Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.2
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pp.83-89
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2008
This paper presents the dynamic analysis and input shaping control of a positioning stage. Vibration characteristics of the positioning stage are affected not only by the structural dynamics but also by the servo actuators that consist of the mechanism; driving motor and controller. This paper proposes an integrated dynamic model to accommodate both the structural dynamics and the servo actuators. Theoretical modal analysis with a commercial finite element code is carried out to investigate the dynamic characteristics of the experimental positioning stage. Experiments are performed to validate the theoretical modal analysis and estimate the equivalent stiffness due to the servo actuators. This paper deals with an input shaping scheme to suppress vibration of the positioning stage. Input shapers are systematically implemented for the positioning stage in consideration of its dynamics. The effects of servo control gain are also investigated. The experiments show that input shaping effectively removes residual vibrations and then improves the performance of positioning stage.
This contribution presents an extended one-dimensional theory for piezoelectric beam-type structures with non-ideal electrodes. For these types of electrodes the equipotential area condition is not satisfied. The main motivation of our research is originated from passive vibration control: when an elastic structure is covered by several piezoelectric patches that are linked via resistances and inductances, vibrational energy is efficiently dissipated if the electric network is properly designed. Assuming infinitely small piezoelectric patches that are connected by an infinite number of electrical, in particular resistive and inductive elements, one obtains the Telegrapher's equation for the voltage across the piezoelectric transducer. Embedding this outcome into the framework of Bernoulli-Euler, the final equations are coupled to the wave equations for the longitudinal motion of a bar and to the partial differential equations for the lateral motion of the beam. We present results for the wave propagation of a longitudinal bar for several types of electrode properties. The frequency spectra are computed (phase angle, wave number, wave speed), which point out the effect of resistive and inductive electrodes on wave characteristics. Our results show that electrical damping due to the resistivity of the electrodes is different from internal (=strain velocity dependent) or external (=velocity dependent) mechanical damping. Finally, results are presented, when the structure is excited by a harmonic single force, yielding that resistive-inductive electrodes are suitable candidates for passive vibration control that might be of great interest for practical applications in the future.
Park, Cheon-Su;Kim, SeHwan;Park, Gwi-Geun;Seok, Jul-Ki
Journal of Power Electronics
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v.12
no.6
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pp.1003-1010
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2012
Recent power electronics and variable-frequency motor drive technologies have been applied to air conditioners to improve efficiency and power density. However, the mechanical vibrations and acoustic noise resulting from the compressor still remain as a serious problem. This paper presents the development and implementation of an online disturbance state-filter for the suppression of multiple unknown and time-varying vibrations of air conditioning systems. The proposed design has a form of the state-filter based on a Luenburger-style closed-loop speed observer. An active vibration decoupling strategy with an estimated disturbance is provided, which manipulates a motor torque command. Since the proposed estimation does not require any additional transducers or hardware for obtaining real-time information upon disturbances, it is suitable for retrofitting industrial air conditioners.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.1005-1011
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2004
Squeeze film dampers (SFDs) have been commonly used to effectively enhance the dynamic behavior of the rotating shaft supported by rolling element bearings. However, due to the recent trends of high operating speed, high load capacity and light weight in rotating machinery, it is becoming increasingly important to change the dynamic characteristics of rotating machines in operation so that the excessive vibrations, which may occur particularly when passing through critical speeds or unstable regions, can be avoided. Semi-active type SFDs using magneto-rheological fluid (MR fluid), which responds to an applied magnetic field with a change in rheoloaical behavior, are introduced in order to find its applications to rotating machinery as an effective device attenuating unbalance responses. In this paper, a semi-active SFD using MR fluid is designed, tested and identified by means of linear analysis to investigate the capability of changing its dynamic properties such as damping and stiffness. Furthermore, the proposed device is applied to a rotor system to investigate its potential capability for vibration attenuation: an efficient method for selecting the optimal location of the proposed damper is introduced and control algorithm that could improve the unbalance response properties of a flexible rotor is also proposed.
This paper presents a structural design of the "(Tentative Name) Toranomon Hills Residential Tower" which is currently under construction in Tokyo. The building is a reinforced concrete high-rise residential complex building with 54 stories above ground, 4 basement levels, and a building height of about 220 m. It is a requirement to provide the highest grade of residence in Japan, and in terms of the structural design, it is required to provide wide and comfortable spaces with high seismic performance. These requirements are satisfied by providing a total of 774 vibration control walls of two types. Also, to further improve the structural performance, steel fibers at the rate of 1.0vol% are provided in the ultra-high strength concrete used in the column members.
Balanced cantilever construction is extensively used in the construction of prestressed concrete (PSC) box-girder bridges. Shear-lag effect is usually considered in finished bridges, while the cumulative shear-lag effect in bridges during balanced cantilever construction is considered only rarely. In this paper, based on the balanced cantilever construction sequences of large-span PSC box-girder bridges, the difference method is employed to analyze the cumulative shear-lag effect of box girders with varying depth under the concrete segments' own weight. During cantilever construction, no negative shear-lag effect is generated, and the cumulative shear-lag effect under the balanced construction procedure is greater than the instantaneous shear-lag effect in which the full dead weight is applied to the entire cantilever. Three cross-sections of Jianjiang Bridge were chosen for the experimental observation of shear-lag effect, and the experimental results are in keeping with the theoretical results of cumulative shear-lag effect. The research indicates that only calculating the instantaneous shear-lag effect is not sufficiently safe for practical engineering purposes.
In order to realize tiny bridge crack discovery by UAV-based machine vision, a novel method combining deep learning and tensor voting is proposed. Firstly, the grid images of crack are detected and descripted based on SE-ResNet50 to generate feature points. Then, the probability significance map of crack image is calculated by tensor voting with feature points, which can define the direction and region of crack. Further, the crack detection anchor box is formed by non-maximum suppression from the probability significance map, which can improve the robustness of tiny crack detection. Finally, a case study is carried out to demonstrate the effectiveness of the proposed method in the Xiangjiang-River bridge inspection. Compared with the original tensor voting algorithm, the proposed method has higher accuracy in the situation of only 1-2 pixels width crack and the existence of edge blur, crack discontinuity, which is suitable for UAV-based bridge crack discovery.
Data acquisition system and computer program developed in this study could be well used in engine vibration analysis. The system and program developed were also operated to be able to control measuring interval, number of channels, number of data. The flywheel was specially studied to provide the proper weight with rubber damper for the engine design at low level of vibration. This study was conducted to obtain basic data which affect the engine vibration. The experiment of this study was performed on original weight flywheel, weight-reduced flywheel, weight-reduced and rubber-coated flywheel, weight-reduced and damper-attached flywheel. Avarage of peak value, maximum vibration, power spectrum density based on FFT analysis are major factors of this experiment. Results were obtained as follows : 1. When rubber was inserted in the flywheel rim of which weight was reduced from 32.2kgf to 24.4 kgf, maximum vibration of the engine was decreased 48.3% at X axis, 35.5% at Y axis and 34.6% at Z axis in comparison with the flywheel of original weight. 2. When the flywheel of rubber damper was compared with the original flywheel, the average of absolute vibration for rubber damped flywheel was decreased at X, Y, Z axis and especially its decreasing rate was so high at X-axis comparing with the other flywheel, which implied that rubber damper was very useful to reducing the vibration of the engine at X axis. 3. Hysteresis losses of X, Y, Z axis were greatly decreased in the flywheel with rubber damper on rim. 4. Damped oscillation effect on X and Y axis vibration above average peak vibration by the flywheel of rubber damper on rim was larger than those by the other flywheels. 5. Power spectrums of vibration at real and imaginery part were bi-mode type. The vibration frequency of rubber dampered flywheel which weight is decreased was slightly increased as compared with original flywheel.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.9
no.11
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pp.874-882
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2003
The condition assessment of engineering systems has increased in importance because the manpower needed to operate and supervise various plants has been reduced. Especially, induction motors are at the core of most engineering processes, and there is an indispensable need to monitor their health and performance. So detection and diagnosis of motor faults is a base to improve efficiency of the industrial plant. In this paper, a model-based fault detection system is developed for induction motors, using steady state vibration signals. Early various fault detection systems using vibration signals are a trivial method and those methods are prone to have missed fault or false alarms. The suggested motor fault detection system was developed using a model-based reference value. The stationary signal had been extracted from the non-stationary signal using a data segmentation method. The signal processing method applied in this research is FFT. A reference model with spectra signal is developed and then the residuals of the vibration signal are generated. The ratio of RMS values of vibration residuals is proposed as a fault indicator for detecting faults. The developed fault detection system is tested on 800 hp motor and it is shown to be effective for detecting faults in the air-gap eccentricities and broken rotor bars. The suggested system is shown to be effective for reducing missed faults and false alarms. Moreover, the suggested system has advantages in the automation of fault detection algorithms in a random signal system, and the reference model is not complicated.
Various types of vibration are transmitted to operators of agricultural tractors while working in the field. Most harmful vibration to human body is ride vibrations with low frequency ranging from 1 to 10 Hz, caused by rough terrain. These ride vibration has vertical and rotational components. This study was conducted to develop an active seat suspension system with two degrees of freedoms, enabling effectively reduce vibrations in vertical and pitch motions. Therefore, a mechanism for the active seat suspension was developed, and an electro-hydraulic servo system and a controller to drive the active seat suspension system were also developed in this study. A simulation model was developed to evaluate how the active seat suspension system effectively reduce the vibrations transmitted to the base of seat. Active seat suspension was optimized to enhance the performance using the developed simulation model. The performance of the seat suspension system was evaluated according to the test codes described in EEC78/764 in order to investigate the feasibility of application to agricultural tractors. The result showed that the developed active seat suspension system could reduce the magnitude of vertical vibration up to 80% for the input vibrations according to the test codes described in EEC78/764. The system could reduce the rotational displacement of ${\pm}\;2.5$ degrees up to 50% for the pitch vibration on the average in the frequency range of 1 to 2 Hz.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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