International Journal of Control, Automation, and Systems
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제3권1호
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pp.109-116
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2005
The design of reconfiguring a class of second-order dynamic systems via proportional plus derivative (P-D) feedback is considered. The aim is to resynthesize a P-D feedback controller such that the eigenvalues of the reconfigured closed-loop system can completely recover those of the original close-loop system, and make the corresponding eigenvectors of the former as close to those of the latter as possible. Based on a parametric result of P-D feedback eigenstructure assignment in second-order dynamic systems, parametric expressions for all the P-D feedback gains and all the closed-loop eigenvector matrices are established and a parametric algorithm for this reconfiguration design is proposed. The parametric algorithm offers all the degrees of design freedom, which can be further utilized to satisfy some additional performances in control system designs. This algorithm involves manipulations only on the original second-order system matrices, thus it is simple and convenient to use. An illustrative example and the simulation results show the simplicity and effect of the proposed parametric method.
In a single-phase grid-connected power system consisting of a DC/DC converter and a DC/AC converter, the current drawn from renewable energy sources has a tendency to be pulsated and contains second-order frequency ripple components, which results in several drawback such as a power harvesting loss and a shortening of the energy source's life. This paper presents a new second-order harmonic current reduction scheme with a fast dc-link voltage loop for two-stage dc-dc-ac grid connected systems. In the frequency domain, an adequate control design is performed based on the small signal transfer function of a two-stage dc-dc-ac converter. To verify the effectiveness of proposed control algorithm, a 1 kW hardware prototype has been built and experimental results are presented.
Safety monitoring systems of structures generally resort to detecting possible changes of dynamic system parameters. Sensitivity analysis of these dynamic system parameters may implement these techniques. Conventional structural eigenvalue problems are discussed in the scope of those systems with deterministic parameters. Large and flexible structures, such as suspension bridges, actually possess stochastic material properties and these random properties unavoidably affect the dynamic system parameters. The sensitivity matrix of structural modal parameters to basic design variables has been established in this paper. Moreover, second order statistics of natural frequencies due to the randomness of material properties have been discussed. It is concluded from numerical analysis of a modem suspension bridge that although the second order statistics of frequencies are small relatively to the change of basic design variables, such as density of mass and modulus of elasticity, the sensitivities of modal parameters to these variables at different locations change in magnitude.
Hong, Min;Welch, Samuel W.J.;Jung, Sun-Hwa;Choi, Min-Hyung;Park, Doo-Soon
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제2권1호
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pp.51-62
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2008
This paper proposes a second-order implicit constraint enforcement method which yields enhanced controllability compared to a first-order implicit constraints enforcement method. Although the proposed method requires solving a linear system twice, it yields superior accuracy from the constraints error perspective and guarantees the precise and natural movement of objects, in contrast to the first-order method. Thus, the proposed method is the most suitable for exact prediction simulations. This paper describes the numerical formulation of second-order implicit constraints enforcement. To prove its superiority, the proposed method is compared with the firstorder method using a simple two-link simulation. In this paper, there is a reasonable discussion about the comparison of constraints error and the analysis of dynamic behavior using kinetic energy and potential energy.
Genetic networks are a key to unraveling dynamic properties of biological processes and regulation of genes plays an essential role in dynamic behavior of the genetic networks. A popular characterization of regulation of the gene is a kinetic model. However, many kinetic parameters in the genetic regulation have not been available. To overcome this difficulty, in this report, state-space approach to modeling gene regulation is presented. Second-order systems are used to characterize gene regulation. Interpretation of coefficients in the second order systems as resistance, capacitance and inductance is studied. The mathematical methods for transient response analysis of gene regulation to external perturbation are investigated. Criterion for classifying gene into three categories: underdamped, overdamped and critical damped is discussed. The proposed models are applied to yeast cell cycle gene expression data.
For the trajectory control of dynamic systems with unidentified parameters a second-order iterative learning control method is presented. In contrast to other known methods, the proposed learning control scheme can utilize more than one error history contained in the trajectories generated at prior iterations. A convergency proof is given and it is also shown that the convergence speed can be improved in compared to conventional methods. Examples are provided to show effectiveness of the algorithm, and, via simulation, it is demonstrated that the method yields a good performance even in the presence of distubances.
In this paper, A new time-varying sliding surface design using eigenvalue locus is proposed to achieve fast and robust in a class of high-order uncertain dynamic system. A moving sliding surface(MSS) was proposed earlier for the second-order variable structure control systems(VSCS). This methodology led to fast and robust control responses of the second-order VSCS. However, the moving algorithm of the MSS was too complicated to be employed the high-order VSCS. To resolve this problem, we propose a new moving algorithm that switching surface moves such that the eigenvalues of equivalent system in the sliding mode have a predetermined locus. Using the proposed surface fast and robust behaviors are accomplished. The problem of chattering can be eliminated by using a boundary layer of switching surface. The efficiency of proposed algorithm is illustrated by an application to four-order workbench.
The global performance of the 5MW OC4 semisubmersible floating wind turbine in random waves was numerically simulated by using the turbine-floater-mooring fully coupled and time-domain dynamic analysis program FAST-CHARM3D. There have been many papers regarding floating offshore wind turbines but the effects of second-order wave-body interactions on their global performance have rarely been studied. The second-order wave forces are actually small compared to the first-order wave forces, but its effect cannot be ignored when the natural frequencies of a floating system are outside the wave-frequency range. In the case of semi-submersible platform, second-order difference-frequency wave-diffraction forces and moments become important since surge/sway and pitch/roll natural frequencies are lower than those of typical incident waves. The computational effort related to the full second-order diffraction calculation is typically very heavy, so in many cases, the simplified approach called Newman's approximation or first-order-wave-force-only are used. However, it needs to be justified against more complete solutions with full QTF (quadratic transfer function), which is a main subject of the present study. The numerically simulated results for the 5MW OC4 semisubmersible floating wind turbine by FAST-CHARM3D are also extensively compared with the DeepCWind model test results by Technip/NREL/UMaine. The predicted motions and mooring tensions for two white-noise input-wave spectra agree well against the measure values. In this paper, the numerical static-offset and free-decay tests are also conducted to verify the system stiffness, damping, and natural frequencies against the experimental results. They also agree well to verify that the dynamic system modeling is correct to the details. The performance of the simplified approaches instead of using the full QTF are also tested.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제2권1호
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pp.78-92
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2001
In this paper, several dynamic systems are modeled using the time domain finite element method. Galerkins' Weak Principle is used to model the general second-order mechanical system, and is applied to a simple pendulum dynamics. Problems caused by approximating the final momentum are also investigated. Extending the research, some dynamic analysis methods are suggested for the hybrid coordinate systems that have both slew and flexible modes. The proposed methods are based on both Extended Hamilton's Principle and Galerkin's Weak Principle. The matrix wave equation is propagated in space domain, satisfying the geometric/natural boundary conditions. As a result, the flexible motion can be obtained compatible with the applied control input. Numerical example is shown to demonstrate the effectiveness of the proposed modeling methods for the hybrid coordinate systems.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제16권5호
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pp.67-76
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1992
This paper describes the vibration characteristic of second-order nonlinear systems subjected to parametric excitation. Emphasis is put on the examination of the hydrodynamic nonlinear damping effect on limiting the response amplitudes of parametric vibration. Since the parametric vibration is described by the Mathieu equation, the Mathieu stability chart is examined in this paper. In addition, the steady-state solutions of the nonlinear Mathieu equation in the first instability region are obtained by using a perturbation technique and are compared with those by a numerical integration method. It is shown that the response amplitudes of parametric vibration are limited even in unstable conditions by hydrodynamic nonlinear damping force. The largest reponse amplitude of parametric vibration occurs in the first instability region of Mathieu stability chart. The parametric excitation induces the response of a dynamic system to be subharmonic, superharmonic or chaotic according to their dynamic conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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