The Micro circular diaphragm (MCD) is the mechanical actuator part used in the micro electro-mechanical sensors (MEMS) that combine electrical and mechanical components. These actuators are working under harsh mechanical and thermal conditions, so it is very important to study the mechanical and thermal behaviors of these actuators, in order to do with its function successfully. The objective of this paper is to determine the thermo-mechanical behavior of MCD by developing the traditional bulge test technique to achieve the aims of this work. The specimen is first pre-stressed to ensure that is no initial deflection before applied the loads on diaphragm and then clamped between two plates, a differential pressure (P) and temperature ($T_b$) is leading to a deformation of the MCD. Analytical formulation of developed bulge test technique for MCD thermo-mechanical characterization was established with taking in-to account effect of the residual strength from pre-stressed loading. These makes the plane-strain bulge test ideal for studying the mechanical and thermal behavior of diaphragm in both the elastic and plastic regimes. The differential specimen thickness due to bulge effect to describe the mechanical behavior, and the temperature effect on the MCD material properties to study the thermal behavior under deformation were discussed. A finite element model (FEM) can be extended to apply for investigating the reliability of the proposed bulge test of MCD and compare between the FEM results and another one from analytical calculus. The results show that, the good convergence between the finite element model and analytical model.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.10
no.5
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pp.617-628
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2018
Several techniques have been developed in the last years for energy conversion and aeronautic propulsion plants monitoring and diagnostics, to ensure non-stop availability and safety, mainly based on machine learning and pattern recognition methods, which need large databases of measures. This paper aims to describe a simulation based monitoring and diagnostic method to overcome the lack of data. An application on a gas turbine powered frigate is shown. A MATLAB-SIMULINK(R) model of the frigate propulsion system has been used to generate a database of different faulty conditions of the plant. A monitoring and diagnostic system, based on Mahalanobis distance and artificial neural networks have been developed. Experimental data measured during the sea trials have been used for model calibration and validation. Test runs of the procedure have been carried out in a number of simulated degradation cases: in all the considered cases, malfunctions have been successfully detected by the developed model.
In the core of the nuclear power plant of PWR, several cases of fuel failure by unknown causes have been experienced for various fuel types. From the common features of the failure pattern, failure lead time, flow conditions, and flow induced vibration characteristics in nuclear fuel bundles, it is deduced that the fretting wear failure of the fuel rod at the spacer grid position is due to the fluidelastic vibration. In the past, fluidelastic vibration was simulated by quasi -static semi-analytical model, so called the static model, which could not account for the interaction between the rods within a bundle. To overcome this defect and to provide for more flexibilities applicable to the fuel bundle, Tanaka's unsteady model was modified to accomodate the geometrical differences and governing parameter changes during the operations such as the number of rods, pitch to diameter ratio (P/D), spring force, damping coefficient, etc. The critical velocity was calculated by solving the governing equations with the MATLAB code. A comparison between the estimated critical velocity and the test result shows a good agreement. Finally, the level of decrease of the critical velocity due to the reduction in the spring force and reduced damping coefficient due to the radiation exposure is also estimated.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.19
no.4
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pp.38-46
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2011
This paper presents roll angle estimator which used Kalman filter. Recently, the uses of the ELSD (Electronic Limited Slip Differential) and TVD(Torque Vectoring Differential) for vehicle yaw control are studied in many researches. However the roll angle can be negative effect of ELSD and TVD control. Therefore the information of roll angle can be used for vehicle yaw control. Moreover it can be used for rollover prevent control. Recently, most of the vehicles use lateral acceleration and yaw rate sensor. In this paper, design of Kalman filter which used lateral acceleration and yaw rate information is developed. In this paper, in order to verify the estimator ability, the CarSim and Matlab/Simulink are used.
Polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell is one of the popular renewable energy sources and widely used in commercial medium power areas from portable electronic devices to electric vehicles. In addition, the increased integration of the PEM fuel cell with power electronics, dynamic loads, and control systems requires accurate electrical models and simulation methods to emulate their electrical behaviors. Advancement in parallel computation techniques, various real-time simulation tools, and smart power hardware have allowed the prototyping of novel apparatus to be investigated in a virtual system under a wide range of realistic conditions repeatedly, safely, and economically. This paper builds up advancements of optimized model constructions for a fuel cell stack system on a real-time simulator in the view points of improving dynamic model accuracy and boosting computation speed. In addition, several considerations for a power hardware-in-the-loop (PHIL) simulation are provided to electrically emulate the PEM fuel cell stack system with power facilities. The effectiveness of the proposed PHIL simulation method developed on Opal RT's RT-Lab Matlab/Simulink based real-time engineering simulator and a programmable power supply is verified using experimental results of the proposed PHIL simulation system with a Ballard Nexa fuel cell stack.
Partial shading analysis of large-scale photovoltaic (PV) arrays has recently become a theoretically and numerically challenging issue, and it is necessary for PV system designers. The main contributions of this study are the following: 1) A PSIM-based macro-model was employed because it is remarkably fast, has high precision, and has no convergence issues. 2) Three types of equivalent macro-models were developed for the transformation of a small PV sub-array with uniform irradiance to a new macro-model. 3) On the basis of the proposed new macro-model, a tearing method was established, which can divide a large-scale PV array into several small sub-arrays to significantly improve the efficiency improvement of a simulation. 4) Three platforms, namely, PSIM, PSpice, and MATLAB, were applied to evaluate the proposed tearing method. The proposed models and methods were validated, and the value of this research was highlighted using an actual large-scale PV array with 2420 PV modules. Numerical simulation demonstrated that the tearing method can remarkably improve the simulation efficiency by approximately thousands of times, and the method obtained a precision of nearly 6.5%. It can provide a useful tool to design the optimal configuration of a PV array with a given shading pattern as much as possible.
Kim, Doo-Hwan;Lee, Sang-Jin;Nam, Ki-Hun;Kim, Shi-Ho;Cho, Kyoung-Rok
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.6
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pp.1095-1102
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2010
This paper presents an equalizer reducing CCI(cell-to-cell interference) in MLC NAND flash memory. High growth of the flash memory market has been driven by two combined technological efforts that are an aggressive scaling technique which doubles the memory density every year and the introduction of MLC(multi level cell) technology. Therefore, the CCI is a critical factor which affects occurring data errors in cells. We introduced an equation of CCI model and designed an equalizer reducing CCI based on the proposed equation. In the model, we have been considered the floating gate capacitance coupling effect, the direct field effect, and programming methods of the MLC NAND flash memory. Also we design and verify the proposed equalizer using Matlab. As the simulation result, the error correction ratio of the equalizer shows about 20% under 20nm NAND process where the memory channel model has serious CCI.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.32
no.3
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pp.280-289
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2008
This paper presents design of the quantitative feedback control system of the three axes hydraulic road simulator with respect to the dummy wheel for uncertain multiple input-output(MIMO) feedback systems. This simulator has the uncertain parameters such as fluid compressibility, fluid leakage, electrical servo components and nonlinear mechanical connections. This works have reproduced the random input signal to implement the real road vibration's data in the lab. The replaced $m^2$ MISO equivalent control systems satisfied the design specifications of the original $m^*m$ MIMO control system and developed the mathematical method using quantitative feedback theory based on schauder's fixed point theorem. This control system illustrates a tracking performance of the closed-loop controller with low order transfer function G(s) and pre-filter F(s) having the minimum bandwidth for parameters of uncertain plant. The efficacy of the designed controller is verified through the dynamic simulation with combined hydraulic model and Adams simulator model. The Matlab simulation results to connect with Adams simulator model show that the proposed control technique works well under uncertain hydraulic plant system. The designed control system has satisfied robust performance with stability bounds, tracking bounds and disturbance. The Hydraulic road simulator consists of the specimen, hydraulic pump, servo valve, hydraulic actuator and its control equipments
Ahn Young Kong;Song Jin Dae;Yang Bo-Suk;Ahn Kyoung Kwan;Morishita Shin
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.19
no.3
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pp.768-777
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2005
This paper shows that the performance of a nonlinear fluid engine mount can be improved by an optimal design process. The property of a hydraulic mount with inertia track and decoupler differs according to the disturbance frequency range. Since the excitation amplitude is large at low excitation frequency range and is small at high excitation frequency range, mathematical model of the mount can be divided into two linear models. One is a low frequency model and the other is a high frequency model. The combination of the two models is very useful in the analysis of the mount and is used for the first time in the optimization of an engine mount in this paper. Normally, the design of a fluid mount is based on a trial and error approach in industry because there are many design parameters. In this study, a nonlinear mount was optimized to minimize the transmissibilities of the mount at the notch and the resonance frequencies for low and high-frequency models by a popular optimization technique of sequential quadratic programming (SQP) supported by $MATLAB^{(R)}$subroutine. The results show that the performance of the mount can be greatly improved for the low and high frequencies ranges by the optimization method.
This paper presents sensorless vector control of induction motor drives with an improved model reference adaptive system observer for rotor speed estimation and parameters identification from measured stator currents, stator voltages and estimated rotor fluxes. The aim of the proposed sensorless control method is to compensate simultaneously stator resistance and rotor time constant variations which are subject of large changes during operation. PI controllers have been used in the model reference adaptive system adaptation mechanism and in the closed loops of speed and currents regulation. The stability of the proposed observer is proved by the Lyapunov's theorem and its feasibility is verified by experimentation. The experimental results are obtained with an 1 kW induction motor using Matlab/Simulink and a dSPACE system with DS1104 controller board showing the effectiveness of the proposed approach in terms of dynamic performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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