The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers D
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v.52
no.10
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pp.575-582
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2003
A new FDOs (fault diagnostic observers) and the residual generation schemes using the FDOs are suggested for the process fault detection and isolation of linear (control) systems. The design method of the FDO is described, first, for the full measurement systems. Then it is extended for the systems with unmeasurable state variables. An unknown input observer is proposed and applied for the extension. The size of the observer bank may be the smallest, specially in full measurement systems, because the order of the proposed FDO is very low. In spite of the simplicity, the scheme provides the same information for the detection and isolation of the anticipated faults as the conventional multiple observer based schemes. The residuals may be structured so that fault isolation can be performed by pre-selected logic. An FDIS using the proposed scheme is constructed for the model of the four-tank system. Simulation results show the practical feasibility of the proposed scheme.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.10
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pp.960-966
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2011
In this paper, an $\mathfrak{H}$_/$\mathfrak{H}_{\infty}$ fault detection and isolation (FDI) observer design problem is investigated for discrete-time delayed systems. To that end, a bank consisting of the sensor's number of observers is introduced. Each residual should be sensitive to a certain partial group of faults, but robust against the disturbance as far as possible. We formulate this multiobjective FDI problem as $\mathfrak{H}$_/$\mathfrak{H}_{\infty}$ observers design problem. Sufficient design condition is expressed as iterative linear matrix inequalities. The fault is then detected and isolated by evaluating the residuals through an FDI decision logic. A computer simulation is provided for verification of the proposed technique.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2006.03a
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pp.479-486
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2006
This paper presents tile results of experimental studies of the isolated Model EDG Systems. For the experimental work, the scaled model of EDG system and the isolation systems were developed. The target EDG model is 16PC2-5V400 which was manufactured by the SEMT Pielstick corporation. The Coil Spring and Viscous Damper Systems were selected for the isolation system. The Coil Spring and Viscous Damper systems can reduce not only seismic forces but also the operating vibration. For the input seismic motions, the scenario earthquake and the artificial earthquakes which were developed as NRC design spectrum and Uniform hazard Spectrum(UHS) were selected. As a result, at least 20% of seismic forces were decreased as the isolation system.
The concept of meta-material-based isolation systems (MMIS) for structural columns has been revisited in the present study in order to enhance the stability of rubber pads by using steel shim reinforced rubber (SSRR) layers. Analytical calculations have shown a significant improvement in the stability of MMIS with SSRR pads. Finite element analysis has also been conducted to further show the reduced response of a bridge with the modified MMIS under excitations having frequencies within the corresponding attenuation zone (AZ) as compared to the response of a conventional bridge without MMIS. FE analysis further shows the stress generated on the bridge with MMIS systems are within safe limits. Finally, a generalized procedure has been developed to design bridge columns with the proposed modified MMIS.
This paper proposes a fault detection and isolation metho by combining the parameter estimation method[4] with the observer method[2] to use merits of both methods. To verify the performance of the method proposed some simulations applied to remotely piloted vehicle are performed.
Seismic response of the liquid storage tanks isolated by the elastomeric bearings and sliding systems is investigated under near-fault earthquake motions. The fault normal and parallel components of near-fault motion are applied in two horizontal directions of the tank. The continuous liquid mass of the tank is modeled as lumped masses known as sloshing mass, impulsive mass and rigid mass. The corresponding stiffness associated with these lumped masses has been worked out depending upon the properties of the tank wall and liquid mass. It is observed that the resultant response of the isolated tank is mainly governed by fault normal component with minor contribution from the fault parallel component. Further, a parametric study is also carried out to study the effects of important system parameters on the effectiveness of seismic isolation for liquid storage tanks. The various important parameters considered are: aspect ratio of tank, the period of isolation and the damping of isolation bearings. There exists an optimum value of isolation damping for which the base shear in the tank attains the minimum value under near-fault motion. The increase of damping beyond the optimum value will reduce the bearing and sloshing displacements but increases the base shear. A comparative performance of five isolation systems for liquid storage tanks is also studied under normal component of near-fault motion and found that the EDF type isolation system may be a better choice for design of isolated tank in near-fault locations. Finally, it is also observed that the satisfactory response can be obtained by analysing the base-isolated tanks under simple cycloidal pulse instead of complete acceleration history.
In past major earthquakes (1994 Northridge, 1995 Kobe, Chi-Chi 1999, Kocaeli 1999), significant damages occurred in the liquid storage tanks. The basic failure patterns were observed to be the buckling of the tank wall and uplift of the anchorage system. The damages in the industrial facilities and nuclear power plants have caused the spread of toxic substances to the environment and significant fires. Seismic isolation can be used in liquid storage tanks to decouple the structure and decrease the structural demand in the superstructure in case of ground shaking. Previous studies on the use of seismic isolation systems on liquid storage tanks show that an isolation system reduces the impulsive response but might slightly increase the convective one. There is still a lack of understanding of the seismic response of seismically isolated liquid storage tanks considering the fluid-structure interaction. In this study, one broad tank, one medium tank, and one slender tank are selected and designed. Two- and three-dimensional elastomeric bearings are used as seismic isolation systems. The seismic performance of the tanks is then investigated through nonlinear dynamic time-history analyses. The effectiveness of each seismic isolation system on tanks' performance was investigated. Isolator tension forces, modal analysis results, hydrodynamic stresses, strains, sloshing heights and base shear forces of the tanks are compared. The results show that the total base shear is lower in 3D-isolators compared to 2D-isolators. Even though the tank wall stresses, and strains are slightly higher in 3D-isolators, they are more efficient to prevent the tension problem.
One of the main shortcomings in the current passive base isolation system is lack of adaptability. The recent research and development of a novel adaptive seismic isolator based on magnetorheological elastomer (MRE) material has created an opportunity to add adaptability to base isolation systems for civil structures. The new MRE based base isolator is able to significantly alter its shear modulus or lateral stiffness with the applied magnetic field or electric current, which makes it a competitive candidate to develop an adaptive base isolation system. This paper aims at exploring suitable control algorithms for such adaptive base isolation system by developing a close-loop semi-active control system for a building structure equipped with MRE base isolators. The MRE base isolator is simulated by a numerical model derived from experimental characterization based on the Bouc-Wen Model, which is able to describe the force-displacement response of the device accurately. The parameters of Bouc-Wen Model such as the stiffness and the damping coefficients are described as functions of the applied current. The state-space model is built by analyzing the dynamic property of the structure embedded with MRE base isolators. A Lyapunov-based controller is designed to adaptively vary the current applied to MRE base isolator to suppress the quake-induced vibrations. The proposed control method is applied to a widely used benchmark base-isolated structure by numerical simulation. The performance of the adaptive base isolation system was evaluated through comparison with optimal passive base isolation system and a passive base isolation system with optimized base shear. It is concluded that the adaptive base isolation system with proposed Lyapunov-based semi-active control surpasses the performance of other two passive systems in protecting the civil structures under seismic events.
Seismic isolation has been established as an effective earthquake-resistant design method and the lead rubber bearings (LRBs) are among the most commonly used seismic isolation systems. In the scientific literature, a sharp bilinear model is often used for capturing the hysteretic behaviour of the LRBs in the analysis of seismically isolated structures, although the actual behaviour of the LRBs can be more accurately represented utilizing smoothed plasticity, as captured by the Bouc-Wen model. Discrepancies between these two models are quantified in terms of the computed peak relative displacements at the isolation level, as well as the peak inter-storey deflections and the absolute top-floor accelerations, for the case of base-isolated buildings modelled as multi degree-of-freedom systems. Numerical simulations under pulse-like ground motions have been performed to assess the effect of non-linear parameters of the seismic isolation system and characteristics of both the superstructure and the earthquake excitation, on the accuracy of the computed peak structural responses. Through parametric analyses, this paper assesses potential inaccuracies of the computed peak seismic response when the sharp bilinear model is employed for modelling the LRBs instead of the more accurate and smoother Bouc-Wen model.
The uneven distribution of rolling friction coefficient may lead to great uncertainty in the structural seismic isolation performance. This paper attempts to improve the isolation performance of a spring-damper-rolling isolation system by artificially making the uneven friction distribution to be concave. The rolling friction coefficient gradually increases when the isolator rolls away from the original position during an earthquake. After the spring-damper-rolling isolation system under different ground motions was calculated by a numerical analysis method, the system obtained more regular results than that of random uneven friction distributions. Results shows that the concave friction distribution can not only dissipate the earthquake energy, but also change the structural natural period. These functions improve the seismic isolation efficiency of the spring-damper-rolling isolation system in comparison with the random uneven distribution of rolling friction coefficient, and always lead to a relatively acceptable isolation state even if the actual earthquake significantly differs from the design earthquake.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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