This paper proposes a new type of MR(magnetorheological) fluid based suspension system and applies it to military vehicle for vibration control. The suspension system consists of gas spring and MR damper. The nonlinear behavior of spring characteristics is evaluated with respect to the wheel travel and damping force model due to viscosity and yield stress of MR fluid is derived. Subsequently, a military vehicle of 6WD is adopted for the integration of the MR suspension system and its nonlinear dynamic model is established by considering vertical, pitch and roll motion. Then, a sky-hook controller associated with semi-active actuating condition is designed to reduce the imposed vibration. In order to demonstrate the effectiveness of the proposed MR suspension system, computer simulation is undertaken showing vibration control performance such as roll angle and pitch angle evaluated under bump and random road profiles.
Investigating ship motion under real conditions is vital for evaluating the seakeeping performance, particularly in the design process stage. This study examined the influence of the principal particulars of a trawler on its seakeeping performance. The wave conditions in the Bering Sea are investigated using available data. The length-to-beam (L/B) and beam-to-draft (B/T) ratios of the ship are changed by 10% for the numerical simulation. The response amplitude operator (RAO) motion, root mean square (RMS) value and sensitivity analysis are calculated to evaluate the influence of the trawler dimensions on ship motions. The peak RAO motion affected the ship motions noticeably because of the resonance at the natural frequency. The L/B and B/T ratios are important geometric parameters of a ship that significantly influence its RMS motion, particularly in the case of roll and pitch. The change in the B/T ratio has a good seakeeping performance based on a comparison of the roll and pitch with the seakeeping criteria. The present results provide insights into the seakeeping performance of ships due to the influence of the principal dimensions in the design stage.
An autopilot for the class of Bank-To-Turn missiles is developed using a multivariable plant model & control design methodology. The roll-pitch-yaw cross coupling is included in the design considerations. Feedback system is designed using the Linear Quadratic Gaussian with Loop Transfer Recovery (LQG/LTR). Nonlinear simulations are presented to demonstrate the performances of the designed system.
This paper addresses issues encountered in measuring the general, 6-degree-of-freedom motion of a human head, A complete mathematical description for measuring the head motion using the six-accelerometer configured bite-bar is suggested, The description shows that the six-axis vibration cannot be completely obtained without the roll, pitch and yaw angular velocity components, A new method of estimating the three orthogonal (roll, pitch and yaw) angular velocities from the six acceleration measurements is introduced. The estimated angular velocities are shown to enable further quantitative error analysis in measuring the translational and angular accelerations at the head. To make this point clear, experimental results are also illustrated in this paper. They show that when the effects of angular velocities are neglected in the head vibration measurement the maximum percentage errors were observed to be more than $3 \%$ for the angular acceleration of the head and to be close to $5 \%$ for its translational acceleration, respectively. It means that the inclusion of all the angular velocity dependent acceleration components gives more accurate measurement of the head vibration.
This paper introduces feedback linearization (FL) based adaptive sliding mode control (ASMC) effective against ground effects of the quadrotor UAV. The proposed control has the capability of estimation and effective rejection of those effects by adaptive mechanism, which resulting stable attitude and positioning of the quadrotor. As output variables of quadrotor, x-y-z position and yaw angle are chosen. Dynamic extension of the quadrotor dynamics is obtained for terms of roll and pitch control input to be appeared explicitly in x-y-z dynamics, and then linear feedback control including a ground effect is designed. A sliding mode control (SMC) is designed with a class of FL including higher derivative terms, sliding surfaces for which is designed as a class of integral type of resulting closed loop dynamics. The asymptotic stability of the overall system was assured, based on Lyapunov stability methods. It was evaluated through some simulation that attitude control capability is stable under excessive estimation error for unknown ground effect and initial attitude of roll, pitch, and yaw angle of $30^{\circ}$ in all. Effectiveness of the proposed method was shown for quadrotor system with ground effects.
A test simulator is needed to develop a fuel quantity measurement system that takes into account the roll and pitch motion of the aircraft. In this paper, we develop a test simulator that consists of attitude simulation equipment, fueling equipment, and data storage equipment. The attitude simulation equipment simulates the aircraft attitude. It is manufactured to operate pitch angle and roll angle movement. The fueling equipment supplies fuel to the supplementary fuel tank. The data storage equipment collects and stores the measured data. We also develop an automation software that operates the test simulator and collects data automatically. The test simulator has been automated to prevent testers from being exposed to toxic fuel. Through automation software, the collection period is reduced by one quarter compared to manual collection. The developed fuel quantity measurement system is verified through the test simulator.
Seated human subjects have been exposed to vertical vibration so as to investigate six-axis biodynamic response. Sixteen males were exposed to random vertical vibration in the frequency range(3~40Hz) at one vibration magnitude(0.224m/$s^2$ r.m.s.). Forces were measured in the vertical, fore-and-aft, lateral, roll, pitch and yaw direction on the seat. The median of cross-axis apparent mass magnitude in the fore-and-aft direction could reach up to 20% of the apparent mass magnitude at resonance frequency. And the median of apparent eccentric mass magnitude in the roll direction could reach up to 15% of the apparent eccentric mass magnitude in the pitch direction at resonance frequency. But cross-axis apparent mass in the lateral direction and apparent eccentric mass in the yaw direction showed very small.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제15권1호
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pp.82-90
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2014
In this paper, the effect of Lorentz force on the stability of attitude orientation of a charged spacecraft moving in an elliptic orbit in the geomagnetic field is considered. Euler equations are used to derive the equations of attitude motion of a charged spacecraft. The equilibrium positions and its stability are investigated separately in the pitch, roll and yaw directions. In each direction, we use the Lorentz force to identify an attitude stabilization parameter. The analytical methods confirm that we can use the Lorentz force as a stabilization method. The charge-to-mass ratio is the main key of control, in addition to the components of the radius vector of the charged center of the spacecraft, relative to the center of mass of the spacecraft. The numerical results determine stable and unstable equilibrium positions. Therefore, in order to generate optimum charge, which may stabilize the attitude motion of a spacecraft, the amount of charge on the surface of spacecraft will need to be monitored for passive control.
This paper deals with three dimensional orientation estimation algorithm for an attitude and heading reference system (AHRS) based on nine-axis inertial/magnetic sensor signals. In terms of the orientation estimation based on the use of a Kalman filter (KF), the quaternion is arguably the most popular orientation representation. However, one critical drawback in the quaternion representation is that undesirable magnetic disturbances affect not only yaw estimation but also roll and pitch estimations. In this paper, a sequential direction cosine matrix-based orientation KF for AHRS has been presented. The proposed algorithm uses two linear KFs, consisting of an attitude KF followed by a heading KF. In the latter, the direction of the local magnetic field vector is projected onto the heading axis of the inertial frame by considering the dip angle, which can be determined after the attitude KF. Owing to the sequential KF structure, the effects of even extreme magnetic disturbances are limited to the roll and pitch estimations, without any additional decoupling process. This overcomes an inherent issue in quaternion-based estimation algorithms. Validation test results show that the proposed method outperforms other comparison methods in terms of the yaw estimation accuracy during perturbations and in terms of the recovery speed.
This paper develops a 7 DOF vehicle model to study the effects of the active suspension on ride. The model is used to derive a control law for the active suspension using a full state linear optimal control technique. A wheelbase preview type active suspension is also considered in the control law derivation. The time delay between wheelbases is approximated using Pade approximation technique. The ride model is extended to a 14 DOF handling model. The 14 DOF handling model includes lateral, longitudinal, yaw and four wheel spin motions in addition to the 7 DOF ride model. A control law which is derived considering only ride related parameters is used to study the effects of the active suspension on a vehicle handling. J-turn maneuver simulation results show that the active suspension has a slower response in lateral acceleration and yaw rate, a bigger steady state lateral acceleration and an oversteer tendency. Lane changing maneuver simulation results show that the active suspension has a little bigger lateral acceleration but a much smaller roll angle and roll motion. Braking maneuver simulation results show that the active suspension has a much smaller pitch angle and pitch motion.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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