introduced for the purpose of rejecting periodic (or repetitive) disturbances on a tracking system. The objective of the proposed structure is to drive the output of the system to the reference input that will result in perfect following without any changing the inner configuration of the system. The structure includes an adaptation block which learns the dynamics of the periodic disturbance and forces the interferences, caused by disturbances, on the output of the system to be reduced. Since the control structure acquires the dynamics of the disturbance by on-line adaptation, it is possible to generate control signals that reject any slowly varying time-periodic disturbance provided that its amplitude is bounded. The artificial neural network is adopted as the adaptation block. The adaptation is done at an on-line process. For this , the real-time recurrent learning (RTRL) algoritnm is applied to the training of the artificial neural network.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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