Aerodynamic sensitivity analysis is performed for the Navier-Stokes equations coupled with two-equation turbulence models using a discrete adjoint method and a direct differentiation method respectively. Like the mean flow equations, the turbulence model equations are also hand-differentiated to accurately calculate the sensitivity derivatives of flow quantities with respect to design variables in turbulent viscous flows. Both the direct differentiation code and the adjoint variable code adopt the same time integration scheme with the flow solver to efficiently solve the differentiated equations. The sensitivity codes are then compared with the flow solver in terms of solution accuracy, computing time and computer memory requirements. The sensitivity derivatives obtained from the sensitivity codes with different turbulence models are compared with each other. Using two-equation turbulence models, it is observed that a usual assumption of constant turbulent eddy viscosity in adjoint methods may lead to seriously inaccurate results in highly turbulent flows.
This note presents a direct adaptive pole assignment control for general discrete, linear, time-invariant, nonmimum phase system.Controller parameters are estimated from the recursive least-squares algorithm, and some additional auxiliary parameters are obtained from aset of recursive equations based on a certain polynomial identity which is derived from the pole assignment equation and the Bezout identity. This scheme increase the numerical stability of the auxiliary parameters, and guarantees local convergence without any extra conditions for the external input. The effectiveness of the proposed scheme is demonstrated by the computer simulation.
Kim, Chang Sung;Lee, Byoungjoon;Kim, Chongam;Rho, Oh-Hyun
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.2
no.1
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pp.20-27
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2001
Aerodynamic sensitivity analysis is performed for the Navier-Stokes equations coupled with two-equation turbulence models using a discrete adjoint method and a direct differentiation method respectively. Like the mean flow equations, the turbulence model equations are also hand-differentiated to accurately calculate the sensitivity derivatives of flow quantities with respect to design variables in turbulent viscous flows. The sensitivity codes are then compared with the flow solver in terms of solution accuracy, computing time and computer memory requirements. The sensitivity derivatives obtained from the sensitivity codes with different turbulence models are compared with each other. The capability of the present sensitivity codes to treat complex geometry is successfully demonstrated by analyzing the flows over multi-element airfoils on Chimera overlaid grid systems.
Kim, Young-Chol;Jin, Lihua;Lee, Jin-Mok;Choi, Jae-Ho
Journal of Power Electronics
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v.10
no.5
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pp.518-527
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2010
This paper presents a new technique for directly designing a linear digital controller for a single-phase pulse width modulation (PWM) converter systems, based on closed-loop identification. The design procedure consists of three steps. First, obtain a digital current controller for the inner loop system by using the error space approach, so that the power factor of the supply is close to one. The outer loop is composed of a voltage controller, a current control loop including a current controller, a PWM converter, and a capacitor. Then, all the components, except the voltage controller, are identified by a discrete-time equivalent linear model, using the closed-loop output error (CLOE) method. Based on this equivalent model, a proper digital voltage controller is then directly designed. It is shown through PSim simulations and experimental results that the proposed method is useful for the practical design of PWM converter controllers.
For the high power demand and N+1 redundancy, this paper presents the digital load share (LS) controller design and the implementation of paralleled phase-shifted full-bridge converters (PSFBC) used in distributed power systems. By adopting the digital control strategy, separately used ICs for PSFBC and LS control functions in analog systems can be merged into a cost-effective digital controller. To compensate and stabilize both PSFBC and LS loops with the direct digital design approaches, small-signal model of the system is derived in discrete-time domain. The steady-state and dynamic load sharing performances are also investigated. Experimental results from two 1.2 kW paralleled PSFBC modules are shown to verify the proposed work.
Kim, Soo-Won;Yuh, Baeg-Youh;Park, Choon-Wok;Kang, Moon-Myung
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.4
no.2
s.12
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pp.89-97
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2004
The objective of this study is the development of a scheme and discrete optimum design algorithm, which is based on the genetic algorithm. The algorithm can perform both scheme and size optimum designs of plane trusses. The developed Scheme genetic algorithm was implemented in a computer program. For the optimum design, the objective function is the weight of structures and the constraints are limits on loads and serviceability. The basic search method for the optimum design is the genetic algorithm. The algorithm is known to be very efficient for the discrete optimization. However, its application to the complicated structures has been limited because of the extreme time need for a number of structural analyses. This study solves the problem by introducing the size & scheme genetic algorithm operators into the genetic algorithm. The genetic process virtually takes no time. However, the evolutionary process requires a tremendous amount of time for a number of structural analyses. Therefore, the application of the genetic algorithm to the complicated structures is extremely difficult, if not impossible. The scheme genetic algorithm operators was introduced to overcome the problem and to complement the evolutionary process. It is very efficient in the approximate analyses and scheme and size optimization of plane trusses structures and considerably reduces structural analysis time. Scheme and size discrete optimum combined into the genetic algorithm is what makes the practical discrete optimum design of plane fusses structures possible. The efficiency and validity of the developed discrete optimum design algorithm was verified by applying the algorithm to various optimum design examples: plane pratt, howe and warren truss.
The modular multilevel cascade converter (MMCC) is a new family of multilevel power converters with modular realization and a cascaded pattern for submodules. The MMCC family can be classified by basic configurations and submodule types. One member of this family, the Hexverter, is configured as Double-Delta Full-Bridge (DDFB). It is a novel multilevel AC/AC converter with direct power conversion and comparatively fewer required components. It is appropriate for connecting two three-phase systems with different frequencies and driving an AC motor directly from a utility grid. This paper presents the dq model of a Hexverter with both of its AC systems by state-space representation, which then simplifies the continuous time-varying model into a periodic discrete time-invariant one. Then a generalized multivariable optimal control strategy for regulating the Hexverter's independent currents is developed. The resulting control structure can be adapted to other MMCCs and is flexible enough to include other control criterion while guaranteeing the original controller performance. The modeling method and control design are verified by simulation results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.40
no.6
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pp.12-19
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2003
Corrugated bulkheads for a bulk carrier are divided into watertight bulkheads and deep tank bulkheads. Design of the watertight bulkheads is principally determined by the permissible limit of Classification and IACS requirements. But, the verification of strength through finite element analysis is indispensable for design of the deep tank bulkheads. A stage for stress evaluation of corrugated part is required for optimum structural design of the deep tank bulkheads. Since the finite element analysis for real model requires excessive amount of calculation time, in this study one corrugated structure is replaced with beam element and is idealized as 2 dimensional frame structure connected to upper and lower stool Minimum weight design of the deep tank bulkheads is performed through generalized sloped deflection method(GSDM) as direct calculation method. The purpose of this study is the development of design system for the minimization of steel weight of deep tank bulkheads as well as watertight bulkheads. Discrete variables are used as design variables for the practical design. Evolution strategies(ES) is used as an optimization technique.
In the present study, an efficient method for the optimum design of three-dimensional (3D) steel framed structures is proposed. In this method, in addition to choosing the best position of columns based on architectural requirements, the optimum cross-sectional dimensions of elements are determined. The preliminary design variables are considered as the number of columns in structural plan, which are determined by a direct optimization method suitable for discrete variables, without requiring the evaluation of derivatives. After forming the geometry of structure, the main variables of the cross-sectional dimensions are evaluated, which satisfy the design constraints and also achieve the least-weight of the structure. To reduce the number of finite element analyses and the overall computational time, a new third order approximate function is introduced which employs only the diagonal elements of the higher order derivatives matrices. This function produces a high quality approximation and also, a robust optimization process. The main feature of the proposed techniques that the higher order derivatives are established by the first order exact derivatives. Several examples are solved and efficiency of the new approximation method and also, the proposed method for the best position of columns in 3D steel framed structures is discussed.
This study focuses on the optimal operation and control strategy of the fuel cell process. The control objective of the Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC) is established and dynamic modeling equations of the entire fuel cell process are formulated as discrete-time type. On-line optimal control of the MIMO system employs the direct decomposition-coordination method. The objective function is modified as the tracking form to enhance the response capability to the load change. The weight factor matrices Q,R, which are design parameters, are readjusted. This control system is compared with LQI method and the results show that the suggested method is better than the traditional method in pressure difference control.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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