Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.3
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pp.208-220
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2006
Energy of wheeled mobile robot is usually supplied by batteries. In order to extend operation time of mobile robots, it is necessary to minimize the energy consumption. The energy is dissipated mostly in the motors, which strongly depends on the velocity profile. This paper investigates various 3-step (acceleration - cruise - deceleration) speed control methods to minimize a new energy object function which considers the practical energy consumption dissipated in motors related to motor control input, velocity profile, and motor dynamics. We performed an analysis on the energy consumption various velocity profile patterns generated by standard control input such as step input, ramp input, parabolic input, and exponential input. Based on these standard control inputs, we analyzed the six 3-step velocity profile patterns: E-C-E, P-C-P, R-C-R, S-C-S, R-C-S, and S-C-R (S means a step control input, R means a ramp control input, P means a parabolic control input, and E means an exponential control input, C means a constant cruise velocity), and suggested an efficient iterative search algorithm with binary search which can find the numerical solution quickly. We performed various computer simulations to show the performance of the energy-optimal 3-step speed control in comparison with a conventional 3-step speed control with a reasonable constant acceleration as a benchmark. Simulation results show that the E-C-E is the most energy efficient 3-step velocity profile pattern, which enables wheeled mobile robot to extend working time up to 50%.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.4
s.44
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pp.55-66
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2005
The effectiveness of fuzzy supervisory control technique for the control of seismic responses of smart base isolation system is investigated in this study. To this end, first generation base isolated building benchmark problem is employed for the numerical simulation. The benchmark structure under consideration is an eight-story base isolated building having irregular plan and is equipped with low-damping elastometric bearings and magnetorheological (MR) dampers for seismic protection. Lower level fuzzy logic controllers (FLC) for far-fault or near-fault earthquakes are developed in order to effectively control base isolated building using multi-objective genetic algorithm. Four objectives, i.e. reduction of peak structural acceleration, peak base drift, RMS structural acceleration and RMS base drift, are used in multi-objective optimization process. When earthquakes are applied to benchmark building, each of low level FLCs provides different command voltage and supervisory fuzzy controller combines two command voltages io one based on fuzzy inference system in real time. Results from the numerical simulations demonstrate that base drift as well as superstructure responses can be effectively reduced using the proposed supervisory fuzzy control technique.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.21
no.4
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pp.688-697
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2017
It is very difficult to solve mathematically the optimal control problem for non - linear mobile robots to move to target points with minimum energy related to velocity, acceleration and angular velocity in minimum time. This paper proposes a method to obtain optimal control gains with which mobile robots move with minimum energy related to velocity, acceleration and angular velocity in minimum time using genetic algorithms. Mobile robots are non - linear systems so that their optimal control gains depend on initial positions. Hence initial positions are divided into some partition points and optimal control gains are obtained at each partition point with genetical algorithms. These optimal control gains are used to train neural networks that generate proper control gains at arbitrary initial position. Finally computer simulation studies have been conducted to verify the effectiveness of the method proposed in this paper.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.21
no.3
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pp.199-209
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2015
This paper presents a model predictive control (MPC) approach to control the steering angle in an autonomous vehicle. In designing a highly automated driving control algorithm, one of the research issues is to cope with probable risky situations for enhancement of safety. While human drivers maneuver the vehicle, they determine the appropriate steering angle and acceleration based on the predictable trajectories of surrounding vehicles. Likewise, it is required that the automated driving control algorithm should determine the desired steering angle and acceleration with the consideration of not only the current states of surrounding vehicles but also their predictable behaviors. Then, in order to guarantee safety to the possible change of traffic situation surrounding the subject vehicle during a finite time-horizon, we define a safe driving envelope with the consideration of probable risky behaviors among the predicted probable behaviors of surrounding vehicles over a finite prediction horizon. For the control of the vehicle while satisfying the safe driving envelope and system constraints over a finite prediction horizon, a MPC approach is used in this research. At each time step, MPC based controller computes the desired steering angle to keep the subject vehicle in the safe driving envelope over a finite prediction horizon. Simulation and experimental tests show the effectiveness of the proposed algorithm.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.7
no.6
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pp.35-47
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2003
Seismic ground motion can vary significantly over distances comparable to the length of a majority of highway bridges on multiple supports. This paper presents results of fragility analysis of two actual highway bridges under ground motion with spatial variation. Ground motion time histories are artificially generated with different amplitudes, phases, as well as frequency contents at different support locations. Monte Carlo simulation is performed to study dynamic responses of the bridges under these ground motions. The effect of spatial variation on the seismic response is systematically examined and the resulting fragility curves are compared with those under identical support ground motion. This study shows that ductility demands for the bridge columns can be underestimated if the bridge is analyzed using identical support ground motions rather than differential support ground motions. Fragility curves are developed as functions of different measures of ground motion intensity including peak ground acceleration(PGA), peak ground velocity(PGV), spectral acceleration(SA), spectral velocity(SV) and spectral intensity(SI). This study represents a first attempt to develop fragility curves under spatially varying ground motion and provides information useful for improvement of the current seismic design codes so as to account for the effects of spatial variation in the seismic design of long-span bridges.
The response spectrum is one of the important basic materials for the aseismic design. Numerous strong ground motions based on the seismic source characteristics for the earthquakes occurring in the Korean Peninsula were simulated to obtain the response spectra by using the computer program, SMSIM, developed by Boore (2005). Through the extensive review of other study outcomes, the input data for the simulation such as seismic source and attenuation characteristics were selected. The spectra obtained from the simulated ground motions were normalized to 1.0 g of zero period acceleration and compared with the standard response spectrum proposed by the U.S. Atomic Energy Commission (AEC, 1973). In this study, we found that the spectral values for the response spectra appeared to be larger than those of the standard spectrum in the frequency band above roughly 10 Hz. The variation of resulting response spectra was evaluated with the variable stress drops. It was shown that the spectral amplitude of the spectrum for the larger stress drop denotes higher value in the low frequency range.
The conventional lane changing model has been developed without acceleration or deceleration of vehicles at target lane. Thus, existing lane changing models have limitation to apply in real world. In this paper, lane changing model considered acceleration or deceleration, and calculated the safety distance between subject vehicle and adjacent vehicles for lane changing as well. Simulation was conducted to verify the validity and the efficiency of the developed lane changing model in this paper. Several scenarios were carefully examined by safety distance between subject vehicle and adjacent vehicles. In the result, it was verified that if gap between subject vehicle and adjacent vehicles is larger than safety distance, lane changing behavior between subject vehicle and adjacent vehicles avoids collision. The suggested lane changing model may be applied at the future driver assistance system and advanced safety vehicle.
Traffic signal is one of the major factors that affect the amount of vehicle emissions on urban highway. The amount of vehicle emissions in urban area is highly affected by the vehicle's cruising speeds heavily influenced by the traffic signal lighting conditions. It was attempted in this study to trace the changing patterns of the vehicle emissions by collecting the emission data from a set of simulation studies and by categorizing vehicle cruising conditions into four different groups: idling, acceleration, deceleration, and running at a constant speed. Authors propose a simple emission model prepared based on Kinematic theory. The validation test results showed that the amount of the emission estimated by the proposed model was relatively satisfactory compared to the one of the existing model employing the average speed data only as the determinant.
Fruits we subjected to complex dynamic stresses in the transportation environment. During a long journey from the production area to markets, there is always some degree of vibration present. Vibration inputs are transmitted from the vehicle through the packaging to the fruit. Inside, these cause sustained bouncing of fruits against each other and container wall. These steady state vibration input may cause serious fruit injury, and this damage is particularly severe whenever the fruit inside the package is free to bounce, and is vibrated at its resonant frequency. The determination of the resonant frequencies of the fruit may help the packaging designer to determine the proper packaging system providing adequate protection for the fruit, and to understand the complex interaction between the components of fruit when they relate to expected transportation vibration inputs. The vibration characteristics of the pears in corrugated fiberboard container in transit were analyzed using FEM (finite element method) modeling, and the FEM modeling approach was first validated by comparing the results obtained from simulation and experiment for the pear in the frequency range 3 to 150 Hz and acceleration level of 0.25 G-rms and it was found that between simulated and measured frequencies of the pears have a relatively good agreement. It was observed that the fruit and vegetables in corrugated fiberboard container could be analyzed by finite element method. As the elastic modulus of the cushion materials of corrugated fiberboard pad and tray cup decreased, the first frequencies of upper and lower pears increased and the peak acceleration decreased.
In this work, the stability and safety analysis are carried out to predict the performance of a next generation high-speed railway vehicle (HEMU-400X). Since the safety of the high-speed railway vehicles is very important, it is meaningful to predict the dynamic performance and stability of the railway vehicles using a numerical model at a railway vehicle design step. The critical speed of the dynamic model depending on the conicity of the wheel is calculated in the stability analysis. The critical speed calculated in this analysis is over 400km/h for the conicity value of 0.15, which is determined on the basis of representative international standard, UIC 518. Also, the lateral and vertical accelerations at several points of the same dynamic model are calculated for the safety analysis. In the simulation, the dynamic model runs at the test speed of 440km/h, which is determined considering a maximum target speed, and the total driving distance is 30km. And those estimated values are less than the allowed maximum acceleration values of UIC 518.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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