In [1], we studied the PDE system with time-varing delay. Time delay occurs due to loosening in a high-speed moving axially directed membrane (string, belt, or plate) at production. Our purpose in this work derives a mathematical model with internal time delay. First, we consider the physical phenomenon of axially moving membrane with respect to kinetic energy, potential energy and work done. By the energy conservation law in physics, we get the second order nonlinear PDE system with internal time delay.
The dynamic instability and natural frequency of an axially moving pipe conveying fluid are investigated. Thus, the effects of fluid velocity and moving speed on the stability of the system are studied. The governing equation of motion of the moving pipe conveying fluid is derived from the extended Hamilton's principle. The eigenvalues are investigated for the pipe system via the Galerkin method under the simple support boundary. Numerical examples show the effects of the fluid velocity and moving speed on the stability of system. Moreover, the lowest critical moving speeds for the simply supported ends have been presented.
In [1, 2], we studied the string-like system with time-varying delay. Unlike the string system, the plate system must consider both longitudinal and transverse strains. First, we consider the physical phenomenon of an axially moving plate concerning kinetic energy, potential energy, and work dones. By the energy conservation law in physics, we have a nonlinear plate-like system with internal time delay.
In this study, the time varying boundary control using the right boundary transverse motion is suggested to stabilize the transverse vibration of an axially moving string on the basis of the energy flux between the moving string and the boundaries. The effectiveness of the active velocity boundary control is showed through the FDM simulation results. Sliding mode control is adopted in order to achieve velocity tracking control of the time varying right boundary to dissipate vibration energy of the string effectively. Optical sensor system for measuring the transverse vibration of an axially moving string is developed, and the angle of the incident wave to the right boundary, which is the input of the velocity boundary controller, is obtained. Experimental research is carried out to examine the validity and the performance of the transverse vibration control using the suggested velocity right boundary control scheme.
The nonlinear resonant response of an axially moving beam is investigated in this paper via two different numerical techniques: the pseudo-arclength continuation technique and direct time integration. In particular, the response is examined for the system in the neighborhood of a three-to-one internal resonance between the first two modes as well as for the case where it is not. The equation of motion is reduced into a set of nonlinear ordinary differential equation via the Galerkin technique. This set is solved using the pseudo-arclength continuation technique and the results are confirmed through use of direct time integration. Vibration characteristics of the system are presented in the form of frequency-response curves, time histories, phase-plane diagrams, and fast Fourier transforms (FFTs).
Time-dependent frequency and energy of free vibration of the Spagetti problem, that is the axially moving continuum with time-varying length, are investigated. Exact expressions for the natural frequency and time-varying vibration energy are derived by dealing with traveling waves. When the string length is increased, the vibration period increases, but the free vibration energy varies as a function of both translating velocity and boundary velocity of the continuum. However, when the string undergoes retraction, the vibration energy increases with time, String tension together with non-zero instantaneous velocity at the moving boundary results in energy variation.
In this paper, the vibration suppression problem of an axially moving power transmission belt is investigated. The equations of motion of the moving belt is first derived by using Hamilton´s principle for systems with changing mass. The total mechanical energy of the belt system is considered as a Lyapunov function candidate. Using the Lyapunov second method, a nonlinear boundary control law that guarantees the uniform asymptotic stability is derived. The control performance with the proposed control law is simulated. It is shown that a boundary control can still achieve the uniform stabilization for belt systems.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제2권1호
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pp.55-67
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2004
In this paper, an active vibration control of a translating steel strip in a zinc galvanizing line is investigated. The control objectives in the galvanizing line are to improve the uniformity of the zinc deposit on the strip surfaces and to reduce the zinc consumption. The translating steel strip is modeled as a moving belt equation by using Hamilton’s principle for systems with moving mass. The total mechanical energy of the strip is considered to be a Lyapunov function candidate. A nonlinear boundary control law that assures the exponential stability of the closed loop system is derived. The existence of a closed-loop solution is shown by proving that the closed-loop dynamics is dissipative. Simulation results are provided.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제3권4호
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pp.601-611
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2005
In this paper, an active vibration control of a tensioned, elastic, axially moving string is investigated. The dynamics of the translating string are described with a non-linear partial differential equation coupled with an ordinary differential equation. A right boundary control to suppress the transverse vibrations of the translating continuum is proposed. The control law is derived via the Lyapunov second method. The exponential stability of the closed-loop system is verified. The effectiveness of the proposed control law is simulated.
The time-dependent frequency and energy of free vibration of the spagetti problem, that is the axially moving continuum with time-varying length, are investigated. Exact expressions for the natural frequency and time-varying vibration energy are derived by dealing with traveling waves. The vibration period increases with increasing length, but the free vibration energy decreases. When the string undergoes retraction, the vibration energy increases with time. The free response of the time-varying string is represented by superposing two traveling waves.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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