Recently, magnetorheological elastomer (MRE) material and its devices have been developed and attracted a good deal of attention for their potentials in vibration control. Among them, a highly adaptive base isolator based on MRE was designed, fabricated and tested for real-time adaptive control of base isolated structures against a suite of earthquakes. To perfectly take advantage of this new device, an accurate and robust model should be built to characterize its nonlinearity and hysteresis for its application in structural control. This paper first proposes a novel hysteresis model, in which a nonlinear hyperbolic sine function spring is used to portray the strain stiffening phenomenon and a Voigt component is incorporated in parallel to describe the solid-material behaviours. Then the fruit fly optimization algorithm (FFOA) is employed for model parameter identification using testing data of shear force, displacement and velocity obtained from different loading conditions. The relationships between model parameters and applied current are also explored to obtain a current-dependent generalized model for the control application. Based on the proposed model of MRE base isolator, a second-order sliding mode controller is designed and applied to the device to provide a real-time feedback control of smart structures. The performance of the proposed technique is evaluated in simulation through utilizing a three-storey benchmark building model under four benchmark earthquake excitations. The results verify the effectiveness of the proposed current-dependent model and corresponding controller for semi-active control of MRE base isolator incorporated smart structures.
In recent years, some converter structures and analyzing methods for the voltage regulation of stand-alone self-excited induction generators (SEIGs) have been introduced. However, all of them are concerned with the three-phase voltage control of three-phase SEIGs or the single-phase voltage control of single-phase SEIGs for the operation of these machines under balanced load conditions. In this paper, each phase voltage is controlled separately through separated converters, which consist of a full-bridge diode rectifier and one-IGBT. For this purpose, the principle of the electronic load controllers supported by fuzzy logic is employed in the two-different proposed converter structures. While changing single phase consumer loads that are independent from each other, the output voltages of the generator are controlled independently by three-number of separated electronic load controllers (SELCs) in two different mode operations. The aim is to obtain a rated power from the SEIG via the switching of the dump loads to be the complement of consumer load variations. The transient and steady state behaviors of the whole system are investigated by simulation studies from the point of getting the design parameters, and experiments are carried out for validation of the results. The results illustrate that the proposed SELC system is capable of coping with independent consumer load variations to keep output voltage at a desired value for each phase. It is also available for unbalanced consumer load conditions. In addition, it is concluded that the proposed converter without a filter capacitor has less harmonics on the currents.
A stable adaptive sensorless speed controller for three-level inverter fed induction motor direct torque control (DTC) system using the radial-basis function network (RBFN) is presented in this paper. Torque ripple in the DTC system for high power induction motor could be drastically reduced with the foregoing researches of switching voltage selection and torque ripple reduction algorithms. However, speed control performance is still influenced by the inherent uncertainty of the system such as parametric uncertainty, external load disturbances and unmodeled dynamics, and its exact mathematical model is much difficult to be obtained due to their strong nonlinearity. In this paper, the inherent uncertainty is approximated on-line by the RBFN, and an additional robust control term is introduced to compensate for the reconstruction error of the RBFN instead of the rich number of rules and additional updated parameters. Control law for stabilizing the system and adaptive laws for updating both of weights in the RBFN and a bounding constant are established so that the whole closed-loop system is stable in the sense of Lyapunov, and the stability proof of the whole control system is presented. Computer simulations as well as experimental results are presented to show the validity and effectiveness of the proposed system.
This thersis presents precise position control emthods of a 3-PRPS in-parallel manipulator for industrial applications such as assembly of highly integrated semiconductors and microsurgery. Since real-time ontrol is one of the most important issues required for industrial application, the experimental hardware is set up with a VME based DSP controller. In the 3-PRPS parallel mainpulator, structurally existing frictiion at three horizontal links considerably degrades the precise position control. In order to compensate the friction of the horizontal links in the joint space, a disturbance compensation usign disturbance and velocity observers has been proposed and investigated. We analyzed the decision method of eigenvalues of the disturbance observer and the effects of the control resulted form tehsystem model errors. Through a series of simulations and experiments, we see that the methods is capable of compensating variations of the robot parameters such as inertia and damping as well as the joint friction. Experiments show that the disturbance compensation method usign disturbance and velocity observer is very effective to compensate the friction. Compared with conventional PID position control, it decreased position errors ina circular motion by approximately 70%.
The main objective of this paper is the robust multi-objective optimization design of semi-active tuned mass damper (STMD) system using genetic algorithms and fuzzy logic. For optimal design of this system, it is required that the uncertainties which may exist in the system be taken into account. This consideration is performed through the robust design optimization (RDO) procedure. To evaluate the optimal values of the design parameters, three non-commensurable objective functions namely: normalized values of the maximum displacement, velocity, and acceleration of each story level are considered to minimize simultaneously. For this purpose, a fast and elitist non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) approach is used to find a set of Pareto-optimal solutions. The torsional effects due to irregularities of the building and/or unsymmetrical placements of the dampers are taken into account through the 3-D modeling of the building. Finally, the comparison of the results shows that the probabilistic robust STMD system is capable of providing a reduction of about 52%, 42.5%, and 37.24% on the maximum displacement, velocity, and acceleration of the building top story, respectively.
The reliability of grid-connected inverters can be improved by algorithms capable of diagnosing faults in LCL filters. A fault diagnostic method during inverter startup is proposed. The proposed method can accurately generate and monitor information on the peak value and the location of the peak frequency component of the step response of a damped LCL filter. To identify faults, the proposed method compares the evaluated response with the response of a healthy higher-order damped LCL filter. The frequency components in the filter voltage response are first analytically obtained in closed form, which yields the expected trends for the filter faults. In the converter controller, the frequency components in the filter voltage response are computed using an appropriately designed fast Fourier transform and compared with healthy LCL response parameters using a finite state machine, which is used to sequence the proposed startup diagnostics. The performance of the proposed method is validated by comparing analytical results with the simulation and experimental results for a three-phase grid-connected inverter with a damped LCL filter.
The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics
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v.14
no.6
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pp.481-487
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2009
This paper proposes a regulation method of DC line voltage for urban transit system fluctuated during the acceleration or deceleration by using supercapacitor. Supercapacitor is modelled electrically under the assumption of three different time constants of RC circuits with variable capacitances depending on the voltage. And its parameters are determined by the experimental measurements. The energy storage system using supercapacitors is installed based on this model, and the proposed model is tested through the simulations and experiments, and the controller for charging and discharging is designed. Finally, it is tested at Kyoungsan test site for the urban light rail road system and the energy saving effect is evaluated economically.
A laboratory jar fermenter was modified to measure the duration for cooling water supply and the temperatures of the coolant at the inlet and outlet of water jacket. Successful operation of temperature control and on-line measurement was achieved by adjusting optimum parameters of the Proportion-Integral-Derivative temperature controller. The variables measured on-line were used to estimate cooling rates from empirical equations comprised of the time period of cooling water supply and the temperatures of coolant. The measured cooling rate showed a good correlation to the specific growth rate during batch cultivation of E. coli. Cooling rate was measured and applied to programmed cell growth in a fed-batch cultivations. Three fed-batch cultivations were demonstrated by feeding substrate to follow the programmed cooling rates increasing exponentially.
For a solid-state transformer (SST), some factors, such as signal delay, switching loss and differences in the system parameters, lead to unbalanced DC-link voltages among the cascaded H-bridges (CHB). With a control method implemented in the ${\alpha}{\beta}$ frame, the DC-link voltages are balanced, and the reactive power is equally distributed among all of the H-bridges. Based on the ${\alpha}{\beta}$ frame control, the system can achieve independent active current and reactive current control. In addition, the control method of the high-voltage stage is easy to implement without decoupling or a phase-locked loop. Furthermore, the method can eliminate additional current delays during transients and get the dynamic response rapidly without an imaginary current component. In order to carry out the controller design, the vector refactoring relations that are used to balance DC-link voltages are derived. Different strategies are discussed and simulated under the unbalanced load condition. Finally, a three-cell CHB rectifier is constructed to conduct further research, and the steady and transient experimental results verify the effectiveness and correctness of the proposed method.
Transactions on Electrical and Electronic Materials
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v.18
no.5
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pp.287-297
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2017
Novel power system stabilizers (PSSs) have been proposed to effectively dampen low frequency oscillations (LFOs) in multi-machine power systems and have attracted increasing research interest in recent years. Due to this attention, recently, fractional order controllers (FOCs) have found new applications in power system stability issues. Here, a tilt-integral-derivative power system stabilizer (TID-PSS) is proposed to enhance the dynamic stability of a multi-machine power system by providing additional damping to the LFOs. The TID is an extended version of the classical proportional-integral-derivative (PID) applying fractional calculus. The design of the proposed three-parameter tunable TID-PSS is systematized as a nonlinear time domain optimization problem in which the tunable parameters are adjusted concurrently using a modified group search optimization (MGSO) algorithm. An integral of the time multiplied squared error (ITSE) performance index is considered as the objective function. The proposed stabilizer is simulated in the MATLAB/SIMULINK environment using the FOMCON toolbox and the dynamic performance is evaluated on a 3-machine 6-bus power system. The TID-PSS is compared with both classical PID-PSS (PID-PSS) and conventional PSS (CPSS) using eigenvalue analysis and time domain simulations. Sensitivity analyses are performed to assess the robustness of the proposed controller against large changes in system loading conditions and parameters. The results indicate that the proposed TID-PSS provides the better dynamic performance and robustness compared with the PID-PSS and CPSS.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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