This paper proposes shape design of frame structures for vibration suppression and weight reduction. The $H_{\infty}$ norm of the transfer function from disturbance sources to the output points where vibration should be suppressed, is adopted as the performance index to represent the magnitude of vibration transfer. The design parameters are the node positions of the frame structure, on which constraints are imposed so that the structure achieves given tasks. For computation of Pareto optimal solutions to the two-objective design problem, a number of linear combinations of the $H_{\infty}$ norm and the total weight of the structure are considered and minimized. For minimization of the scalared objective function, a Lagrange function is defined by the objective function and the imposed constraints on the design parameters. The solution for which the Lagrange function satisfies the Karush-Kuhn-Tucker condition, is searched by the sequential quadratic programming (SQP) method. Numerical examples are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed design method.
The paper deals with vibration suppression and dynamic stability of a vertical cantilevered pipe conveying an internal flowing fluid and having an attached mass. Real pipe systems may have some valves or mechanical attached parts, which can be regarded as attached lumped masses. The effect of attached mass on the dynamic stability of a cantilevered pipe conveying fluid is investigated for different locations and magnitudes of the attached mass. The flow rate was controlled through motor pump output and measured by a flow meter. Experimental resutls in the vicinity of flutter fluid velocity were compared with theoretical predictions. It has been found that the experimental results are in substantial agreement with the theoretical predictions. Finally, in order to suppress the vibration of the pipe subjected to a disturbance, and control technique using an internal flowing fluid is introduced.
In this paper, a robust control system with the disturbance observer is proposed for BLDC servo system. The overall control system consists of the speed controller which is implemented with PI controller and the disturbance observer with free parameters. The proposed control system is designed the command input response and the closed loop characteristics independently by using two-degrees-of-freedom concept, so it can improve the closed loop characteristics with no influence on the command input response. The effective suppression of disturbance with the observer improves the characteristics of the closed loop of the system. And also, by fluting the bandwidth of free parameters, measurement noise is considered. To verify the better performance of the proposed control system than that of the conventional PI controllers, the performance of the controller is analyzed theoretically and some simulation results are presented.
이 논문은 이관성 시스템에서 능동 외란 제거 제어(Active Disturbance Rejection Control, ADRC) 기반의 진동 저감 알고리즘을 제안한다. 제안한 방법은 축소 차원 ADRC를 기반으로 구성하였다. ADRC 이론에 기반한 제어 이론은 전체 토크 중 전동기 측의 관성 모멘트에 대한 토크를 제외한 모든 토크를 외란 성분이라 설정한다. 외란에 대한 가속도 성분을 전체 외란(Total Disturbance)이라고 설정하고, 이를 추정하여 보상한다. 축소 차원 ADRC의 차수가 낮아서, 축소 차원 ADRC의 대역폭을 기존 ADRC의 대역폭보다 크게 설정할 수 있다. 그리고, 증가한 이득과 실질적인 구현을 고려하여, 이산 시간 영역에서 설계하였다. 제안된 알고리즘의 안정도를 확보하고, 성능을 높이기 위하여, 추정하는 제정수의 값을 실제 값보다 작게 설정하였다. 제안한 방법은 기계시스템의 공진에 의한 영향을 감쇄시킬 수 있다. 제안한 방법을 검증하기 위해, 시뮬레이션과 실험을 수행하였다.
This paper discusses the model validation and vibration suppression of an AMB flexible rotor via additional LQG controller. The main difficulty in the vibration suppression of the flexible rotor using AMB is to realize a controller that can minimize resonance without injuring the stabilized rigid modes. In order to solve this problem, simple scheme for system modeling and controller design are developed. Firstly, the AMB flexible rotor is stabilized with a PID controller, which leads to a new stable rotor-bearing system. Then, authors propose the model validation procedure using measured open-loop frequency responses to obtain an accurate model of the AMB flexible rotor system. After that, LQG controller with modal weighting is designed to suppress resonances of the stable rotor-bearing system. Due to the poor controllability and observability of flexible modes compared to rigid ones, balancing of two Gramians is prerequisite for the fair LQG controller design. Simulation with step disturbance and experimental results of unbalance response up to 10,000 rpm verified the effectiveness of the proposed scheme.
This paper presents a composite control strategy for the active suppression of vibration due to the unknown disturbances, such as external excitation, harmonic effects and control spillover, as well as high-frequency accelerometer measurement noise in the all-clamped stiffened plate. The proposed composite control action based on the modal approach, consists of two contributions including feedback part and feedforward part. The feedback part is the well-known PID controller, which is widely used to increase the structure damping and improve its dynamic performance close to the resonance frequencies. In order to get better performance for vibration suppression, the weight matrixes is optimized by chaos sequence. Then an improved disturbance observer (IDOB) as the feedforward compensation part is developed to enhance the vibration suppression performance of PID under various disturbances and uncertainties. The proposed IDOB can simultaneously estimate the various disturbances dynamically as well as measurement noise acting on the system and suppress them by feedforward compensation design. A rigorous analysis is also given to show why the IDOB can effectively suppress the unknown disturbances and measurement noise. In order to verify the proposed composite control algorithm (IDOB-PID), the dSPACE real-time simulation platform is used and an experimental platform for the all-clamped stiffened plate active vibration control system is set up. The experimental results demonstrate the effectiveness, practicality and strong anti-disturbances ability of the proposed control strategy.
Shi, Qiaoming;Wang, Gang;Fu, Lijun;Liu, Yang;Wu, You;Xu, Li
Journal of Electrical Engineering and Technology
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제10권5호
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pp.1969-1982
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2015
The virtual inertia control (VIC) of wind turbine with directly-driven permanent-magnet synchronous generator (D-PMSG) can act similarly to the conventional synchronous generator in inertia response and frequency control, thereby supporting the system frequency stability. However, because the wind speed is inconstant and changeable to a certain extent and the D-PMSG is a complex nonlinear system, there are great difficulties in the virtual inertia optimal control of the D-PMSG. Based on the design principle of the active disturbance rejection control (ADRC), this paper presents a new VIC strategy for the D-PMSG from the perspective of power disturbance suppression in the system. The strategy helps fulfill the power grid disturbance estimation and compensation by means of the extended state observer (ESO) so as to improve the disturbance-resisting performance of the system. Compared with conventional proportional-derivative virtual inertia control (PDVIC), this method, which is of better adaptability and robustness, can not only improve the property of the D-PMSG responding to the system frequency but also reduce the influence of wind speed disturbance. The simulation and experiment results have verified the effectiveness and feasibility of the VIC based on the ADRC.
This paper deals with the problem of placement/sizing of distributed piezo actuators to achieve the control objective of vibration suppression. Using the mean square response as a performance index in optimization, we obtain optimal placement and sizing of the actuator. The use of genetic algorithms as a technique for solving optimization problems of placement and sizing is explored. Genetic algorithms are also used for the control strategy. The analysis of the system and response moment equations are carried out by using the Fokker-Planck equation. This paper presents the design and analysis of an active controller and optimal placement/sizing of distributed piezo actuators based on genetic algorithms for a flexible structure under random disturbance, shows numerical example and the result.
Research on the forced vibration control of a flexible GFR composite beam using $\mu$-synthesis is performed on this paper. Modal analysis method and modal coordinates are introduced to obtain the state equations of the structural system. Using these equations, Robust control algorithm using $\mu$-synthesis is adopted to suppress the forced vibration of a flexible beam since the designed controller can considered plant uncertainty and external disturbance. Constant disturbance which is generated by shaking the flexible beam as I's natural frequency is effectively rejected by a PZT actuator. Simulations and experiments are carried out with the designed controller and effectiveness of forced vibration suppression strategy is verified by results.
본 논문에서는 알 수 없는 주파수의 정현파외란(sinusoidal disturbance)을 가지는 선형시불변(linear time-invariant) 시스템에 대해 그 외란의 주파수 추정과 억제를 목표로 하는 알고리즘을 설계한다. 제시된 알고리즘은 주파수 추정을 위한 적응관측기(adaptive observer)와 외란 제거를 위한 출력조정기(output regulator)로 구성된다. 기존에 연구에 비하여 모델불확실성에 대한 강인성은 유지하면서 제어기의 초기값(initial value) 설정에 의존하지 않는 안정도 및 성능을 가진다. 제안된 알고리즘은 외란의 주파수를 완벽하게 추정하며, 그 정보를 바탕으로 외란 제거 성능을 보장할 수 있다. 또한, 실제 광디스크 시스템(optical disc drive systems)에 대한 시뮬레이션을 통하여 그 효과를 보여준다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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