An improved multi-level(IML) optimization algorithm using automatic differentiation (AD) for multi-objective optimum design of framed structures is proposed in this paper. In order to optimize the steel frames under seismic load, two main objective functions need to be considered for minimizing the structural weight and maximizing the strain energy. For the efficiency of the proposed algorithm, multi-level optimization techniques using decomposition method that separately utilizes both system-level and element-level optimizations and an artificial constraint deletion technique are incorporated in the algorithm. And also to save the numerical efforts, an efficient reanalysis technique through approximated structural responses such as moments, frequencies, and strain energy with respect to intermediate variables is proposed in the paper. Sensitivity analysis of dynamic structural response is executed by AD that is a powerful technique for computing complex or implicit derivatives accurately and efficiently with minimal human effort. The efficiency and robustness of the IML algorithm, compared with a plain multi-level (PML) algorithm, is successfully demonstrated in the numerical examples.
Microgrids (MGs) are typically comprised of distributed generators (DGs) including renewable energy sources (RESs), storage devices and controllable loads, which can operate in either interconnected or isolated mode from the main distribution grid. This paper introduces a novel dynamic programming (DP) approach to MG optimization which takes into consideration the coordination of energy supply in terms of heat and electricity. The DP method has been applied successfully to several cases in power system operations. In this paper, a special emphasis is placed on the uncontrollability of RESs, the constraints of DGs, and the application of demand response (DR) programs such as directed load control (DLC), interruptible/curtaillable (I/C) service, and/or demand-side bidding (DSB) in the deregulated market. Finally, in order to illustrate the optimization results, this approach is applied to a couple of examples of MGs in a certain configuration. The results also show the maximum profit that can be achieved.
An improved optimization algorithm for multi-objective and multi-level (MO/ML) optimum design of steel frames is proposed in this paper. In order to optimize the steel frames under seismic load, two main objective functions need to be considered for minimizing the structural weight and maximizing the strain energy. For the efficiency of the proposed method, well known multi-level optimization techniques using decomposition method that separately utilizes both system-level and element-level optimizations and an artificial constraint deletion technique are incorporated in the algorithm. And also dynamic analysis is executed to evaluate the implicit function of structural strain energy at each iteration step. To save the numerical efforts, an efficient reanalysis technique through sensitivity analysis of dynamic properties is unposed in the paper. The efficiency and robustness of the improved MOML algorithm, compared with a plain MOML algorithm, is successfully demonstrated in the numerical examples.
본 논문은 전기철도차량의 운행시간 여유분을 고려하여 에너지 소비를 최소화하는 경제운전 패턴을 찾는 방안을 제시하였다. 경제최고속도와 타행끝점속도를 주행패턴의 변수로 사용하여 퍼지모델을 구축하고 이를 대상으로 진화 탐색을 적용하여 최적의 경제운전 패턴을 찾아낼 수 있으며, 사례연구를 통해 이를 입증하였다.
Recently many efforts have been carried out on the development of energy-efficient and environment-friendly systems in order to preserve natural environment and to reduce environmental loads in the branch of the urban planning and the building design. In this study, a mathematical method was developed and a numerical analysis was carried out with various parameters to provide substantial data for optimal design and operation of urban energy supply systems. Components of the system and their specifications, such as a co-generation system and other heating and cooling systems, could be obtained through this analysis for various resource and energy requirements in urban area. In this study, the system constituents and operating characteristics, and their economic performances such as the value of objective function, the amount of energy consumption were discussed for various load patterns and power load ratios. Also, it turns out that the optimal energy supply system can save energy by $10{\sim}20%$ in comparison with the conventional energy supply system.
A continuum-based design sensitivity analysis and topology optimization methods are developed for power flow analysis. Efficient adjoint sensitivity analysis method is employed and further extended to topology optimization problems. Young's moduli of all the finite elements are selected as design variables and parameterized using a bulk material density function. The objective function and constraint are an energy compliance of the system and an allowable volume fraction, respectively. A gradient-based optimization, the modified method of feasible direction, is used to obtain the optimal material layout. Through several numerical examples, we notice that the developed design sensitivity analysis method is very accurate and efficient compared with the finite difference sensitivity. Also, the topology optimization method provides physically meaningful results. The developed is design sensitivity analysis method is very useful to systematically predict the impact on the design variations. Furthermore, the topology optimization method can be utilized in the layout design of structural systems.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제18권7호
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pp.2047-2066
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2024
In order to improve the coverage and achieve massive spectrum access, non-orthogonal multiple access (NOMA) technology is applied in millimeter wave massive multiple-input multiple-output (mMIMO) communication network. However, the power assumption of active sensors greatly limits its wide applications. Recently, Intelligent Reconfigurable Surface (IRS) technology has received wide attention due to its ability to reduce power consumption and achieve passive transmission. In this paper, spectral efficiency maximum problem in the millimeter wave mMIMO-NOMA system with IRS is considered. The sparse RF chain antenna structure is designed at the base station based on continuous phase modulation. Furthermore, a joint optimization problem for power allocation, power splitting, analog precoding and IRS reconfigurable matrices are constructed, which aim to achieve the maximum spectral efficiency of the system under the constraints of user's quality of service, minimum energy harvesting and total transmit power. A three-stage iterative algorithm is proposed to solve the above mentioned non-convex optimization problems. We obtain the local optimal solution by fixing some optimization parameters firstly, then introduce the relaxation variables to realize the global optimal solution. Simulation results show that the spectral efficiency of the proposed scheme is superior compared to the conventional system with phase shifter modulation. It is also demonstrated that IRS can effectively assist mmWave communication and improve the system spectral efficiency.
In this work, an optimization method of Friction Tuned Mass Damper (FTMD) parameters is presented. Friction tuned mass dampers (FTMD) are attached to mechanical structures to reduce their vibrations with dissipating the vibratory energy through friction between both bodies. In order to exploit the performances of FTMD, the determination of the optimum parameters is recommended. However, the presence of Coulomb's friction force requires the resolution of a non-linear stick-slip problem. First, this work aims at determining the responses of the vibratory system. The responses of the main mass and of the FTMD are determined analytically in the sticking and sliding phase using the equivalent damping method. Second, this work aims to optimize the FTMD parameters; the friction coefficient and the tuned frequency. The optimization formulation based on the Ricciardelli and Vickery method at the resonance frequencies, this method is reformulated for a system with a viscous damping. The inverse problem of finding the FTMD parameters given the magnitude of the force and the maximum acceptable displacement of the primary system is also considered; the optimization of parameters leads to conclude on the favorable FTMD giving significant vibration decrease, and to advance design recommendations.
The importance of the more efficient cogeneration system is emphasized. Also the more clean energy is needed at recent energy system. The cogeneration system using Lean burn engine is more preferred to the system using Rich burn engine because of the electrical efficiency. Although the cogeneration system using Lean burn engine is economically preferred, because of the NOx emission level, the system using Rich burn engine with 3-way catalyst can only be used in Korea. The NOx regulation level is 50ppm at oxygen level 13%. The cogeneration hybrid system is consist of Lean burn gas engine, afterburner, boiler, economizer, DeNOx catalyst, combustion catalyst, absorption chiller, cooling tower and grid connection system. The system was accurately evaluated and the result is following ; 90% total efficiency, below 10ppm NOx, 50ppm CO, 25ppm UHC. The cogeneration hybrid system can meet the NOx level and exhaust gas regulation. It can achieve the clean combustion gas and efficient cogeneration system.
It was compared with experimental data to verify TRNSYS Model of the thermosyphon hot water system and the various simulations were conducted to optimize the component parameters of the system. To obtain consistent simulation results the system model, which could accurately describ the thermal storage tank temperature stratification and the friction head for mass flow rate, was used. The optimization of collector parameters(collector aspect ratio, riser numbers per header unit length), thermal storage tank parameters(ratio of tank length to tank diameter, heat exchanger type), system parameters(ratio of tank volume to collector area) was simulated by TRNSYS program. The simulation results indicate that the system performance is more effected by collector aspect ratio and the ratio of tank volume to collector area than the othor parameters.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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