The output of the controller is said to exceed the input limits of the plant being controlled when a control system operates in a non-linear region. This process is called the windup phenomenon. The windup phenomenon is not preferable in the control system because it leads to performance degradation, such as overshoot and system instability. Many anti-windup strategies involve switching, where the integral component differently operates between the linear and the non-linear states. The range of state for the non-overshoot performance is better illustrated by the boundary integral error plane than the proportional-integral (PI) plane in windup inspection. This study proposes a PI controller with a separate closed-loop integral controller and reference value set with respect to the input command and external torque. The PI controller is compared with existing conventional proportional integral, conditional integration, tracking back calculation, and integral state prediction schemes by using ScicosLab simulations. The controller is also experimentally verified on a direct current motor under no-load and loading conditions. The proposed controller shows a promising potential with its ability to eliminate overshoot with short settling time using the decoupling mode in both conditions.
This paper proposes a method for comparing and evaluating anti-windup proportional-integral (PI) control strategies. The so-called PI plane is used and its coordinate is composed of the error and the integral state. In addition, an anti-windup PI controller with integral state prediction is proposed. The anti-windup scheme can be easily analyzed and evaluated on the PI plane in detail. Representative anti-windup methods are experimentally applied to the speed control of a vector-controlled induction motor driven by a pulse width modulated (PWM) voltage-source inverter (VSI). The experimental results compare the anti-windup PI controllers. It is empathized that the initial value of the integral state at the beginning of the linear range dominates the control performance in terms of overshoot and settling time.
A new improved variable structure controller is designed to drive uncertain linear systems to any given point by using a sliding surface with an integral of state error for removing any reaching phases. Predetermination or prediction of output response is feasible for all the persistent disturbances. The usefulness of the proposed algorithm is verified through an illustrative example.
In this paper, a design of an integral augmented nonlinear optimal variable structure system(INOVSS) is presented for the prescribed output control of uncertain MIMO systems under persistent disturbances. This algorithm basically concerns removing the problems of the reaching phase and combining with the nonlinear optimal control theory. By means of an integral nonlinear sliding surface, the reaching phase is completely removed. The ideal sliding dynamics of the integral nonlinear sliding surface is obtained in the form of the nonlinear state equation and is designed by using the nonlinear optimal control theory, which means the design of the integral nonlinear sliding surface and equivalent control input. The homogeneous $2{\upsilon}(\kappa)$ form is defined in order to easily select the $2{\upsilon}$ or even $(\kappa)-form$ higher order nonlinear terms in the suggested sliding surface. The corresponding nonlinear control input is designed in order to generate the sliding mode on the predetermined transformed new surface by means of diagonalization method. As a result, the whole sliding output from a given initial state to origin is completely guaranteed against persistent disturbances. The prediction/predetermination of output is enable. Moreover, the better performance by the nonlinear sliding surface than that of the linear sliding surface can be obtained. Through an illustrative example, the usefulness of the algorithm is shown.
In this paper, a design of an integral augmented optimal variable structure system(IOVSS) is presented for the prescribed output control of uncertain SISO systems under persistent disturbances. This algorithm aims at removing the problems of the reaching phase by incorporating advanced optimal control theory. By means of an integral sliding surface, the reaching phase is completely removed, and the integral sliding surface can be defined from a given initial state to origin without any reaching phase. The ideal sliding dynamics of the integral sliding surface is obtained in the form of the state equation and is designed in an optimal sense by targeting the design of the integral sliding surface and equivalent control input. The corresponding control input is selected in order to generate the sliding mode on the predetermined integral sliding surface. As a result, the whole sliding output from a given initial state to origin is completely guaranteed against persistent disturbances. Moreover the prediction/predetermination of output is enabled, which helps in improving the performance over previously implemented VSS's. Through an illustrative example, the usefulness of the algorithm is shown.
Two thermodynamic models were used to predict the partial molar volumes of solutes in supercritical carbon dioxide at infinite dilution: (1) the Peng-Robinson equation of state with various mixing rules including those based on $EOS/G^E$ (2) the Kirkwood Buff fluctuation integral with the hard sphere expansion (HSE) method. The Kirkwood-Buff fluctuation integral method, in which an equation of state for pure component and molecular parameters are required, produced better results especially near the critical point than the Peng-Robinson equation of state with the several mixing rules based an $EOS/G^E$. When the $EOS/G^E$ mixing rules were used, poorer results were obtained compared with the classical mixing rule and Kirkwood-Buff model.
Prediction of prestressed concrete girder integral abutment bridge (IAB) load effect requires understanding of the inherent uncertainties as it relates to thermal loading, time-dependent effects, bridge material properties and soil properties. In addition, complex inelastic and hysteretic behavior must be considered over an extended, 75-year bridge life. The present study establishes IAB displacement and internal force statistics based on available material property and soil property statistical models and Monte Carlo simulations. Numerical models within the simulation were developed to evaluate the 75-year bridge displacements and internal forces based on 2D numerical models that were calibrated against four field monitored IABs. The considered input uncertainties include both resistance and load variables. Material variables are: (1) concrete elastic modulus; (2) backfill stiffness; and (3) lateral pile soil stiffness. Thermal, time dependent, and soil loading variables are: (1) superstructure temperature fluctuation; (2) superstructure concrete thermal expansion coefficient; (3) superstructure temperature gradient; (4) concrete creep and shrinkage; (5) bridge construction timeline; and (6) backfill pressure on backwall and abutment. IAB displacement and internal force statistics were established for: (1) bridge axial force; (2) bridge bending moment; (3) pile lateral force; (4) pile moment; (5) pile head/abutment displacement; (6) compressive stress at the top fiber at the mid-span of the exterior span; and (7) tensile stress at the bottom fiber at the mid-span of the exterior span. These established IAB displacement and internal force statistics provide a basis for future reliability-based design criteria development.
The rehabilitation and strengthening of concrete structures using Fiber-Reinforced Polymer (FRP) materials have been widely investigated. As a priority issue, however, the effect of curing conditions on the bonding behavior between FRP and concrete structures is still elusive. This study aims at developing a prediction model to accurately capture the mode-II interfacial debonding between FRP strips and concrete under different curing conditions. Single shear debonding experiments were conducted on FRP-concrete samples with respect to different curing time t and temperatures T. The J-integral formulation and constrained least square minimization are carried out to calibrate the parameters, i.e., the maximum slip $\bar{s}$ and stretch factor n. The prediction model is developed based on the cohesive model and Arrhenius relationship. The experimental data are then analyzed using the proposed model to predict the debonding between FRP and concrete, i.e., the interfacial shear stress-slip relationship. A Finite Element (FE) model is developed to validate the theoretical predictions. Satisfactory agreements are obtained. The prediction model can be used to accurately capture the bonding performance of FRP-concrete structures.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.25
no.7
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pp.398-405
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2013
Small and medium-size buildings employ a multi-distributed individual air-conditioning system that utilizes package air conditioners instead of centralized cooling systems, which can allow easier building management and maintenance, along with a diversification of facility use. Inverter driven system heat pumps have been developed to achieve not only an easy distribution control, allowing free combination of indoor units with different models and different capacities, but also wide applications to intelligent air conditioning. However, the control algorithms of the system heat pump are limited in the open literature, due to complicated operating conditions. In this paper, an inverter-driven system heat pump having two indoor units with electronic expansion valves (EEV) was simulated in the cooling mode. An integral optimum regulating controller employing the state space control method was also simulated, and applied to the system-heat pump system, to obtain efficient control of the MIMO (multi input multi output) system. The simulation model for the controller yielded satisfactory prediction results. The new control model can be successfully utilized as a basic tool in controller design.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.12
no.2
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pp.69-78
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1995
Nonlinear analysis methods are developed which will enable the reliable prediction of the dynamic behavior of the space shuttle main engine(SSME) turbopumps in the presence of bearing clearances and other local nonlinearities. A computationally efficient convolution method, based on discretized Duhamel and transition matrix integral formulations, is developed for the transient analysis. In the formulation, the coupling forces due to the onlinearities are treated as external forces acting on the coupled subsystems. Iteration is utilized to determine their magnitudes at each time increament. The method is applied to a nonlinear generic model of the high pressure oxygen turthods, the convolution approach proved to be more accurate and highly more efficient. For determining the nonlinear, steady-state periodic responses, an incremental harmonic balance(IHB) method was also developed. The method was successfully used to determine dominantly harmonic and subharmonic(subsynchronous) responses of the HPOTP generic model with bearing clearances. A reduction method similar to the impedance formulation utilized with linear systems is used to reduce the housing-totor models to their coordinates at the bearing clearances.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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