In this paper, sliding mode control (SMC) is designed and applied to an elastic structure to suppress some of its vibration modes. The system is an elastic beam clamped on one end and the designed controller uses only the deflection measurement of the free end. The infinite dimensional mathematical model of the beam is reduced to an ordinary differential equation set to represent the behavior of required modes. Since the states of the finite dimensional model are not physically measurable quantities, an observer is designed to estimate these states by measuring the tip deflection of the beam. The performance of the observer is important because the observed states are used in the SMC design. In this study, by using the output information, an observer is designed and tested to estimate the states of the finite dimensional model of the beam. Then the designed SMC is applied to the experimental beam system which gives satisfactory suppressed vibrations.
Journal of the Institute of Convergence Signal Processing
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v.3
no.1
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pp.61-66
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2002
A fuzzy control strategy is described which is utilized to control the joint angle and tip deflection in single flexible manipulator. In this paper, an existing model for a single flexible manipulator is used for the initial development of an FLC. One FLC is designed to govern the joint angle of the manipulator as it is rotated from one position to another, and the second FLC is designed to attenuate the tip deflection which result from joint angle body motion. Reference Trajectory Command is an important method to reduce vibration in flexible beam. This paper presents a very simple command control shaping which eliminates multiple mode residual vibration in a flexible beam combined parallel fuzzy controller. The effectiveness of proposed scheme is demonstrated through computer simulation.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.6
s.171
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pp.90-97
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2005
Magnetic flywheel system utilizes a magnetic bearing, which is able to support the shaft without mechanical contacts, and also it is able to control rotational vibration. Magnetic flywheel system is composed of position sensors, a digital controller, actuating amplifiers, an electromagnet and a flywheel. This work applies the neuro-fuzzy control algorithm to control the vibration of a magnetic flywheel system. It proposes the design skill of an optimal controller when the system has structured uncertainty and unstructured uncertainty, i.e. it has a difficulty in extracting the exact mathematical model. Inhibitory action of vibration was verified at the specified rotating speed. Unbalance response, a serious problem in rotating machinery, is improved by using a magnetic bearing with neuro-fuzzy algorithm.
Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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2009.05a
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pp.697-702
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2009
Filtered-x LMS algorithm maybe the most popular control algorithm used in DSP implementations of active noise and vibration control system. The algorithm converges on a timescale comparable to the response time of the system to be controlled, and is found to be very robust. If the pure tone reference signal is synchronously sampled, it is found that the behavior of the adaptive system can be completely described by a matrix of linear, time invariant, transfer functions. This is used to explain the behavior observed in simulations of a simplified single input, single output adaptive system, which retains many of the properties of the multichannel algorithm.
Pendulums can be used as passive vibration control devices in several structures and machines. In the present work, the nonlinear behavior of a pendulum-tower system is studied. The tower is modeled as a bar with variable cross-section with concentrated masses. First, the vibration modes and frequencies of the tower are obtained analytically. The primary structure and absorber together constitute a coupled system which is discretized as a two degrees of freedom nonlinear system, using the normalized eigenfunctions and the Rayleigh-Ritz method. The analysis shows the influence of the geometric nonlinearity of the pendulum absorber on the response of the tower. A parametric analysis also shows that, with an appropriate choice of the absorber parameters, a pendulum can decrease the vibration amplitudes of the tower in the main resonance region. The results also show that the pendulum nonlinearity cannot be neglected in this type of problem, leading to multiplicity of solutions, dynamic jumps and instability. In order to improve the effectiveness of the control during the transient response, a hybrid control system is suggested. The added control force is implemented as a non-linear variable stiffness device based on position and velocity feedback. The obtained results show that this strategy of nonlinear control is attractive, has a good potential and can be used to minimize the response of slender structures under various types of excitation.
The present paper is devoted to vibration canceling and shape control of piezoelastic slender beams. Taking into account the presence of electric networks, an extended electromechanically coupled Bernoulli-Euler beam theory for passive piezoelectric composite structures is shortly introduced in the first part of our contribution. The second part of the paper deals with the concept of passive shape control of beams using shaped piezoelectric layers and tuned inductive networks. It is shown that an impedance matching and a shaping condition must be fulfilled in order to perfectly cancel vibrations due to an arbitrary harmonic load for a specific frequency. As a main result of the present paper, the correctness of the theory of passive shape control is demonstrated for a harmonically excited piezoelelastic cantilever by a finite element calculation based on one-dimensional Bernoulli-Euler beam elements, as well as by the commercial finite element code of ANSYS using three-dimensional solid elements. Finally, an outlook for the practical importance of the passive shape control concept is given: It is shown that harmonic vibrations of a beam with properly shaped layers according to the presented passive shape control theory, which are attached to an resistor-inductive circuit (RL-circuit), can be significantly reduced over a large frequency range compared to a beam with uniformly distributed piezoelectric layers.
This paper focuses on a recently proposed asymmetric base-isolation coupling control system (ABiCS) for the vibration control of adjacent twin buildings. The ABiCS consists of inter-story diagonal dampers, a connecting damper between the two buildings, and a seismic isolation device at the base floor of one building. To investigate the control characteristics of ABiCS, a parametric study was performed by numerically simulating the 20-story twin buildings. In the parametric study, the control capacities of the inter-story diagonal dampers, connecting damper, and seismic isolation device were considered as varying parameters. The parametric study results indicate that the connecting damper between the two buildings reduces the responses of both buildings only at optimal or near-optimal capacity. In addition, adjusting the stiffness of the base isolation is found to be the most effective method for improving seismic performance and achieving cost-effectiveness. Accordingly, we presented a scenario-based performance improvement approach in which reducing the stiffness of the base isolation device could be an effective technique to improve the seismic performance of both buildings. However, note that checking the maximum allowable displacement of the base isolation device is essential.
Many researchers have studied several vibration control devices such as TMD, TLD, and VED to reduce the acceleration level for tall buildings. Advantages of TLD (tuned liquid damper) include easy installation, low cost, and less maintenance. However, the dynamic characteristics of TLD must be verified by experiment and analysis due to the difficulties in evaluating the characteristics of water sloshing. In this study, free vibration and dynamic excitation experiments of structure with TLD were conducted to verify vibration control force of the proposed TLD for high-rise building. The parameters were mass ratio of water to structure, number of damping nets, and aspect ratio. From the test results, the responses of structure with water tank were observed to be smaller than those of structure alone. Furthermore, better damping effect could be achieved with larger mass ratio, more damping nets, and larger aspect ratio. However, in the case of water tank with no damping net, little damping effect was obtained.
Kim, Hyung-Tae;Kim, Cheol-Ho;Lee, Kang-Won;Lee, Gyu-Seop;Son, Sung-Wan
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.20
no.12
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pp.1128-1138
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2010
One of the typical problems in the precise vibration is resonance characteristics at low frequency disturbance due to a heavy mass. An electro-magnetic(EM) air spring is a kind of vibration control unit and active isolator. The EM air spring in this study aims at removing the low frequency resonance for semiconductor manufacturing. The mechanical and electronic parts in the active isolator are designed to operate under a weight of 2.5 tons. The EM spring is floated using air pressure in a pneumatic elastic chamber and actuated by EM levitation force. The actuator consists of a EM coil and a permanent magnetic plate which are installed inside of the chamber. An air mount was constructed for the experiment with a stone surface plate, 4 active air springs, 4 gap sensors, a DSP controller, and a multi-channel power amp. A PD control method and operating logic was applied to the DSP. Simulation using 1/4 model was carried out and compared with the experiments. The time duration and maximum peak at resonance frequency can be reduced sharply by the proposed system. The results show that the active system can avoid the resonance caused by the natural frequency of the passive system.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.35
no.3
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pp.218-224
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2007
Although piezoelectric materials such as PZT have been widely used as actuators in the field of active vibration suppression, the use of bare PZT as an actuator may cause some drawbacks such as critical breaks in the installation process, short circuits in the host material and low fatigue performance. The LIPCA-C2 (lightweight piezocomposite actuator) was developed to alleviate these problems. We implemented the LIPCA as an actuator to suppress the vibration of an aluminum cantilever beam with a tip mass. In our test, we used positive position feedback control algorithm. The filter frequency for this type of feedback should be tuned to the natural frequency of the target mode. The first three experimental natural frequencies of the aluminum cantilever beam agree well with the results of finite element analysis. The effectiveness of using the LIPCA as an actuator in active vibration suppression was investigated with respect to the time and frequency domains, and the experimental results show that LIPCAs with PPF control can significantly reduce the amplitude of forced vibrations and the settling time of free vibrations. For a case study, the forced vibration control of several beams with different thicknesses were performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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