Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.5
no.1
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pp.66-72
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2004
PID control has been well used for several decades. For PID algorithms, some tuning methods are used for selecting PID parameters and with these selected parameters, PID control system is designed. But in some cases various kinds of performance indices are used instead of well-known tuning rules, and so variable type of performance index must be tested so that the designed control system meets the some specifications. For 2 DOF PID controller design this paper presents a linear combinational type of performance indices constituting of index for robust performance, which is obtained by h infinity norm of a weighted complementary sensitivity function, including other time domain indices such as error, energy and changing rate of control input. By numerical methods, the optimal 2 DOF PID parameters are obtained. Therefore various types of 2 degree of freedom PID controllers such as I-PD controller are used so that this two degree of freedom PID controllers may give more desirable output characteristics. Simulations are done with MATLAB m file and mdl files.
An algorithm for a hybrid controller consists of a sliding mode control part and a fuzzy logic part which ar purposely for nonlinear systems. The sliding mode part of the solution is based on "eigenvalue/vector"-type controller is used as the backstepping approach for tracking errors. The fuzzy logic part is a Mamdani fuzzy model. This is designed by applying sliding mode control (SMC) method to the dynamic model. The main objective is to keep the update dynamics in a stable region by used SMC. After that the plant behavior is presented to train procedure of adaptive neuro-fuzzy inference systems (ANFIS). ANFIS architecture is determined and the relevant formulation for the approach is given. Using the error (e) and rate of error (de), occur due to the difference between the desired output value (yd) and the actual output value (y) of the system. A dynamic adaptation law is proposed and proved the particularly chosen form of the adaptation strategy. Subsequently VSC creates a sliding mode in the plant behavior while the parameters of the controller are also in a sliding mode (stable trainer). This study considers the ANFIS structure with first order Sugeno model containing nine rules. Bell shaped membership functions with product inference rule are used at the fuzzification level. Finally the Mamdani fuzzy logic which is depends on adaptive neuro-fuzzy inference systems structure designed. At the transferable stage from ANFIS to Mamdani fuzzy model is adjusted for the membership function of the input value (e, de) and the actual output value (y) of the system could be changed to trapezoidal and triangular functions through tuning the parameters of the membership functions and rules base. These help adjust the contributions of both fuzzy control and variable structure control to the entire control value. The application example, control of a mass-damper system is considered. The simulation has been done using MATLAB. Three cases of the controller will be considered: for backstepping sliding-mode controller, for hybrid controller, and for adaptive backstepping sliding-mode controller. A numerical example is simulated to verify the performances of the proposed control strategy, and the simulation results show that the controller designed is more effective than the adaptive backstepping sliding mode controller.
Salman Ihsan;Shahab Saqib;Hafiz Muhammad Awais Rashid;Fawad S. Niazi;Mohsin Usman Qureshi
Geomechanics and Engineering
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v.35
no.2
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pp.121-133
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2023
The demand for cement and limestone crushed materials has increased many folds due to the tremendous increase in construction activities in Pakistan during the past few decades. The number of cement production industries has increased correspondingly, and so the rock-blasting operations at the limestone quarry sites. However, the safety procedures warranted at these sites for the blast-induced ground vibrations (BIGV) have not been adequately developed and/or implemented. Proper prediction and monitoring of BIGV are necessary to ensure the safety of structures in the vicinity of these quarry sites. In this paper, an attempt has been made to predict BIGV using artificial neural network (ANN) at three selected limestone quarries of Pakistan. The ANN has been developed in Python using Keras with sequential model and dense layers. The hyper parameters and neurons in each of the activation layers has been optimized using randomized and grid search method. The input parameters for the model include distance, a maximum charge per delay (MCPD), depth of hole, burden, spacing, and number of blast holes, whereas, peak particle velocity (PPV) is taken as the only output parameter. A total of 110 blast vibrations datasets were recorded from three different limestone quarries. The dataset has been divided into 85% for neural network training, and 15% for testing of the network. A five-layer ANN is trained with Rectified Linear Unit (ReLU) activation function, Adam optimization algorithm with a learning rate of 0.001, and batch size of 32 with the topology of 6-32-32-256-1. The blast datasets were utilized to compare the performance of ANN, multivariate regression analysis (MVRA), and empirical predictors. The performance was evaluated using the coefficient of determination (R2), mean absolute error (MAE), mean squared error (MSE), mean absolute percentage error (MAPE), and root mean squared error (RMSE)for predicted and measured PPV. To determine the relative influence of each parameter on the PPV, sensitivity analyses were performed for all input parameters. The analyses reveal that ANN performs superior than MVRA and other empirical predictors, andthat83% PPV is affected by distance and MCPD while hole depth, number of blast holes, burden and spacing contribute for the remaining 17%. This research provides valuable insights into improving safety measures and ensuring the structural integrity of buildings near limestone quarry sites.
Jung, Dae-Hyun;Kim, Hak-Jin;Park, Soo Hyun;Kim, Joon Yong
Proceedings of the Korean Society for Agricultural Machinery Conference
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2017.04a
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pp.135-135
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2017
Greenhouse have been developed to provide the plants with good environmental conditions for cultivation crop, two major factors of which are the inside air temperature and humidity. The inside temperature are influenced by the heating systems, ventilators and for systems among others, which in turn are geverned by some type of controller. Likewise, humidity environment is the result of complex mass exchanges between the inside air and the several elements of the greenhouse and the outside boundaries. Most of the existing models are based on the energy balance method and heat balance equation for modelling the heat and mass fluxes and generating dynamic elements. However, greenhouse are classified as complex system, and need to make a sophisticated modeling. Furthermore, there is a difficulty in using classical control methods for complex process system due to the process are non linear and multi-output(MIMO) systems. In order to predict the time evolution of conditions in certain greenhouse as a function, we present here to use of recurrent neural networks(RNN) which has been used to implement the direct dynamics of the inside temperature and inside humidity of greenhouse. For the training, we used algorithm of a backpropagation Through Time (BPTT). Because the environmental parameters are shared by all time steps in the network, the gradient at each output depends not only on the calculations of the current time step, but also the previous time steps. The training data was emulated to 13 input variables during March 1 to 7, and the model was tested with database file of March 8. The RMSE of results of the temperature modeling was $0.976^{\circ}C$, and the RMSE of humidity simulation was 4.11%, which will be given to prove the performance of RNN in prediction of the greenhouse environment.
Choi, Seok Hwan;Kim, Hyoung Jin;Ahn, Sung Hyun;Hong, Sung Hwa;Chai, Min Jae;Kwon, Oh Eun;Kim, Soo Chul;Kim, Yong Joo;Choi, Chang Hyun;Kim, Hyun Soo
Journal of Biosystems Engineering
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v.38
no.3
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pp.171-179
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2013
Purpose: A simulator for the design and performance evaluation of a tractor with a hydro-mechanical transmission (HMT) was developed. Methods: The HMT consists of a hydro-static unit (HSU), a swash plate control system, and a planetary gear. It was modeled considering the input/output relationship of the torque and speed, and efficiency of HSU. Furthermore, a dynamic model of a tractor was developed considering the traction force, running resistance, and PTO (power take off) output power, and a tractor performance simulator was developed in the co-simulation environment of AMESim and MATLAB/Simulink. Results: The behaviors of the design parameters of the HMT tractor in the working and driving modes were investigated as follows; For the stepwise change of the drawbar load in the working mode, the tractor and engine speeds were maintained at the desired values by the engine torque and HSU stroke control. In the driving mode, the tractor followed the desired speed through the control of the engine torque and HSU stroke. In this case, the engine operated near the OOL (optimal operating line) for the minimum fuel consumption within the shift range of HMT. Conclusions: A simulator for the HMT tractor was developed. The simulations were conducted under two operation conditions. It was found that the tractor speed and the engine speed are maintained at the desired values through the control of the engine torque and the HSU stroke.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.22
no.1
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pp.1-9
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2019
In electric agricultural machine the gearbox is used to increase torque and lower the output speed of the motor shaft. The gearbox consists of several shafts, helical gears and spur gears works in series. Optimization plays an important role in gear design as reducing the weight or volume of a gear set will increase its service life and improve the bearing capacity. In this paper the basic design parameters for gear like shaft diameter and face width are considered as the input variables. The bending stress and material volume is considered as the objective function. ANSYS was used to investigate the bending stress when the variable was changed. Artificial Neural Network (ANN) was used to obtain the mathematical model of the system based on the bending stress behaviour. The ANN was used since the output system is nonlinear. The Genetic Algorithm (GA) technique of optimization is used to obtain the optimized values of shaft diameter and face width on the pinion based on the ANN mathematical model and the results are compared as that obtained using the traditional method. The ANN and GA were performed using MATLAB. The simulation results were shown that the proposed algorithm was successfully calculated the value of shaft diameter and face width to obtain the minimal bending stress and material volume of the gearbox.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.61
no.5
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pp.744-752
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2012
In this study, the Polynomial-based Radial Basis Function Neural Networks is proposed as an one of the recognition part of overall face recognition system that consists of two parts such as the preprocessing part and recognition part. The design methodology and procedure of the proposed pRBFNNs are presented to obtain the solution to high-dimensional pattern recognition problems. In data preprocessing part, Principal Component Analysis(PCA) which is generally used in face recognition, which is useful to express some classes using reduction, since it is effective to maintain the rate of recognition and to reduce the amount of data at the same time. However, because of there of the whole face image, it can not guarantee the detection rate about the change of viewpoint and whole image. Thus, to compensate for the defects, Linear Discriminant Analysis(LDA) is used to enhance the separation of different classes. In this paper, we combine the PCA&LDA algorithm and design the optimized pRBFNNs for recognition module. The proposed pRBFNNs architecture consists of three functional modules such as the condition part, the conclusion part, and the inference part as fuzzy rules formed in 'If-then' format. In the condition part of fuzzy rules, input space is partitioned with Fuzzy C-Means clustering. In the conclusion part of rules, the connection weight of pRBFNNs is represented as two kinds of polynomials such as constant, and linear. The coefficients of connection weight identified with back-propagation using gradient descent method. The output of the pRBFNNs model is obtained by fuzzy inference method in the inference part of fuzzy rules. The essential design parameters (including learning rate, momentum coefficient and fuzzification coefficient) of the networks are optimized by means of Differential Evolution. The proposed pRBFNNs are applied to face image(ex Yale, AT&T) datasets and then demonstrated from the viewpoint of the output performance and recognition rate.
A frequency diverse array (FDA) multiple-input multiple-output (MIMO) radar employs a small frequency increment across transmit elements to produce an angle-range-dependent beampattern for target angle and range detection. The joint angle and range estimation problem is a trilinear model. The traditional trilinear alternating least square (TALS) algorithm involves high computational load due to excessive iterations. We propose a fast-convergence trilinear decomposition (FC-TD) algorithm to jointly estimate FDA-MIMO radar target angle and range. We first use a propagator method to obtain coarse angle and range estimates in the data domain. Next, the coarse estimates are used as initialized parameters instead of the traditional TALS algorithm random initialization to reduce iterations and accelerate convergence. Finally, fine angle and range estimates are derived and automatically paired. Compared to the traditional TALS algorithm, the proposed FC-TD algorithm has lower computational complexity with no estimation performance degradation. Moreover, Cramer-Rao bounds are presented and simulation results are provided to validate the proposed FC-TD algorithm effectiveness.
In this study, an Artificial Neural Network (ANN) and Adaptive Network-based Fuzzy Inference Systems (ANFIS) prediction models for flexural strength of the cement mortars have been developed. For purpose of constructing this models, 12 different mixes with 144 specimens of the 2, 7, 28 and 90 days flexural strength experimental results of cement mortars containing pure Portland cement (PC), blast furnace slag (BFS), waste tire rubber powder (WTRP) and BFS+WTRP used in training and testing for ANN and ANFIS were gathered from the standard cement tests. The data used in the ANN and ANFIS models are arranged in a format of four input parameters that cover the Portland cement, BFS, WTRP and age of samples and an output parameter which is flexural strength of cement mortars. The ANN and ANFIS models have produced notable excellent outputs with higher coefficients of determination of $R^2$, RMS and MAPE. For the testing of dataset, the $R^2$, RMS and MAPE values for the ANN model were 0.9892, 0.1715 and 0.0212, respectively. Furthermore, the $R^2$, RMS and MAPE values for the ANFIS model were 0.9831, 0.1947 and 0.0270, respectively. As a result, in the models, the training and testing results indicated that experimental data can be estimated to a superior close extent by the ANN and ANFIS models.
Park, Gwang-Min;Lee, Seong-Hun;Jin, Sung-Ho;Kwak, Sang-Shin
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.48
no.6
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pp.71-81
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2011
Unlike a typical internal combustion engine vehicle, the powertrain system of the pure electric vehicle, consisting of battery, inverter and motor, has direct effects on the vehicle performance and dynamics. Then, the specific modeling of such complex electro-mechanical components enables the insight into the longitudinal dynamic outputs of the vehicle and analysis of entire powertrain systems. This paper presents the dynamic model of electric vehicle powertrain systems based on theoretical approaches to predict and analyze the final output performance of electric vehicles. Additionally, the correlations between electric input signals and the final output of the mechanical system are mathematically derived. The proposed model for powertrain dynamics of electric vehicle systems are validated with a reference electric vehicle model using generic simulation platform based on Matlab/Simulink software. Consequently, the dynamic analysis results are compared with electric vehicle simulation model in some parameters such as vehicle speed/acceleration, and propulsion forces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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