Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.11
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pp.1185-1191
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2008
This paper presents an approach to define an optimal piezoactuator length to actively control structural vibration. The optimal ratio of the piezoactuator length against the beam length when a pair of piezoceramic actuator and accelerometer is used to suppress unwanted vibration with direct velocity feedback(DVFB) control strategy is not clearly defined so far. It is well known that DVFB control can be very useful when a pair of sensor and actuator is collocated on structures with a high gain and excellent stability. It is considered that three different collocated Pairs of piezoelectric actuators (20, 50 and 100 mm long) and accelerometers installed on three identical clamped-clamped beams($30{\times}20{\times}1mm$). The response of each sensor-actuator pair requires strictly positive real(SPR) property to apply a high feedback gain. However the length of the piezoactuator affects the SPR property of the sensor-actuator response. Intensive simulation and experiment show the effect of the actuator length variation is strongly related with the frequency range of the SPR property. Thus an optimal length ratio was suggested to obtain relevant performance with a good stability under the DVFB strategy.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.11
no.4
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pp.52-57
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2001
The flexural vibration of aluminum beams with active and passive constrained-layer damping has been investigated experimentally to design a structure with maximum possible damping capacity. Piezoelectric film is used as a sensor and piezoceramic as an actuator for the negative velocity feedback control. The experimental results are compared with those by the finite element analysis. This paper shows the effectiveness of active constrained-layer damping treatment through experiments, and we have carried out an experiment to study the effect of beam thickness.
This paper deals with adaptive fuzzy logic controller design to achieve proper dynamic response of a composite thin-walled beam with a tip mass. In order to check the effectiveness of this controller, three different types of control logic are selected and applied. The adaptive control capabilities provided by a system of piezoactuators bonded or embedded into the structure are also implemented in the system. Results show that the fuzzy logic controller is more effective than the proportional or velocity feedback controller for the vibration control of composite thin-walled beam with a tip mass.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.18
no.10
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pp.148-153
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2001
Active control of flexural vibrations of smart laminated composite beams has been carried out using piezoceramic sensor/actuator and viscoelastic material. The beams with passive constrained layer damping hale been analyzed by formulating the equations of motion through the use of extended Hamilton's principle. The dynamic characteristics such as damping ratio and modal damping of the beam are calculated for various fiber orientations by means of iterative complex eigensolution method. This paper addresses a design strategy of laminated composite under flexural vibrations to design structure with maximum possible damping capacity.
The dynamic output-feedback robust control method based on linear matrix inequality (LMI) method is presented for suppressing vibration response of a functionally graded material (FGM) beam with piezoelectric actuator/sensor layers in this paper. Based on the reduced model obtained by using direct mode truncation, the linear fractional state space representation of a piezoelectric FGM beam with material properties varying through the thickness is developed by considering both the inherent uncertainties in constitution material properties as well as material distribution and the model error due to mode truncation. The dynamic output-feedback robust H-infinity control law is implemented to suppress the vibration response of the piezoelectric FGM beam and the LMI method is utilized to convert control problem into convex optimization problem for efficient computation. In numerical studies, the flexural vibration control of a cantilever piezoelectric FGM beam is considered to investigate the accuracy and efficiency of the proposed control method. Compared with the efficient linear quadratic regulator (LQR) widely employed in literatures, the proposed robust control method requires less control voltage applied to the piezoelectric actuator in the case of same control performance for the controlled closed-loop system.
This paper describes the design, fabrication and characteristics of a piezoelectric valve using MCA(Multilayer ceramic actuator). The MCA valve, which has the buckling effect, consists of three separate structures; MCA, a valve actuator die and an a seat die. The design of the actuator die was done by FEM modeling and displacement measurement, respectively. The valve seat die with 6 trenches was made, and the actuator die, which is driven to MCA under optimized conditions, was also fabricated. After Si-wafer direct bonding between the seat die and the actuator die, MCA was also anodic bonded to the seat/actuator die structure. PDMS sealing pad was fabricated to minimize a leak-rate. It was also bonded to seat die and SUS package. The MCA valve shows a flow rate of 9.13 seem at a supplied voltage of 100 V with a 50% duty cycle, maximum non-linearity was 2.24% FS and leak rate was $3.03{\times}10^{-8}pa{\codt}m^{3}/cm^{2}$. Therefore, the fabricated MCA valve is suitable for a variety of flow control equipment, a medical bio-system, automobile and air transportation industry.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.17
no.1
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pp.90-100
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1993
A finite element formulation of vibration control of a laminated plate with piezoelectric sensor/ actuators is presented. Classical lamination theory with the induced strain actuation and Hamilton's principle are used to formulate the equations of motion of the system. The total charge developed on the sensor layer is calculated from the direct piezoelectric equation. The equations of motion and the total charge are discretized with 4 node, 12 degrees of freedom quadrilateral plate bending elements with one electrical degree of freedom. The mass and stiffness of the piezoelectric layer are introduced by treating them as another layer in laminated plate. Piezoelectric sensor/actuators are distributed, but discrete due to the geometry of electrodes. By defining an i.d. number of electrode for each element, modelling of electrodes with variable geometry can be achieved. The static response of a piezoelectric bimorph beam to electrical loading and sensor voltage to given displacement are calculated. For a laminated plate under the negative velocity feedback control, the direct time response by the Newmark-.betha. method and damped frequencies and modal damping ratios by modal state space analysis are derived.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.207-210
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2002
This paper is concerned with the experiments on the active vibration control of a plate with piezoceramic sensors and actuators. The natural frequencies of the composite plate featured by a piezo-film sensor and piezo-ceramic actuator are calculated by using the modal analysis method. Modal coordinates are introduced to obtain the state equations of the structural system. Six natural frequencies were considered in the modelling, because robust control theory which has inherent robustness to structured uncertainty is adopted to suppress the transients vibrations of a glass fiber reinforced(GFR) composite beam. A robust controller satisfying the nominal performance and robust performance is designed using robust theory based on the structured singular value. Simulations were carried out with the designed controller and effectiveness of the robust control strategy was verified by results.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.943-946
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2007
In-plane piezoelectric charge constant of Electro-Active paper (EAPap) was investigated based on direct and converse piezoelectric effects. EAPap samples were made with cellulose film with very thin gold electrode coated on both sides of the film. To characterize direct piezoelectricity of EAPap, induced charge was measured when mechanical stress was applied to EAPap. In-plane piezoelectric charge constant was extracted from the relation between induced charge and applied in-plane normal stress. To investigate converse piezoelectricity, induced in-plane strain was measured when electric field was applied to EAPap. Piezoelectric charge constant was also extracted from the relation of induced in-plane strain and applied electric field. Piezoelectric charge constants obtained from direct and converse piezoelectricity are 31 pC/N and 178 x 10-12m/V for 45 degree sample, respectively. Measured piezoelectric charge constants of EAPap provide promising potential as a piezoelectric material.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2013.10a
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pp.799-804
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2013
The sensor/actuator active sensor diagnostics procedure, where the sensors/actuators are confirmed to be functioning properly during operation, is a critical component to successfully complete the structural health monitoring (SHM) process with large numbers of active sensors typically installed in a structure. The basis of this process is to track the changes in the capacitive value of piezoelectric materials, which shows up in measured admittance. Due to the temperature dependent nature of piezoelectric materials, we investigated the effects of temperature variations on sensor diagnostic process. The effect of temperature variations found to be remarkable, modifying the measured capacitive values significantly. In addition we analyzed the effect of bonding agents between a PZT patch and a host structure. This paper summarizes considerations needed to develop such sensor diagnostic processes, experimental procedures and results, and additional issues that can be used as guidelines for future investigations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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