In this paper, a control method is presented to improve performance of haptic display on a passive haptic device equipped with passive actuators. In displaying a virtual wall with the passive haptic device, an unstable behavior occurs with excessive actions of brakes due to the time delay mainly arising from the update rate of the virtual environment and force approximation originated from the characteristics of the passive actuators. The previous T.D.P.C. (Time Domain Passivity Control) method was not suitable for the passive haptic device, since a programmable damper used in the previously introduced T.D.P.C. method easily leads to undesirable behaviors. A new passivity control method is evaluated with considering characteristics of the passive device. First, we propose a control method which is designed under the analysis of the passive FME (Force Manipulability Ellipsoid). And then a passivity control scheme is applied to the proposed control method. Various experiments have been conducted to verify the proposed method with a 2-link mechanism.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.2
no.2
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pp.238-246
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2004
In displaying a virtual wall using a passive haptic device equipped with passive actuators such as electric brakes, unsmooth motion frequently occurs. This undesirable behavior is attributed to time delay due to slowness in the virtual environment update and force approximation due to the inability of a brake to generate torque in arbitrary directions. In this paper a new control scheme called direct control is proposed to achieve smooth display on the wall-following task with a passive haptic device. In direct control, brakes are controlled so that the normal component of a resultant force at the end-effector vanishes, based on the force analysis at the end-effector of the passive haptic device using the passive FME (Force Manipulability Ellipsoid). Various experiments have been conducted to verify the validity of the direct control scheme with a 2-link passive haptic system.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.27-35
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2010
This paper presents the vibration control performance of the smart passive control system to suppress the undesired vibration of the structure subjected to the earthquake loadings. Smart passive control system is the MR damper-based control system augmented with electromagnetic induction(EMI) device which consists of permanent magnets and solenoid coils. According to the Faraday's law of electromagnetic induction, an EMI device produces electrical energy from the mechanical energy due to the reciprocal motions of the structure and provide it to the MR damper. The smart passive control system can be the simple and easy to implement and maintain control system by replacing the feedback control system including sensors, controllers and external power sources of the conventional MR damper-based semiactive control system with the EMI device. The control performance of the smart passive control system is evaluated through the set of shaking table test considering the various historical earthquake loadings.
The research field of structural control has evolved from the development of passive devices since 1970s, through the intensive investigation on active systems in 1980s, to the recent studies of semi-active control systems in 1990s. Currently semi-active control is considered most promising in civil engineering applications. However, actual implementation of semi-active devices is still limited due mainly to their system maintenance and associated long-term reliability as a result of power requirement. In this paper, the concept of functionally upgraded passive devices is introduced to streamline some of the state-of-the-art researches and guide the development of new passive devices that can mimic the function of their corresponding semi-active control devices for various applications. The general characteristics of this special group of passive devices are discussed and representative examples are summarized. Their superior performances are illustrated with cyclic and shake table tests of two example devices: mass-variable tuned liquid damper and friction-pendulum bearing with a variable sliding surface curvature.
This study deals with the optimal design of a hybrid control system composed of a combination of active control system and passive control system for effective seismic performance improvement of two adjacent structures. The proposed hybrid control system adopts a configuration of installing an active control device in one building and connecting two adjacent structures with a passive control device so that the one-side active control force can be bi-directionally applied to both buildings through the passive connecting devices. In order to derive the optimal performance of the proposed system, the design parameters of the passive and active control systems were searched using the genetic algorithm. Numerical simulations of 10-story and 8-story buildings have been performed to verify the effectiveness of the proposed technique. For the purpose of comparison, the conventional independent control system with two identical active control systems being installed separately for each structure was also optimally designed and its seismic response has been evaluated as well. From the comparative results of the two control systems, it is demonstrated that the proposed hybrid control system requires larger control force for its one-side active control device than the conventional independent control system does for each of both-side active devices, but quite less than the total control force required for both-side devices of the independent control system, while maintaining similar seismic performance. Therefore, the proposed system is more economical and reliable than the conventional independent control system with two identical active devices.
In this study, a passive control using a boat-tail device is conducted for a three-dimensional car model in ground proximity. We consider various boat-tails and investigate the mechanism of drag reduction by them. By varying the length and slant angle of boat-tail, we obtain drag reductions up to 40%. From the oil-surface flow visualization and hot-wire measurement, the drag reduction by the boat-tail is characterized by the shear-layer instability and reattachment on the boat-tail, forming a small separation bubble at the upstream part of boat-tail surface, resulting in the delay of main separation and drag reduction. At high slant angles, the flow fully separates and drag is nearly same as that of no control.
Recent studies integrating vibration control and structural health monitoring (SHM) use control devices and control algorithms to enable system identification and damage detection. In this study real-time SHM is used to enhance structural vibration control and reduce damage. A newly proposed control algorithm, including integrated real-time SHM and semi-active control strategy, is presented to mitigate both damage and seismic response of the main structure under strong seismic ground motion. The semi-active independently variable stiffness (SAIVS) device is used as semi-active control device in this investigation. The proper stiffness of SAIVS device is obtained using a new developed semi-active control algorithm based on real-time damage tracking of structure by damage detection algorithm based on identified system Markov parameters (DDA/ISMP) method. A three bay five story steel braced frame structure, which is equipped with one SAIVS device at each story, is employed to illustrate the efficiency of the proposed algorithm. The obtained results show that the proposed control algorithm could significantly decrease damage in most parts of the structure. Also, the dynamic response of the structure is effectively reduced by using the proposed control algorithm during four strong earthquakes. In comparison to passive on and off cases, the results demonstrate that the performance of the proposed control algorithm in decreasing both damage and dynamic responses of structure is significantly enhanced than the passive cases. Furthermore, from the energy consumption point of view the maximum and the cumulative control force in the proposed control algorithm is less than the passive-on case, considerably.
Kim, Tae-Woo;Cho, Chang-Hyun;Kim, Mun-Sang;Song, Jae-Bok
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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2003.10a
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pp.1565-1570
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2003
Passive Haptic Devices have more benefit than the active in Stability. But Apart from benefits, it shows poor performance in haptic display. The author proposed the passive FME(Force Manipulability Ellipsoid) which can graphically show force generating ability of a passive haptic device. In this paper, performance indexes for the force approximation and pseudo friction cone are obtained with the passive FME and an optimized planar device with the indexes is proposed. Based on the above theory, experiment is conducted.
An extensive numerical investigation on the magnetorheological (MR) damper-based smart passive control system for mitigating vibration of stay cables under wind loads has been conducted. The smart passive system is incorporated with an electromagnetic induction (EMI) device for reducing complexity of the conventional MR damper based semi-active control system by eliminating an external power supply part and a feedback control part (i.e., sensors and controller). In this study, the control performance of the smart passive system has been evaluated by using a cable structure model extracted from a full-scale long stay cable with high tension. Numerical simulation results of the proposed smart damping system are compared with those of the passive and semi-active control systems employing MR dampers. It is demonstrated from the results that the control performance of the smart passive control system is better than those of the passive control cases and comparable to those of the semi-active control systems in the forced vibration analysis as well as the free vibration analysis, even though there is no external power source in the smart passive system.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.13
no.7
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pp.711-717
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2007
Location information will become increasingly important for future Pervasive Computing applications. Location tracking system of a moving device can be classified into two types of architectures: an active mobile architecture and a passive mobile architecture. In the former, a mobile device actively transmits signals for estimating distances to listeners. In the latter, a mobile device listens signals from beacons passively. Although the passive architecture such as Cricket location system is inexpensive, easy to set up, and safe, it is less precise than the active one. In this paper, we present a passive location system using Cricket Mote sensors which use RF and ultrasonic signals to estimate distances. In order to improve accuracy of the passive system, the transmission speed of ultrasound was compensated according to air temperature at the moment. Upper and lower bounds of a distance estimation were set up through measuring minimum and maximum distances that ultrasonic signal can reach to. Distance estimations beyond the upper and the lower bounds were filtered off as errors in our scheme. With collecting distance estimation data at various locations and comparing each distance estimation with real distance respectively, we proposed an equation to compensate the deviation at each point. Equations for proposed algorithm were derived to calculate relative coordinates of a moving device. At indoor and outdoor tests, average location error and average location tracking period were 3.5 cm and 0.5 second, respectively, which outperformed Cricket location system of MIT.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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