A smart hollow cylinder consisting of a host functionally graded elastic core layer and two surface homogeneous piezoelectric layers is presented in this paper. The bonding between the layers can be perfect or imperfect, depending on the parameters taken in the general linear spring-layer interface model. The effect of such weak interfaces on free vibration and steady-state response is then investigated. Piezoelectric layers at inner and outer surfaces are polarized axially or radially and act as a sensor and an actuator respectively. For a simply supported condition, the state equations with non-constant coefficients are obtained directly from the formulations of elasticity/piezoelasticity. An approximate laminated model is then introduced for the sake of solving the state equations conveniently. It is further assumed that the hollow cylinder is embedded in an elastic medium and is simultaneously filled with compressible fluid. The interaction between the structure and its surrounding media is taken into account. Numerical examples are finally given with discussions on the effect of some related parameters.
This work proposes structure of spring backbone micro endoscope. For effective surgery in narrow and limited space, many manipulators are developing that different to existed structure. This device can move like elephant nose or snake unlike the existing robots. For this motion, a mechanism that uses spring backbone and wires has been developed. The new type endoscope that has Z axis motion for spring structure, therefore it has 3 degree of freedom, two rotations and one linear motion. And new kinematics for backbone structure is proposed using simple geographic analysis. The Jacobian and stiffness modeling are also derived. Exact actuator sizing is determined using stiffness model. Finally, the proposed kinematics are verified by simulation and experiments.
This is a review paper on mathematical modeling of actively controlled piezo smart structures. Paper has four sections to discuss the techniques to: (i) write the equations of motion (ii) implement sensor-actuator design (iii) model real life environmental effects and, (iv) control structural vibrations. In section (i), methods of writing equations of motion using equilibrium relations, Hamilton's principle, finite element technique and modal testing are discussed. In section (ii), self-sensing actuators, extension-bending actuators, shear actuators and modal sensors/actuators are discussed. In section (iii), modeling of thermal, hygro and other non-linear effects is discussed. Finally in section (iv), various vibration control techniques and useful software are mentioned. This review has two objectives: (i) practicing engineers can pick the most suitable philosophy for their end application and, (ii) researchers can come to know how the field has evolved, how it can be extended to real life structures and what the potential gaps in the literature are.
In this paper, a safe control strategy is considered in the situation when a platoon of vehicles need to decelerate rapidly. When the vehicles ate spaced closely, it is known that the reference information should be transmitted to the whole platoon to minimize the undesirable effects of small leader disturbances. However, the vehicle control should also depend on the preceding vehicle position to maintain the desired distance. Tracking the preceding vehicle position can lead to amplification of the control input along the following vehicles, therefore the vehicles in the rearward generally exert larger maximum control input than the vehicles in the front. The theoretical bounds for the $i^{th}$ vehicle control input are calculated using a linear vehicle and controller model. In the simple illustrative example, the designed controller maintains string stability, and the control inputs of the following vehicles stay within bounds.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.4
no.4
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pp.441-447
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1998
Motivated by a recent work, a fuzzy-power-controller(FPC) is designed for the relieving-horsepower control of output variable pump with electrical proportional valve and actually implemented on the industrial excavator. In order to calculate the output power of pump with input of FPC, a linear discrete time model of load system to pump is obtained and the result is applied to control the engine-pump coupled system by software without pressure and flow sensor. The FPC controls the engine and pump coupled system by relieving horsepower control according to the change of load and the running conditions in relieving horsepower control are selected by fuzzy inference engine. A case study is peformed through the construction of the control device and installation on the excavator. It shows that the relieving-horsepower control system with the FPC, as suggested in this paper, is superior to the conventional PID controllers. And also, the excavator, with the FPC, shows that the power-loss of the coupled system is reduced and the running speed of the hydraulic actuator is enhanced.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.5
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pp.356-366
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2000
In this paper, a nonlinear $H_2/H_\infty/LTR$ control for the flexible inverted pendulum of a parallel type with Coulomb friction is presented. The dynamic equation for this system is derived by the Hamilton's principle and assumed-mode method. This hard nonlinear system can be modeled by a the quasi-linear state space model using the REF method. It is shown that the $H_2/H_\infty$ control can be applied to the nonlinear controller design of the system having Coulomb frictions if the proper LTR conditions are satisfied. In order to present the usefulness of the suggested control method, the nonlinear $H_2/H_\infty/LTR$ controller is designed to control the Position of the end point of the flexible inverted pendulum that has Coulomb frictions present in actuator parts. The results are given via computer simulations.
A moving-coil-type linear oscillatory actuator is consisted of the NdFeB permanent magnets with high specific energy as the stator, a coil-wrapped nonmagnetic hollow rectangular structure and an iron core as a pathway for magnetic flux. The inductance of moving coil and the push/pull effect is obtained from the permeance model of LOA with the open magnetic circuit. The analytical method are verified using the 2D finite element method.
A voice type Moving Coil Linear Oscillatory Actuator(MC-LOA) has unbalanced magnetic circuit structure. Its asymmetric magnetic flux distribution along the mover directions causes shifting of displacement center to one side. Therefore, this paper analyzes both thrust and displacement characteristics and settles the unbalanced flux problem by performing shape optimization. The propriety of the improved design model has been verified by dynamic analysis based on the coupling of kinetic and electric equations.
Active control of nonlinear vibration of stiffened functionally graded (SFG) cylindrical shell is studied in this paper. The system is subjected to axial and transverse periodic loads in the presence of thermal uncertainty. The material composition is considered to be continuously graded in the thickness direction, also these properties depend on temperature. The relations of strain-displacement are derived based on the classical shell theory and the von Kármán equations. For modeling the stiffeners on the cylindrical shell surface, the smeared stiffener technique is used. The Galerkin method is used to discretize the partial differential equations of motion. Some comparisons are made to validate the SFG model. For suppression of the nonlinear vibration, the linear and nonlinear control strategies are applied. For control objectives, the piezoelectric actuator is attached to the external surface of the shell and the thin ring piezoelectric sensor is attached to the middle internal surface of shell. The effect of PID, feedback linearization and sliding mode control on the suppression of vibration for SFG cylindrical shell is presented.
Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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2010.06a
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pp.320-320
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2010
In the case of existing ultrasonic motors, they have characteristics such as outstanding response speed, speed and high efficiency. However, it's very hard to use practically them as small motors due to complicated structure and expensive cost. This paper proposed v-type ultrasonic linear motor. Stator of the motor is composed of thin elastic body and four ceramics attached to upper and bottom areas of the body. The ceramics have each direction of polarization. When two harmonic voltages which had $90^{\circ}$ phase difference were applied to the ceramics, the symmetric and anti-symmetric displacements were generated at the tip to make the elliptical motion. To find out a model that generates maximum displacement at contact tip, FEM program was used with change of leg-angle. In addition, optimal model was chosen by considering magnitude and shape of displacement according to change of frequency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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