Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.3
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pp.309-314
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2014
The structural layout of mechanical and civil structures is commonly obtained using conventional methods. For example, the shape of structures such as electric transmission towers and offshore substructures can be generated systematically. However, with rapid advancements in computer graphic technology, advanced structural analyses and optimum design technologies have been implemented. In this study, the structural shape of a jacket substructure for an offshore wind turbine is investigated using a topology optimization technique. The structure is subjected to multiple loads that are intended to simulate the loading conditions during actual operation. The optimization objective function is defined as one that ensures compliance of the structure under the given boundary conditions. Optimization is carried out with constraints on the natural frequency in addition to the volume constraint. The result of a first step model provides quick insights into the optimum layout for the second step structure. Subsequently, a 3D model in the form of the frustum of a quadrilateral pyramid is developed through topology optimization.
This paper describes a new stochastic heuristic algorithm in engineering problem optimization especially in power system applications. An improved particle swarm optimization (PSO) called adaptive particle swarm optimization (APSO), mixed with simulated annealing (SA), is introduced and referred to as APSO-SA. This algorithm uses a novel PSO algorithm (APSO) to increase the convergence rate and incorporate the ability of SA to avoid being trapped in a local optimum. The APSO-SA algorithm efficiency is verified using some benchmark functions. This paper presents the application of APSO-SA to find the optimal location, type and size of flexible AC transmission system devices. Two types of FACTS devices, the thyristor controlled series capacitor (TCSC) and the static VAR compensator (SVC), are considered. The main objectives of the presented method are increasing the voltage stability index and over load factor, decreasing the cost of investment and total real power losses in the power system. In this regard, two cases are considered: single-type devices (same type of FACTS devices) and multi-type devices (combination of TCSC, SVC). Using the proposed method, the locations, type and sizes of FACTS devices are obtained to reach the optimal objective function. The APSO-SA is used to solve the above non.linear programming optimization problem for better accuracy and fast convergence and its results are compared with results of conventional PSO. The presented method expands the search space, improves performance and accelerates to the speed convergence, in comparison with the conventional PSO algorithm. The optimization results are compared with the standard PSO method. This comparison confirms the efficiency and validity of the proposed method. The proposed approach is examined and tested on IEEE 14 bus systems by MATLAB software. Numerical results demonstrate that the APSO-SA is fast and has a much lower computational cost.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.10
no.5
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pp.487-496
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2000
In this paper, the Multi-FNN(Fuzzy-Neural Networks) model is identified and optimized using HCM(Hard C-Means) clustering method and genetic algorithms. The proposed Multi-FNN is based on Yamakawa's FNN and uses simplified inference as fuzzy inference method and error back propagation algorithm as learning rules. We use a HCM clustering and Genetic Algorithms(GAs) to identify both the structure and the parameters of a Multi-FNN model. Here, HCM clustering method, which is carried out for the process data preprocessing of system modeling, is utilized to determine the structure of Multi-FNN according to the divisions of input-output space using I/O process data. Also, the parameters of Multi-FNN model such as apexes of membership function, learning rates and momentum coefficients are adjusted using genetic algorithms. A aggregate performance index with a weighting factor is used to achieve a sound balance between approximation and generalization abilities of the model. The aggregate performance index stands for an aggregate objective function with a weighting factor to consider a mutual balance and dependency between approximation and predictive abilities. According to the selection and adjustment of a weighting factor of this aggregate abjective function which depends on the number of data and a certain degree of nonlinearity, we show that it is available and effective to design an optimal Multi-FNN model. To evaluate the performance of the proposed model, we use the time series data for gas furnace and the numerical data of nonlinear function.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.21
no.6
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pp.792-797
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2011
This paper discusses the application of a hybrid discretiziation method for the discretization procedure that needs to be included in discrete particle swarm optimization (DPSO) for the problem of allocating PV (photovoltaic) systems onto distribution power systems. For this purpose, this paper proposes a rule-based expert system considering the objective function value and its optimizing speed as the input parameters and applied it to the PV allocation problem including discrete decision variables. For multi-level discretization, this paper adopts a hybrid method combined with a simple rounding and sigmoid funtion based 3-step and 5-step quantization methods, and the application of the rule based expert system proposing the adequate discretization method at each PSO iteration so that the DPSO with the hybrid discretization can provide better performance than the previous DPSO.
This study analyzed the optimization method of forest management to enhance economic and public functions, as well as the interrelationship among timber production, carbon storage, and water conservation functions in Mt.Gari leading forest management zone. For these purposes, a forest management planning model was developed using Multi-Objective Linear Programming. The model had an objective function to maximize the total NPV (Net Present Value) of weighted timber production, carbon storage, water conservation, and constraints to limit the rate of change in timber production, percentage of each age-class and tree species area, percentage of conifers and broad-leaved trees area in each management zone, minimum timber production and timber sales amount. Based on the description of forest inventory and the comprehensive plan of Mt.Gari, we analyzed stand information and management constraints of the study area. We compared management alternatives using different weights in the objective function. Therefore, the total NPV was maximized in the alternative considering the three functions in equal proportion, rather than the alternatives of maximizing only one function. When all three functions were considered simultaneously, timber production offset the carbon storage and water conservation, and carbon storage and water conservation interacted synergistically. However, when considering only two of the three functions, all combinations of functions demonstrated tradeoffs with one other. Therefore, we discovered that by considering all three functions equally, rather than only one or two functions, the economic and public values of the study area can be maximized.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.22
no.6
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pp.411-416
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2016
This paper presents the design methodology of an unknown input observer for Lipschitz nonlinear systems with unknown inputs in the framework of convex optimization. We use an unknown input observer (UIO) to consider both nonlinearity and disturbance. By deriving a sufficient condition for exponential stability in the linear matrix inequality (LMI) form, existence of a stabilizing observer gain matrix of UIO will be assured by checking whether the quadratic stability margin of the error dynamics is greater than the Lipschitz constant or not. If quadratic stability margin is less than a Lipschitz constant, the coordinate transformation may be used to reduce the Lipschitz constant in the new coordinates. Furthermore, to reduce the maximum singular value of the observer gain matrix elements, an object function to minimize it will be optimally designed by modifying its magnitude so that amplification of sensor measurement noise is minimized via multi-objective optimization algorithm. The performance of UIO is compared to a nonlinear observer (Luenberger-like) with an application to a flexible joint robot system considering a change of load and disturbance. Finally, it is validated via simulations that the estimated angular position and velocity provide true values even in the presence of unknown inputs.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.58
no.3
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pp.614-620
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2009
The force distribution in multi-legged robots is a constrained, optimization problem. The solution to the problem is the set points of the leg contact forces for a particular system task. In this paper, an efficient and general formulation of the force distribution problem is developed using linear programming. The considered walking robot is a quadruped robot with a locked-joint failure, i.e., a joint of the failed leg is locked at a known place. For overcoming the drawback of marginal stability in fault-tolerant gaits, we define safety margin on friction constraints as the objective function to be maximized. Dynamic features of locked-joint failure are represented by equality and inequality constraints of linear programming. Unlike the former study, our result can be applied to various forms of walking such as crab and turning gaits. Simulation results show the validity of the proposed scheme.
Cho Young-Min;Shin Soo-Yong;Lee In-Hee;Zhang Byoung-Tak
Proceedings of the Korean Information Science Society Conference
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2006.06a
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pp.82-84
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2006
최근의 생물학적인 연구에 DNA microarray가 널리 쓰이고 있기 때문에, 이러한 DNA microarray를 구성하는데 필요한 probe design 작업의 중요성이 점차 커져가고 있다. 이 논문에서는 probe design 문제를 thermodynamic fitness function이 2개인 multi-objective optimization 작업으로 변환한 뒤, ${\epsilon}$-multiobjective evolutionary algorithm을 이용하여 probe set을 찾는다. 또한, probe 탐색공간의 크기를 줄이기 위하여 각 DNA sequence의 primer 영역을 찾는 작업을 진행하며, 사용자가 직접 프로그램을 테스트할 수 있는 웹사이트를 제공한다. 실험 대상으로는 mycoides를 선택하였으며, 이 논문에서 제안된 방법을 사용하여 성공적으로 probe set을 발견할 수 있었다.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.7
no.1
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pp.1-12
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1995
In order to seek various relationships among many design parameters employed in the design of the axial-flow fans the program which generates acoustic spectrum has been developed and its validity verified. Outputs of the program, with other outputs from a formerly developed performance prediction program, have been used to form a multi-objective function, for which an optimal design process was carried out. The present analysis shows that overall noise level and efficiency has contrasting trends, and the chord length turns out to be the most critical design variable. In the chosen design case of requirements $Q=2000m^2/min$, ${\Delta}P_s=67mmAq$, D=1.4m, the chord length of 0.2059m minimizes the overall noise level, while chord length of 0.1254m maximizes the efficiency. The resulting chord length in the balanced optimization is 0.1809m.
This paper presents a method for optimal placement of series condenser in order to improve the power system transient stability using genetic algorithms(GAs). In applying GAs, this approach utilizes two kinds of strings, one is coded by a binary finite-length for the selection of lines to install series condenser, the other is coded by a real value for the determination of injected condenser capacitance. For the formulation. this paper considers multi-objective function which is the critical energy as decelerating energy in power systems and the total injected condenser capacitance. The proposed method is applied to 9-bus, 18-line, 3-machine model system to show its effectiveness in determining the locations to install series condenser and the series condenser capacitance to be injected, simultaneously.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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