Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.26
no.4
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pp.286-294
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2016
In the initial design stage, the geometry of systems needs to be optimized regarding its performance. However, performance analysis is very time-consuming. Therefore, optimization becomes difficult/impossible problems because we need to evaluate the system performance for alternative design cases. To overcome this problem, many researchers perform prediction of system performance using the approximation model. The response surface method (RSM) is typically used to predict the system performance in the various research fields, but it presents prediction errors for highly nonlinear systems. The major objective of this paper is to propose a proper prediction method for marine system problems. Case studies of marine systems (the substructure of a floating offshore wind turbine considering hydrodynamic performance and bulk carrier bottom stiffened panels considering structure performance) verify that the proposed method is applicable to performance prediction in marine systems.
Linearization of transducer characteristic plays a vital role in electronic instrumentation because all transducers have outputs nonlinearly related to the physical variables they sense. If the transducer output is nonlinear, it will produce a whole assortment of problems. Transducers rarely possess a perfectly linear transfer characteristic, but always have some degree of non-linearity over their range of operation. Attempts have been made by many researchers to increase the range of linearity of transducers. This paper presents a method to compensate nonlinearity of Linear Variable Displacement Transducer (LVDT) based on Extreme Learning Machine (ELM) method, Differential Evolution (DE) algorithm and Artificial Neural Network (ANN) trained by Genetic Algorithm (GA). Because of the mechanism structure, LVDT often exhibit inherent nonlinear input-output characteristics. The best approximation capability of optimized ANN technique is beneficial to this. The use of this proposed method is demonstrated through computer simulation with the experimental data of two different LVDTs. The results reveal that the proposed method compensated the presence of nonlinearity in the displacement transducer with very low training time, lowest Mean Square Error (MSE) value and better linearity. This research work involves less computational complexity and it behaves a good performance for nonlinearity compensation for LVDT and has good application prospect.
The platform and floating structure of spar type offshore wind turbine systems should be designed in order for the 6-DOF motions to be minimized, considering diverse loading environments such as the ocean wave, wind, and current conditions. The objective of this study is to optimally design the platform and substructure of a 3MW spar type wind turbine system with the maximum postural stability in 6-DOF motions as well as the minimum material cost. Therefore, design variables of the platform and substructure were first determined and then optimized by a hydrodynamic analysis. For the hydrodynamic analysis, the body weight of the system was considered, and the ocean wave conditions were quantified to the wave forces using the Morison's equation. Moreover, the minimal number of computation analysis models was generated by the Design of Experiments (DOE), and the design variables of the platform and substructure were finally optimized by using a genetic algorithm with a neural network approximation.
A method based on finite element discretization is developed for optimizing the polarization profile of PVDF film to create the modal transducer for specific modes. Using this concept, one can design the modal transducer in two-dimensional structure having arbitrary geometry and boundary conditions. As a practical means for implementing this polarization profile without repoling the PVDF film the polarization profile is approximated by optimizing electrode patterns, lamination angles, and poling directions of the multi-layered PVDF transducer. This corresponds to the approximation of a continuous function using discrete values. The electrode pattern of each PVDF layer is optimized by deciding the electrode of each finite element to be used or not. Genetic algorithm, suitable for discrete problems, is used as an optimization scheme. For the optimization of each layers lamination angle, the continuous lamination angle is encoded into discrete value using binary 5 bit string. For the experimental demonstration, a modal sensor for first and second modes of cantilevered composite plate is designed using two layers of PVDF films. The actuator is designed based on the criterion of minimizing the system energy in the control modes under a given initial condition. Experimental results show that the signals from residual modes are successfully reduced using the optimized multi-layered PVDF sensor. Using discrete LQG control law, the modal peaks of first and second modes are reduced in the amount of 12 dB and 4 dB, resepctively.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.1
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pp.153-158
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2006
To optimize the combustion system in a HSDI diesel engine, a new analysis technology was developed. The in-cylinder 3-D combustion analysis was carried out by the modified KIVA-3V, and the spray characteristics for the high pressure injection system were analyzed by HYDSIM. The combustion design parameters were optimized by coupling the KIVA-3V and the iSIGHT. The optimization procedure consists of 3 steps. The $1^{st}$ step is the sampling method by the Design of Experiment(DOE), the $2^{nd}$ step is the approximation using the Neural Network method, and the $3^{rd}$ step is the optimization using the Genetic Algorithm. The developed procedures have been approved as very effective and reliable, and the computational results agree well with the experimental data. The analysis results show that the optimized combustion system in a HSDI diesel engine is capable of reducing NOx and Soot emissions simultaneously keeping a same level of the fuel consumption(BSFC).
The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.53
no.1
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pp.40-49
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2004
In this paper, we propose a new architecture of Genetic Algorithms(GAs)-based Self-Organizing Polynomial Neural Networks(SOPNN), discuss a comprehensive design methodology and carry out a series of numeric experiments. The conventional SOPNN is based on the extended Group Method of Data Handling(GMDH) method and utilized the polynomial order (viz. linear, quadratic, and modified quadratic) as well as the number of node inputs fixed (selected in advance by designer) at Polynomial Neurons (or nodes) located in each layer through a growth process of the network. Moreover it does not guarantee that the SOPNN generated through learning has the optimal network architecture. But the proposed GA-based SOPNN enable the architecture to be a structurally more optimized network, and to be much more flexible and preferable neural network than the conventional SOPNN. In order to generate the structurally optimized SOPNN, GA-based design procedure at each stage (layer) of SOPNN leads to the selection of preferred nodes (or PNs) with optimal parameters- such as the number of input variables, input variables, and the order of the polynomial-available within SOPNN. An aggregate performance index with a weighting factor is proposed in order to achieve a sound balance between approximation and generalization (predictive) abilities of the model. A detailed design procedure is discussed in detail. To evaluate the performance of the GA-based SOPNN, the model is experimented with using two time series data (gas furnace and NOx emission process data of gas turbine power plant). A comparative analysis shows that the proposed GA-based SOPNN is model with higher accuracy as well as more superb predictive capability than other intelligent models presented previously.
Probabilistic methods are used in engineering where a computational model contains random variables. The proposed method under development: Direct Optimized Probabilistic Calculation (DOProC) is highly efficient in terms of computation time and solution accuracy and is mostly faster than in case of other standard probabilistic methods. The novelty of the DOProC lies in an optimized numerical integration that easily handles both correlated and statistically independent random variables and does not require any simulation or approximation technique. DOProC is demonstrated by a collection of deliberately selected simple examples (i) to illustrate the efficiency of individual optimization levels and (ii) to verify it against other highly regarded probabilistic methods (e.g., Monte Carlo). Efficiency and other benefits of the proposed method are grounded on a comparative case study carried out using both the DOProC and MC techniques. The algorithm has been implemented in mentioned software applications, and has been used effectively several times in solving probabilistic tasks and in probabilistic reliability assessment of structures. The article summarizes the principles of this method and demonstrates its basic possibilities on simple examples. The paper presents unpublished details of probabilistic computations based on this method, including a reliability assessment, which provides the user with the probability of failure affected by statistically dependent input random variables. The study also mentions the potential of the optimization procedures under development, including an analysis of their effectiveness on the example of the reliability assessment of a slender column.
A 3-D numerical simulation of a buried-channel CCD (Charge Coupled Device) with a deep depletion has been performed to investigate its electrical and physical behaviors. Results are presented for a deep depletion CCD (EEV CCD12; JET-X CCD) fabricated on a high-resistivity $(1.5k\Omega-cm)\;65{\mu}m$ thick epi-layer, on a $550{\mu}m$ thick p+ substrate, which is optimized for X-ray detection. Accurate predictions of the Potential minimum and barrier height of a CCD Pixel as a function of mobile electrons are found to give good charge transfer. The depletion depth approximation as a function of gate and substrate bias voltage provided average errors of less than 6%, compared with the results estimated from X-ray detection efficiency measurements. The result obtained from the transient simulation of signal charge movement is also presented based on 3-Dimensional analysis.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.6
no.10
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pp.2567-2586
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2012
Localization of sensor nodes is a key technology in Wireless Sensor Networks(WSNs). Trilateration is an important position determination strategy. To further improve the localization accuracy, a novel Trilateration based on Point In Triangle testing Localization (TPITL)algorithm is proposed in the paper. Unlike the traditional trilateration localization algorithm which randomly selects three neighbor anchors, the proposed TPITL algorithm selects three special neighbor anchors of the unknown node for trilateration. The three anchors construct the smallest anchor triangle which encloses the unknown node. To choose the optimized anchors, we propose Point In Triangle testing based on Distance(PITD) method, which applies the estimated distances for trilateration to reduce the PIT testing errors. Simulation results show that the PIT testing errors of PITD are much lower than Approximation PIT(APIT) method and the proposed TPITL algorithm significantly improves the localization accuracy.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.2
s.233
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pp.303-310
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2005
The systems with probe and SIL(Solid Immersion Lens) mechanisms have been researched as the technology to perform NFR(Near Field Recording). Most of them use the flying head mechanism to accomplish high recording density and fast data transfer rate. In this paper, ABS shape of flying head was optimized with the object of securing the maximum compliance ability of OFH. We suggest low different optimization processes to predict the static flying characteristics for the OFH. Two different approximation methods, regression analysis and back propagation neural network were used. And we compared the result of directly connected(between CAE and optimizer) method and two approximated optimization results. Design Optimization Tool(DOT) and ${\mu}GA$ were used as the optimizers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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