Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.22
no.3
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pp.267-272
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2012
This paper propose the implementation of robust fuzzy controller for controlling an active magnetic bearing (AMB) system with 6 degree of freedom (DOF). A basic model with 6 DOF rotor dynamics and electromagnetic force equations for conical magnetic bearings is proposed. The developed model has severe nonlinearity and uncertainty so that it is not easy to obtain the control objective. For solving this problem, we use the Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy model which is suitable for designing fuzzy controller. The control object in the AMB system enables the rotor to rotate without any phsical contact by using magnetic force. In this paper, we analyze the nonlinearity of the active magnetic bearing system by using fuzzy control algorithm and desing the robust control algorithm for solving the parameter variation. Simulation results for AMB are demonstrated to visualize the feasibility of the proposed method.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.21
no.3
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pp.372-377
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2011
This paper propose the robust stability algorithm for controlling a hybrid magnetic bearing system. The control object in the magnetic bearing system enables the rotor to rotate without any physical contact by using magnetic force. Generally, the system dynamics of the magnetic bearing system has severe nonlinearity and uncertainty so that it is not easy to obtain the control objective. For solving these problems, we propose the fuzzy modelling and robust control algorithm for hybrind magnetic bearing system. The sufficient conditions for robust controller are obtained in terms of solutions to linear matrix inequalities (LMIs). Simulation results for HMB are demonstrated to visualize the feasibility of the proposed method.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.2
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pp.111-118
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2022
An electro-mechanical actuator (EMA) is an actuator that combines an electric motor with a mechanical power transmission elements, and it is suitable for urban air mobility (UAM) in terms of design freedom and maintenance. In this paper, the author presents the research results of the EMA that controls the rotor blade pitch angle of UAM. The actuator is based on an inverted roller screw and controls the blade pitch angle through a two-bar linkage. The dynamic equations for the actuator alone and the blade pitching motion with actuator were derived. For the latter, the equivalent moment of inertia is variable depending on the link angle due to the two-bar linkage. The variations of the equivalent moments of inertia are analyzed and compared in terms of the nut motion and the blade pitch motion. For an example model, the variation of the equivalent moment of inertia of the former is smaller than the latter, so it is judged that the dynamic equations derived from the point of view of the nut motion is suitable for the controller design.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.44
no.9
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pp.796-805
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2016
As a part of the first stage in the helicopter flight simulator development, this study numerically evaluates handling qualities of the dynamics model. The flight dynamics model was generated using public information for AS365 N2, the target aircraft of the simulator. The flight simulator is under development as a pilot training and research tool for firefighting missions. The assessment of the model intends to validate general characteristics and suitability before the model is enhanced with flight test data. The evaluation is based on the ADS-33E-PRF(Aeroautical Design Standard Performance Specification Handling Qualities Requirement) criteria, with consideration of category of the aircraft, missions, and environment. The numerical operations follow required or recommended procedures of flight test for compliance demonstration. Evaluation results are evaluated according to the rating specified in maneuverability ADS-33E-PRF. Results have identified to provide a satisfactory platform for flight dynamic model in the general helicopter simulator generated based on the RotorLibFDM, and can be used as a base for basic training and research.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.15
no.3
s.96
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pp.251-258
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2005
The free vibration of a spinning flexible disk-spindle system supported by hydro dynamic bearings (HDB) in an HDD is analyzed by FEM. The spinning flexible disk is described using Kirchhoff plate theory and von Karman non-linear strain, and its rigid body motion is also considered. It is discretized by annular sector element. The rotating spindle which includes the clamp, hub, permanent magnet and yoke, is modeled by Timoshenko beam including the gyroscopic effect. The flexible supporting structure with a complex shape which includes stator core, housing, base plate, sleeve and thrust pad is modeled by using a 4-node tetrahedron element with rotational degrees of freedom to satisfy the geometric compatibility. The dynamic coefficients of HDB are calculated from the HDB analysis program, which solves the perturbed Reynolds equation using FEM. Introducing the virtual nodes and the rigid link constraints defined in the center of HDB, beam elements of the shaft are connected to the solid elements of the sleeve and thrust pad through the spring and damper element. The global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to the state-space matrix-vector equation, and the associated eigen value problem is solved by using the restarted Arnoldi iteration method. The validity of this research is verified by comparing the numerical results of the natural frequencies with the experimental ones. Also the effect of supporting structures to the natural modes of the total HDD system is rigorously analyzed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.572-578
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2003
The free vibration of a spinning flexible disk-spindle system supported by hydro dynamic bearings in a HDD is analyzed by FEM. The spinning flexible disk is described using Kirchhoff plate theory and von Karman non-linear strain, and its rigid body motion is also considered. It is discretized by annular sector element. The rotating spindle which includes the clamp, hub, permanent magnet and yoke, is modeled by Timoshenko beam including the gyroscopic effect. The flexible supporting structure with a complex shape which includes stator core, housing, base plate, sleeve and thrust pad is modeled by using a 4-node tetrahedron element with rotational degrees of freedom to satisfy the geometric compatibility. The dynamic coefficients of HDB are calculated from the HDB analysis program, which solves the perturbed Raynolds equation using FEM. Introducing the virtual nodes and the rigid link constraints defined in the center of HDB, beam elements of the shaft are connected to the solid elements of the sleeve and thrust pad through the spring and damper element. The global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to the state-space matrix-vector equation, and the associated eigenvalue problem is solved by using the restarted Arnoldi iteration method. The validity of this research is verified by comparing the numerical results of the natural frequencies with the experimental ones. Also the effect of supporting structures to the natural modes of the total HDD system is rigorously analyzed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.05a
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pp.660-665
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2006
This paper presents a finite element method to analyze the free and forced vibration of a hard disk drive (HDD) considering the flexibility of a spinning disk-spindle with fluid dynamic bearings (FDBs), an actuator with pivot bearings, an air bearing between head-disk interface and the base with complicated geometry. Finite element equation of each component is consistently derived with the satisfaction of the geometric compatibility of the internal boundary between each component. The spinning disk, hub and FDBs are modeled by annular sector elements, beam elements and stiffness and damping elements, respectively. The actuator am, E-block, suspension and base plate are modeled by tetrahedral elements. The pivot bearing in the actuator and the air bearing between head-disk interfaces are modeled by the stiffness element with five degrees of freedom and the axial stiffness, respectively. A global matrix equation obtained by assembling the finite element equations of each substructure is transformed to a state-space matrix-vector equation, and both damped natural frequencies and modal damping ratios are calculated by solving the associated eigenvalue problem with the restarted Arnoldi iteration method. Modal and shock testing are performed to show that the proposed method well predicts the vibration characteristics of a HDD.
This paper presents a hydrostatic bearing design and rotordynamic analysis of a turbo expander for a hydrogen liquefaction plant. Th~e turbo expander includes the turbine and compressor wheel assembled to a shaft supported by two hydrostatic radial and thrust bearings. The rated speed is 75,000 rpm and the rated power is 6 kW. For the bearing operation, we use pressurized air at 8.5 bar as the lubricant that is supplied to the bearing through the orifice restrictor. We calculate the bearing stiffness and flow rate for various gauge pressure ratios and select the orifice diameter providing the maximum bearing stiffness. Additionally, we conduct a rotordynamic analysis based on the calculated bearing stiffness and damping considering design parameters of the turbo expander. The predicted Cambell diagram indicates that there are two critical speeds under the rated speed and there exists a sufficient separation margin for the rated speed. In addition, the predicted rotor vibration is under 1 ㎛ at the rated speed. We conduct the operating test of the turbo expander in the test rig. For the operation, we supply pressurized air to the turbine and monitor the shaft vibration during the test. The test results show that there are two critical speeds under the rated speed, and the shaft vibration is controlled under 2.5 ㎛.
This paper constructs a precise dynamics model using flightlab, a specialized program for rotor modeling and performance analysis, to simulate urban air mobility (UAM). flightlab is well-suited for detailed modeling of UAM, particularly requiring detailed aerodynamic characteristics under high-altitude and urban wind conditions. The study focuses on implementing and analyzing a lift-cruise UAM model with distributed propulsion using flightlab. The lift-cruise model integrates motors for vertical take-off and fixed-wing flight. Given the limited specific examples of such UAM models in flightlab and challenges in evaluating with conventional fixed-wing or drone models, this research implements and verifies the lift-cruise model using matlab, comparing its performance against flightlab results to validate the modeling approach. This research aims to explore the potential of flightlab for detailed UAM modeling and contribute to technological advancements in future urban transportation.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.6
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pp.443-453
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2020
This study using the active vibration control technique attempts to alleviate numerically the airframe vibration of a UH-60A helicopter. The AVCS(Active Vibration Control System) is applied to reduce the 4/rev vibration responses at the specified locations of the UH-60A airframe. The 4/rev hub vibratory loads of the UH-60A rotor is predicted using the nonlinear flexible dynamics analysis code, DYMORE II. Various tools such as NDARC, MSC.NASTRAN, and MATLAB Simulink are used for the AVCS simulation with five CRFGs and seven accelerometers. At a flight speed of 158knots, the predicted 4/rev hub vibratory loads of UH-60A rotor excite the airframe, and then the 4/rev vibration responses at the specified airframe positions such as the pilot seat, rotor-fuselage joint, mid-cabin, and aft-cabin are calculated without and with AVCS. The 4/rev vibration responses at all the locations and directions are reduced by from 25.14 to 96.05% when AVCS is used, as compared to the baseline results without AVCS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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