Based on finite element discretization, two linearization approaches to the defect-correction method for the steady incompressible Navier-Stokes equations are discussed and investigated. By applying $m$ times of Newton and Picard iterations to solve an artificial viscosity stabilized nonlinear Navier-Stokes problem, respectively, and then correcting the solution by solving a linear problem, two linearized defect-correction algorithms are proposed and analyzed. Error estimates with respect to the mesh size $h$, the kinematic viscosity ${\nu}$, the stability factor ${\alpha}$ and the number of nonlinear iterations $m$ for the discrete solution are derived for the linearized one-step defect-correction algorithms. Efficient stopping criteria for the nonlinear iterations are derived. The influence of the linearizations on the accuracy of the approximate solutions are also investigated. Finally, numerical experiments on a problem with known analytical solution, the lid-driven cavity flow, and the flow over a backward-facing step are performed to verify the theoretical results and demonstrate the effectiveness of the proposed defect-correction algorithms.
This study investigated the steady-flow effects present in the numerical computation of the resistance added to a ship in waves. For a ship advancing in the forward direction, a time-domain 3D Rankine panel method is applied to solve the ship motion problem, and the added resistance due to waves is calculated using a near-field method, with the direct integration of the second-order pressure on the hull surface. In the linear potential theory, the steady flow is approximated by the basis potential of a uniform flow or double-body flow in order to linearize the boundary conditions. By applying these two different linearization schemes, the coupling effects between steady and unsteady solutions were examined. Furthermore, in order to analyze the steady-flow effects on the hull geometry, the computation results for two realistic hull forms, a KVLCC2 tanker and DTC containership, were compared. In particular, the mj term, which represents the coupling effects under the body boundary condition, was evaluated considering the geometry of a non-wall-sided ship. Lastly, the characteristics of the linearization schemes were examined in relation to the disturbed waves around a ship and the components of added resistance.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.22
no.4
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pp.454-459
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2012
A kernel function of apparent earth resistivity can be estimated using the apparent earth resistivity measured with Wenner's 4 point method. It becomes to solve a nonlinear system to estimate the kernel function of apparent earth resistivity. However it is not simple to get solution of nonlinear system with many unknown variables. This paper suggests the method of estimating kernel function by linearizing this nonlinear system. Finally, various examples of earth structure have been simulated to evaluate the proposed method in this paper.
The stochastic vibration response of the sandwich beam with the nonlinear adjustable visco-elastomer core and supported mass under stochastic support motion excitations is studied. The nonlinear dynamic properties of the visco-elastomer core are considered. The nonlinear partial differential equations for the horizontal and vertical coupling motions of the sandwich beam are derived. An analytical solution method for the stochastic vibration response of the nonlinear sandwich beam is developed. The nonlinear partial differential equations are converted into the nonlinear ordinary differential equations representing the nonlinear stochastic multi-degree-of-freedom system by using the Galerkin method. The nonlinear stochastic system is converted further into the equivalent quasi-linear system by using the statistic linearization method. The frequency-response function, response spectral density and mean square response expressions of the nonlinear sandwich beam are obtained. Numerical results are given to illustrate new stochastic vibration response characteristics and response reduction capability of the sandwich beam with the nonlinear visco-elastomer core and supported mass under stochastic support motion excitations. The influences of geometric and physical parameters on the stochastic response of the nonlinear sandwich beam are discussed, and the numerical results of the nonlinear sandwich beam are compared with those of the sandwich beam with linear visco-elastomer core.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.6
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pp.852-862
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2013
This paper proposes a target tracking control method for wheeled mobile robots with nonholonomic constraints by using a backstepping-like feedback linearization. For the target tracking, we apply a vision system to mobile robots to obtain the relative posture information between the mobile robot and the target. The robots do not use the sensors to obtain the velocity information in this paper and therefore assumed the unknown velocities of both mobile robot and target. Instead, the proposed method uses only the maximum velocity information of the mobile robot and target. First, the pseudo command for the forward linear velocity and the heading direction angle are designed based on the kinematics by using the obtained image information. Then, the actual control inputs are designed to make the actual forward linear velocity and the heading direction angle follow the pseudo commands. Through simulations and experiments for the mobile robot we have confirmed that the proposed control method is able to track target even when the velocity sensors are not used at all.
Direct torque control (DTC) of induction machines (IM) is a well-known strategy of these drives control which has a fast dynamic and a good tracking response. In this paper a nonlinear DTC of speed sensorless IM drives is presented which is based on input-output feedback linearization control theory. The IM model includes iron losses using a speed dependent shunt resistance which is determined through some effective experiments. A stator flux vector is estimated through a simple integrator based on stator voltage equations in the stationary frame. A novel method is introduced for DC offset compensation which is a major problem of AC machines, especially at low speeds. Rotor speed is also determined using a rotor flux sliding-mode (SM) observer which is capable of rotor flux space vector and rotor speed simultaneous estimation. In addition, stator and rotor resistances are estimated using a simple but effective recursive least squares (RLS) method combined with the so-called SM observer. The proposed control idea is experimentally implemented in real time using a FPGA board synchronized with a personal computer (PC). Simulation and experimental results are presented to show the capability and validity of the proposed control method.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.4
no.4
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pp.414-427
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2006
This paper presents an adaptive feedback linearization control scheme for induction motors with simultaneous variation of rotor and stator resistances. Two typical modeling techniques, rotor flux model and stator flux model, have been developed and successfully applied to the controller design and adaptive observer design, respectively. By using stator fluxes as states, over-parametrization in adaptive control can be prevented and control strategy can be developed without the need of nonlinear transformation. It also decrease the relative degree for the flux modulus by one, thereby, yielding, a simple control algorithm. However, when this method is used for flux observer, it cannot guarantee the convergence of flux. Similarly, the rotor flux model may be appropriate for observers, but it is not so for adaptive controllers. In addition, if these two existing methods are merged into overall adaptive control system, it brings about structural complexies. In this paper, we did not use these two modeling methods, and opted for the airgap flux model which takes on only the positive aspects of the existing rotor flux model and stator flux model and prevents structural complexity from occuring. Through theoretical analysis by using Lyapunov's direct method, simulations, and actual experiments, it is shown that stator and rotor resistances converge to their actual values, flux is well estimated, and torque and flux are controlled independently with the measurements of rotor speed, stator currents, and stator voltages. These results were achieved under the persistent excitation condition, which is shown to hold in the simulation.
This paper deals with the Appliation of robust fault detection problem in uncertain linear systems, having both model mismatch and noise. A robust fault detection method presented by Kwon et al.(1994) for SISO uncertain systems. Here we experimented this method to the diesel engine systems described by difference ARMA models. The model mismatch includes here linearization error as well as undermodeling. Comparisons are made with alternative fault detection method which do not account noise. The new method is shown to have good performance.
Various estimation methods based on Kalman filter have been applied to the real-time satellite orbit determination. The most popular method is the Extended Kalman Filter (EKF) and the Unscented Kalman Filter (UKF). The EKF is easy to implement and to use on orbit determination problem. However, the linearization process of the EKF can cause unstable solutions if the problem has the inaccurate reference orbit, sparse or insufficient observations. In this case, the UKF can be a good alternative because it does not contain linearization process. However, because both methods are based on Gaussian assumption, performance of estimation can become worse when the distribution of state parameters and process/measurement noise are non-Gaussian. In nonlinear/non-Gaussian problems the particle filter which is based on sequential Monte Carlo methods can guarantee more exact estimation results. This study develops and tests the particle filter for satellite orbit determination. The particle filter can be more effective methods for satellite orbit determination in nonlinear/non-Gaussian environment.
Le, Nhat-Binh;Lee, Dong-Hun;Kim, Tae-Wan;Kim, Young-Bok
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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2017.11a
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pp.58-60
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2017
In the offshore crane system, the requirements on the operating safety are extremely high due to many external factors. This paper describes a model for studying the dynamic behavior of the offshore crane system. The obtained model allows to evaluate the fluctuations of the load arising from the elasticity of the rope. Especially, in this paper, the authors design control system in which just winch rotation angle and rope tension are used without load position information. The controller design based on input-output feedback linearization theory is presented which can handle the effect of the elasticity of the rope and track the load target trajectory input. Besides that, a full order observer is designed to estimate unknown states. Finally, By the experiment results, the effectiveness of proposed control method is evaluated and verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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