The active structural control has emerged as structural safety of structures against natural loadings such as earthquake and wind loadings. Of many control algorithms, Sliding-Mode Control (SMC) can design both linear controller and nonlinear controller. The robustness against parameter variations as well as excitation uncertainties that is imparted to the SMC due to its nonlinear control action, could make SMC an attractive control algorithm when dealing with structures where the external excitation constitutes the main uncertainty in the system. This paper demonstrates experimentally the efficacy of the SMC algorithm based on the active mass driver system in reducing the response of seismically excited buildings. The SMC control strategy is verified with the experimental study on the one-story building model equipped with the active mass driver.
한국지진공학회 1999년도 춘계 학술발표회 논문집 Proceedings of EESK Conference-Spring
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pp.202-216
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1999
To control the motion of building structures under earthquakes their response should be measured first by various sensors and transformed into the control forces using some control algorithms. Of many control algorithms linear quadratic control is widely used as it is easy to implement and analyze. However the algorithms has the disadvantage that it needs the real-time measurements of all state variables(i.e, building's displacements and velocities) which are difficult to achieve for the building structures under earthquakes. Thus the practical algorithms employing output feedback are developed. In this paper LQG algorithm is used for the control of the building model with an active mass driver. The building's acceleration is used to obtain the control gain and the Kalman filter gain. The LQG control strategy is verified with the experimental study on the one-storybuilding model equipped with the active mass driver. This paper demonstrates experimentally the efficacy of the LQG algorithm based on the active mass driver system in reducing the response of seismically excited buildings.
In this paper, a moving iron core type LOA is designed and analyzed electro-magnetically and is applied to the active control of structural vibration as an active mass driver. Structural vibration is sensored by the accelerometer attached the structure and reduced by the optimally controlled motion of active mass of LOA giving anti-phase inertia farce to the structure. As a result, the basement of the application of LOA as an active mass driver is successfully established.
Active vibration control is generally used to reduce vibration level by the actuators based on measured signal. Dynamic properties of a structure can be easily modified by the active vibration control, so that the vibration level may be effectively reduced to the magnitude below the allowable limit over a wide frequency rangs. In this paper, an instantaneous optimal control algorithm including acceleration feedback is presented for the active vibration control of large structures considering facts that the acceleration response can be easily measured, but the displacement and velocity response are obtained by numerically integrating the measured acceleration response with some errors. The adverse effect of the time delay is overcomed by taking into account the dynamic characteristics of an actuator and filters in the design of controller. Performance test is carried out using a hydraulic active mass driver on a test structure$(L{\times}W{\times}H;=;1200mm{\times}800mm{\times}1600mm, about;500kg)$ supported by four columns under base excitations. It is confirmed that the vibration level of the test structure are reduced to about 1/6 near resonance.
현대의 고층건물들은 점차 유연해지고 경량화 됨으로 인하여 지진이나 바람과 같은 하중에 대하여 취약하다. 그러므로 이러한 하중에 대한 진동수준을 감소시키기 위하여 진동제어 시스템의 성능을 더욱 향상시킬 필요가 있으며 능동제어장치를 이용한 방법이 요구되고 있다 따라서 본 논문에서는 소형 진동대, 건물모델, 건물모델의 응답을 측정하는 센서, 신호처리 보드 그리고, 능동 질량 추진기로 구성된 능동 진동제어 시스템을 구축하였으며 이러한 개별 시스템들의 동적 특성을 실험적인 방법으로 조사하였다 또한 건물모델에 El Centro 지진을 가하여 능동 진동제어 시스템의 성능을 검증하였다,.
In this paper, an experimental verification of system identification technique for constructing finite element model is conducted for a three-story test structure equipped with an active mass driver (AMD). Twenty Gaussian white noises were used as the input for AMD, and the corresponding accelerations of each floors are measured. Then, the complex frequency response function (FRF) for the input, the force induced by the AMD, was obtained and subsequently, the Markov parameters and system matrices were estimated. The magnitudes as well as phase of experimentally obtained FRFs match well with those of analytically obtained FRFs.
In order to suppress the wind-induced vibrations of the Canton Tower, a pair of active mass driver (AMD) systems has been installed on the top of the main structure. The structural principal directions in which the bending modes of the structure are uncoupled are proposed and verified based on the orthogonal projection approach. For the vibration control design in the principal X direction, the simplified model of the structure is developed based on the finite element model and modified according to the field measurements under wind excitations. The AMD system driven by permanent magnet synchronous linear motors are adopted. The dynamical models of the AMD subsystems are determined according to the open-loop test results by using nonlinear least square fitting method. The continuous variable gain feedback (VGF) control strategy is adopted to make the AMD system adaptive to the variation in the intensity of wind excitations. Finally, the field tests of free vibration control are carried out. The field test results of AMD control show that the damping ratio of the first vibration mode increases up to 11 times of the original value without control.
본 연구에서는, 능동질량감쇠기가 설치된 3층 건물 축소 실험을 통해 유한요소모델에 기초한 시스템 식별기법의 유효성을 검증하였다. 입력 신호로는 능동질량감쇠기를 통해 구현되는 20개의 가우시안 백색잡음을 사용하였으며, 출력 신호로는 각층에 설치된 가속도계를 사용하여 측정된 각층 절대가속도를 사용하였다. 복소진동수응답함수를 구성한 후, 마코프(Markov) 파라메터와 시스템 행렬을 추출하였으며, 이로부터 CBSI기법을 이용하여 유한요소모델을 식별하였다. 식별된 유한요소모델과 실험을 통해 얻어진 복소응답함수는 매우 일치함을 확인할 수 있었다.
A Mobile Harbor is a new transportation platform which can load and unload has containers to and from very large container ships on the sea. Currently designed Mobile Harbor a catamaran type which is equipped with precisely controlled gantry crane on the deck, and can transport 250 TEUs at a time. Loading and unloading works by crane require very small motion of Mobile Harbor in waves, because it may be operated outside of harbors. In this project, applicability of both tuned-type anti-rolling tank and maglev-type active mass driver is studied as anti-rolling systems.
본 논문은 축소 3층 건물의 최상층에 능동질량형 제어장치를 설치한 시스템에 관한 식별실향분석이다. OKID기법을 적용하여 진동대 및 제어장치의 가진 입력과 건물 및 제어장치의 응답인 출력관계를 분석하여 수학모델을 구하였다. 제어장치가 설치된 건물에 관한 입력은 진동대에 의한 지반가속도와 제어장치 모터의 구동신호이다 그리고 출력은 건물 각층과 제어장치의 가속도이다. 입출력 관계로 구하여진 수학모델을 바탕으로 제어장치의 최적설계를 수행하였으며 수치해석과 실험결과를 비교한바 서로 일치함을 확인할 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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