This paper presents a framework of nonlinear dynamic analysis of a low-speed moving maglev (magnetically levitated) vehicle subjected to cross winds and controlled using a clipped-LQR actuator with time delay compensation. A four degrees-of-freedom (4-DOFs) maglev-vehicle equipped with an onboard PID (Proportional-Integral-Derivative) controller traveling over guideway girders was developed to regulate the electric current and control voltage. With this maglev-vehicle/guideway model, dynamic interaction analysis of a low-speed maglev vehicle with guideway girders was conducted using an iterative approach. Considering the time-delay issue of unsynchronized tuning forces in control process, a clipped-LQR actuator with time-delay compensation is developed to improve control effectiveness of lateral vibration of the running maglev vehicle in cross winds. Numerical simulations demonstrate that although the lateral response of the maglev vehicle moving in cross winds would be amplified significantly, the present clipped-LQR controller exhibits its control performance in suppressing the lateral vibration of the vehicle.
Over the past twenty years, the concept of structural control has been investigated for the application to large civil engineering structures. At the early years, passive control systems, such as tuned mass damper(TMD) and tuned liquid mass bamper(TLD), have been utilized to reduce the wind induced vibrations of tall buildings, decks and pylons of long-span bridges. More recently, the active control concept has been applied to reducing the structural vibration and increasing the human comfortness in tall buildings during strong wind. In this study, the effectiveness of the active tuned mass damper(ATMD) has been investigated for reducing vibration of large structures during strong earthquake. Stochastic optimal control theory has been employed. Example analyses are carried out through analytical simulation studies.
A particle tuned mass damper (PTMD) system is the combination of a traditional tuned mass damper (TMD) and a particle damper (PD). This paper presents the results of an experimental and analytical study of the damping performance of a PTMD attached to the top of a benchmark model under wind load excitation. The length ratio of the test model is 1:200. The vibration reduction laws of the system were explored by changing some system parameters (including the particle material, total auxiliary mass ratio, the mass ratio between container and particles, the suspending length, and wind velocity). An appropriate analytical solution based on the concept of an equivalent single-unit impact damper is presented. Comparison between the experimental and analytical results shows that, with the proper use of the equivalent method, reasonably accurate estimates of the dynamic response of a primary system under wind load excitation can be obtained. The experimental and simulation results show the robustness of the new damper and indicate that the damping performance can be improved by controlling the particle density, increasing the amount of particles, and aggravating the impact of particles etc.
Seismic Isolation and Shock/vibration Control Laboratory has performed the National Research Laboratory(NRL) project, 'Design and Application of Control Devices against Earthquake/Shock/Vibration'. In this project, the prototypes of the vibration control devices for structural control against earthquake and wind were developed and verified their performances. And also, the computer programs were developed for the seismic response analysis and the optimum design of the base-isolated structures with vibration control devices. This paper introduces the developed vibration control devices and computer programs.
In this inquisition, a passive damper namely Stockbridge Damper (SBD) has been introduced to the field of vibration control of Offshore Wind Turbine (OWT) to reduce the earthquake excitations. The dynamic responses of the structure have been analyzed for three recorded earthquakes and the responses have been assessed. To find an optimum SBD, the parameters of damper have been optimized using Response Surface Methodology (RSM) based on Box-Behnken Design (BBD) and Particle Swarm Optimization (PSO). The influence of the design variables of SBD such as the diameter of messenger cable, the length of messenger cable and logarithmic decrement of the damping has been investigated through response variables such as maximum displacement, RMS displacement and frequency amplitude of structure under an artificially generated white noise. After that, the structure with optimized and non-optimized damper has been analyzed with under the same earthquakes. Moreover, the comparative results show that the structure with optimized damper is 11.78%, 18.71%, 11.6% and 7.77%, 7.01%, 10.23% more effective than the structure with non-optimized damper with respect to the displacement and frequency response under the earthquakes. The results show that the SBD can obviously affect the characteristics of the vibration of the OWT and RSM based on BBD and PSO approach can provide an optimum damper.
In this study, the method of designing the flexible wing model which will be used for wind tunnel testing of gust response alleviation system was presented. The design concept proposed herein was validated by performing the modal testing of the flexible wing model manufactured for demonstration purpose. In addition, the study on the gust response alleviation using flexible wing control surface was performed. For this purpose, optimal control with output feedback was adopted for designing the control surface controller, and the effects of gust response alleviation was validated by performing the numerical simulation for the representative flexible wing model. The methods proposed and validated in this study can be applied for wind tunnel testing of the flexible wing for gust response alleviation.
Tuned mass dampers (TMDs) have been installed in many high-rise buildings, to improve their resiliency under dynamic loads. However, high-rise buildings may experience natural frequency changes under ambient temperature fluctuations, extreme wind loads and relative humidity variations. This makes the design of a TMD challenging and may lead to a detuned scenario, which can reduce significantly the performance. To alleviate this problem, the current paper presents a proposed approach for the design of a robust and efficient TMD. The approach accounts for the uncertain natural frequency, the optimization objective and the input excitation. The study shows that robust design parameters can be different from the optimal parameters. Nevertheless, predetermined optimal parameters are useful to attain design robustness. A case study of a high-rise building is executed. The TMD designed with the proposed approach showed its robustness and effectiveness in reducing the responses of high-rise buildings under multidirectional wind. The case study represents an engineered design that is instructive. The results show that shear buildings may be controlled with less effort than cantilever buildings. Structural control performance in high-rise buildings may depend on the shape of the building, hence the flow patterns, as well as the wind direction angle. To further increase the performance of the robust TMD in one lateral direction, active control using LQG and fuzzy logic controllers was carried out. The performance of the controllers is remarkable in enhancing the response reduction. In addition, the fuzzy logic controller may be more robust than the LQG controller.
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.
In the development of electricity generating wind turbines for wind farm application, only two types have survived as the methods of power regulation; stall regulation and full span pitch control. The main purpose of this paper is to experimentally identify the characteristics of noise emission of wind turbines according to the power regulation types. The sound measurement procedures of IEC 61400-11 are applied to field test and evaluation of noise emission from each of 1.5 MW and 660 kW wind turbines (WT) utilizing the stall regulation and the pitch control for the power regulation, respectively. Apparent sound power level, wind speed dependence, third-octave band levels and tonality are evaluated for both of WTs. It is observed that equivalent continuous sound pressure levels (ECSPL) of the stall control type of WT continue to increase with increasing wind speed whereas those of the pitch control type of WT show less correlation with wind speed. These observed characteristics are believed to be due to the different airflow patterns around the blade between the stall regulation and the pitch control types of WT; the airflow on the suction side of blade in the stall types of WT are separated at the high wind speed. It is also found that the 1.5 MW WT using the stall control emits lower sound power than 660 kW one using the pitch control at wind speeds below 8m/s, whereas sound power of the former becomes higher than that of the latter in the wind speed over 8m/s. This wind-speed dependence of sound power leads to the very different noise omission characteristics of WTs depending on the seasons because the average wind speed in summer is lower than 8m/s whereas that in summer is higher. Based on these experimental observations, it is proposed that, in view of environmental noise regulation, the developer of wind farm should give enough considerations to the choice of power regulation of their WTG based on the weather conditions of potential wind farm locations.
In this paper, an experimental study was carried out for vibration control of cable bridges with structurally flexible characteristics. For the experiment on vibration control, a model bridge was constructed by reducing the Seohae Grand Bridge and the shear type MR damper was designed using the wind load response measured at Seohae Grand Bridge. The shear type MR damper was installed in the vertical direction at the middle span of the model bridge, and dynamic modeling was performed using the power model. The tests of the vibration control were carried out by non-control, passive on/off control and Lyapunov control method on model bridge with scaled wind load response. The performance of the vibration control was evaluated by calculating absolute maximum displacement, RMS displacement, absolute maximum acceleration, RMS acceleration, and size of applied power using the response (displacement, acceleration, etc.) from the model bridge. As a result, the power model was effective in simulating the nonlinear behavior of the MR damper, and the Lyapunov control method using the MR damper was able to control the vibration of the structure and reduce the size of the power supply.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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