A dynamic force balance model is proposed in this work as an extension of the previous static force balance model to predict metal transfer in arc welding. Dynamics of a pendant drop is modeled as the second order system, which consists of the mass, spring and damper. The spring constant of a spherical drop at equilibrium is derived in the closed-form equation, and the inertia force caused by drop vibration is included in the drop detaching condition. While the inertia force is small in the low current range, it becomes larger than the gravitational force with current increase. The inertia force reaches half of the electromagnetic force at transition current, and has considerable effects on drop detachment. The proposed dynamic force balance model predicts the detaching drop size more accurately than the static force balance model.
The study of HTS(High Temperature Superconducting) bulk in magnetic levitation system requires the calculation of currents distribution in HTS bulk is very important to determine this forces. We have made computer program to find this current distribution and levitation force. J-E relation in HTS bulk is extremely nonlinear, so iteration method must be used to determine the current distribution. We developed the method to determine the current distribution in the unifrom-field model and, using this method, calculated the levitation force in permanent-magnet-levitation model.
This paper presents a systematic design and training procedure for the feed-forward back-propagation neural network (NN) modeling of both forward and inverse behavior of a rotary magnetorheological (MR) damper based on experimental data. For the forward damper model, with damper force as output, an optimization procedure demonstrates accurate training of the NN architecture with only current and velocity as input states. For the inverse damper model, with current as output, the absolute value of velocity and force are used as input states to avoid negative current spikes when tracking a desired damper force. The forward and inverse damper models are trained and validated experimentally, combining a limited number of harmonic displacement records, and constant and half-sinusoidal current records. In general the validation shows accurate results for both forward and inverse damper models, where the observed modeling errors for the inverse model can be related to knocking effects in the measured force due to the bearing plays between hydraulic piston and MR damper rod. Finally, the validated models are used to emulate pure viscous damping. Comparison of numerical and experimental results demonstrates good agreement in the post-yield region of the MR damper, while the main error of the inverse NN occurs in the pre-yield region where the inverse NN overestimates the current to track the desired viscous force.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.7
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pp.899-903
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2013
A self-bearing is an electric machine that achieves both rotational actuation and magnetic levitation using a single magnetic structure. To be able to stably levitate the rotor in a self-bearing, one needs to have an inverse of the force-current model. However, the force-current model in a self-bearing motor is typically not square. Furthermore, the elements of the matrix vary with respect to the rotational angle, resulting in singularities of the pseudo-inverse at various angles. In this paper, we propose a new force-current model that eliminates the singularities by adding a constraint in coil currents. This constraint eliminates the flux density in the stator core so that the saturation problem in the previous study is avoided. By implementing this force-current model, we are able to implement a levitation controller for a toroidally-wound self-bearing BLDC motor. The model inversion and levitation are validated experimentally.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.11
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pp.1145-1153
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2011
EMB (Electro-Mechanical Brake) systems can provide improved braking and stability functions such as ABS, EBD, TCS, ESC, BA, ACC, etc. For the implementation of the EMB systems, reliable and robust fault detection algorithm is required. In this study, a model-based fault detection algorithm is designed based on the analytical redundancy method in order to monitor current and force sensor faults in EMB systems. A state-space model for the EMB is derived including faulty signals. The fault diagnosis algorithm is constructed using the analytical redundancy method. Observer is designed for the EMB and the fault detectability condition is examined based on the residual analysis. The performance of the proposed model-based fault detection algorithm is verified in simulations. The effectiveness of the proposed algorithm is demonstrated in various faulty cases.
Park, Jungsam;Bae, Jaesung;Hwang, Jaihyuk;Kang, Kukjeong
Journal of Aerospace System Engineering
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v.2
no.3
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pp.24-28
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2008
Eddy current are induced when a nonmagnetic, conductive material is moving as the result of being subjected to the magnetic field, or if it is placed in a time-varying magnetic field. These currents circulate in the conductive material and are dissipated, causing a repulsive force between the magnet and conductor. Using this concept, eddy current damping can be used as a form of viscous damping. This paper investigated analytically and experimentally the characteristics of an eddy current damping when a permanent magnet is placed in a conductive tube. The theoretical model of the eddy current damping is developed from electromagnetics and is verified from Maxwell program and experiments. From these comparisons, although predictability is not accurate at high excitation frequencies, the present model can be used to predict damping force at low excitation frequencies. In order to improve the prediction of the characteristics of an eddy current damping, the induced magnetic flux densities have to be considered in following researches.
This paper proposes an approximated contact force model to identify the nonlinear behavior of a fuel rod with gap supports; also, the numerical prediction of interfacial forces in the mechanical contact of fuel rods with gap supports is studied. The Newmark integration method requires the current status of the contact force, but the contact force is not given a priori. Taylor's expansion can be used to predict the unknown contact force; therefore, it should be guaranteed that the first derivative of the contact force is continuous. This work proposes a continuous and differentiable contact force model with the ability to estimate the current state of the contact force. An approximated convex and differentiable potential function for the contact force is described, and a variational formulation is also provided. A numerical example that considers the particularly stiff supports has been studied, and a fuel rod with hardening supports was also examined for a realistic simulation. An approximated proper solution can be obtained using the results, and abrupt changes from the contacting state to non-contacting state, or vice versa, can be relieved. It can also be seen that not only the external force but also the developed contact force affects the response.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.5
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pp.77-87
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1995
In-process detection of drill wear is one of the most important technoligies for automatic, unmaned machining systems. In this study, an on-line drill wear estimation model based on spindle/Z-axis motor currents generated during the drilling process is proposed. The theoretical model is obtained by integrating the drilling process model and the servomechanism model. The drilling process model describes the relationship of drill wear and drilling torque/ thrust force, whereas the servomechanism model describes the relationship of drilling torque/ thrust force applied to motor and spindle/Z-axis motor current. Evaluation tests have shown that the proposed model is a good real-time estimator for drill wear.
When the electric current flows horizontally along the coil, the force is found. However, when the coil intersects perpendicularly, the force is 0. Using a half coil structure, when electric current flows along the incomplete perpendicular half intersect we can explain this by way of integral calculus with the spinning motion. Upon completion of the perpendicular model, computer simulation for this model will be possible particularly for the application of the electric piston.
In order to determine the One-Drop One-Pulse(ODOP) condition of the pulsed gas metal arc(GMA) welding, the drop detaching phenomenon during the peak time is investigated using the force-displacement model. The drop detaching criterion is established based on the displacement of the pendant drop, and the forces exerted on the drop are calculated using the Modified Force Balance Model(MFBM). The effects of wire melting on the drop size and force are included in the force-displacement model. While the peak current has most significant effects on the drop detaching time, the initial drop mass prior to the peak time also influences drop transfer. The calculated results show good agreements with the experimental data, which implies that the ODOP condition can be predicted using the force-displacement method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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