This study deals with the optimal design of a hybrid control system composed of a combination of active control system and passive control system for effective seismic performance improvement of two adjacent structures. The proposed hybrid control system adopts a configuration of installing an active control device in one building and connecting two adjacent structures with a passive control device so that the one-side active control force can be bi-directionally applied to both buildings through the passive connecting devices. In order to derive the optimal performance of the proposed system, the design parameters of the passive and active control systems were searched using the genetic algorithm. Numerical simulations of 10-story and 8-story buildings have been performed to verify the effectiveness of the proposed technique. For the purpose of comparison, the conventional independent control system with two identical active control systems being installed separately for each structure was also optimally designed and its seismic response has been evaluated as well. From the comparative results of the two control systems, it is demonstrated that the proposed hybrid control system requires larger control force for its one-side active control device than the conventional independent control system does for each of both-side active devices, but quite less than the total control force required for both-side devices of the independent control system, while maintaining similar seismic performance. Therefore, the proposed system is more economical and reliable than the conventional independent control system with two identical active devices.
This paper presents the design and the application of a new self-powered hybrid electromagnetic damper that can harvest energy while mitigating the vibration of a structure. The damper is able to switch between an energy harvesting passive mode and a semi-active mode depending on the amount of energy harvested and stored in the battery. The energy harvested in the passive mode resulting from the suppression of vibration is employed to power up the monitoring and electronic components necessary for the semi-active control. This provides a hybrid control capability that is autonomous in terms of its power requirement. The proposed hybrid circuit design provides two possible options for the semi-active control: without energy harvesting and with energy harvesting. The device mechanism and the circuitry that can drive this self-powered electromagnetic damper are described in this paper. The parameters that determine the device feasible force-velocity region are identified and discussed. The effectiveness of this hybrid damper is evaluated through a numerical simulation study on vibration mitigation of a bridge stay cable under wind excitation. It is demonstrated that the proposed hybrid design outperforms the passive case without external power supply. It is also shown that a broader force range, facilitated by decoupled passive and semi-active modes, can improve the vibration performance of the cable.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.21
no.1
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pp.56-65
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2011
A new hybrid mount system is proposed for microvibration control in a high-tech factory. The mount consists of an airspring as a passive device and a piezostack actuator as an active device. The two devices are connected in series. Some numerical simulations and experimental tests are carried out to evaluate isolation performance of the mount system comprising of four proposed hybrid mounts. As a control logic, the specific algorithm is adopted for considering multiple target frequencies of excitation based on a Filtered-X LMS algorithm. The results are compared with isolation performance of the passive airspring mount system. It is confirmed that the proposed hybrid mount system has great performance on microvibration.
This paper highlights the role of innovative vibration control system based on two promising properties in a parallel configuration. Hybrid device consists of two main components; recentering wires of shape memory alloy (SMA) and steel pipe section as an energy dissipater element. This approach concentrates damage in the steel pipe and prevents the main structural members from yielding. By regulation of the main adjustable design parameter, an optimum performance of the device is obtained. The effectiveness of the device in passive control of structures is evaluated through nonlinear time history analyses of a five-story steel frame with and without the hybrid device. Comparing the results proves that the hybrid device has a considerable potential to mitigate the residual drift ratio, peak absolute acceleration and peak interstory drift of the structure.
The present paper deals with the optimum performance of the passive hybrid control system for the benchmark highway bridge under the six earthquakes ground motion. The investigation is carried out on a simplified finite element model of the 91/5 highway overcrossing located in Southern California. A viscous fluid damper (known as VFD) or non-linear fluid viscous spring damper has been used as a passive supplement device associated with polynomial friction pendulum isolator (known as PFPI) to form a passive hybrid control system. A parametric study is considered to find out the optimum parameters of the PFPI system for the optimal response of the bridge. The effect of the velocity exponent of the VFD and non-linear FV spring damper on the response of the bridge is carried out by considering different values of velocity exponent. Further, the influences of damping coefficient and vibration period of the dampers are also examined on the response of the bridge. To study the effectiveness of the passive hybrid system on the response of the isolated bridge, it is compared with the corresponding PFPI isolated bridges. The investigation showed that passive supplement damper such as VFD or non-linear FV spring damper associated with PFPI system is significantly reducing the seismic response of the benchmark highway bridge. Further, it is also observed that non-linear FV spring damper hybrid system is a more promising strategy in reducing the response of the bridge compared to the VFD associated hybrid system.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2004.10a
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pp.476-483
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2004
This paper presents a hybrid system combining lead rubber bearings and hydraulic actuators controlled by a μ-synthesis method for seismic response control of a cable-stayed bridge. A hybrid system could alleviate some of restrictions and limitations that exist when each system is acting alone because multiple control devices are operating. Therefore, the overall control performance of a hybrid system may be improved compared to each system, however the overall system robustness may be negatively impacted by active device in the hybrid system or active controller may cause instability due to small margins. Therefore, a f-synthesis method that guarantees the robust performance is considered to enhance the possibility of real applications of the control system. The control performances of the proposed control system are compared with those of passive, active, semiactive control systems and hybrid system controlled by LQG algorithm and an extensive robust analysis with respect to stiffness and mass matrices perturbation and time delay of actuator is performed. Numerical simulation results show that the control performance of the proposed control system is superior to that of the passive system and slightly better than that of the active and semiactive systems and two hybrid systems show similar control performances. Furthermore, the hybrid system controlled by a μ-synthesis method shows the good robustness without loss of control performances. Therefore, the proposed control system could effectively be used to seismically excited cable-stayed bridge which contains many uncertainties.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.377-386
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2000
Hybrid mass dampers consist of passive tuned mass dampers and active mass dampers. They have the advantage that passive tuned mass dampers are still operated even when active mass dampers are stopped by excessive disturbances or power failure. This paper begins first with the comparative analysis of tuned mass dampers, hybrid mass dampers, and active mass dampers. Next more detailed study is carried out on the hybrid mass dampers: cascade hybrid mass dampers (CHMD) and active tuned mass dampers (ATMD). CHMD is regarded as more reasonable device because of its lighter active mass than ATMD's. However CHMD can not neglect stroke saturation problem caused by the length limitation of active damper mass. We compensate the saturation problem with nonlinear restoring force. The restoring force is calculated based on the states and phases of active mass dampers and added to the control force. It is shown that the presented compensation method prevents CHMD from saturation behavior without apparent changes of control force and responses compared to those in case of not considering the saturation problem.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2009.10a
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pp.292-298
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2009
This paper investigates the control performance of the proposed hybrid mount system for vibration isolation table. The hybrid mount system consists of an air spring as a passive device and a PZT stack actuator as an active device in series. The feasibility of the PZT stack actuator as an active actuator was examined through the simple experiments. After that, a series of numerical simulations were carried out to evaluate the control performance of the proposed hybrid mount system. The equations of motion of the table with a set of hybrid mount systems consisting of four devices are derived. The air spring is considered as a 1 spring and 1 dashpot elements, and PID control algorithm is adopted to estimate the control force. The results of the numerical simulations presents that the proposed hybrid mount system could be the promising control system for vibration isolation table.
Park, Kyu-Sik;Jung, Hyung-Jo;Choi, Kang-Min;Lee, Jong-Heon;Lee, In-Won
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.11a
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pp.574-577
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2004
This paper presents a hybrid system combining lead rubber bearings and hydraulic actuators controlled by a $\mu-synthesis$ method for seismic response control of a cable-stayed bridge. A hybrid system could alleviate some of restrictions and limitations that exist when each system is acting alone because multiple control devices are operating. Therefore, the overall control performance of a hybrid system may be improved compared to each system, however the overall system robustness may be negatively impacted by active device in the hybrid system or active controller may cause instability due to small margins. Therefore, a $\mu-synthesis$ method that guarantees the robust performance is considered to enhance the possibility of real applications of the control system. The performances of the proposed control system are compared with those of passive, active, semiactive control systems and hybrid system controlled by a LQG algorithm. Furthermore, an extensive robust analysis with respect to stiffness and mass matrices perturbation and time delay of actuator is performed. Numerical simulation results show that the performances of the proposed control system are superior to those of passive system and slightly better than those of active and semiactive systems and two hybrid systems show similar control performances. Furthermore, the hybrid system controlled by a f-synthesis method shows the good robustness without loss of control performances. Therefore, the proposed control system could effectively be used to seismically excited cable-stayed bridge which contains many uncertainties.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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