Characteristic parameter values of seismic isolators deviate from their nominal design values due to uncertainties and/or errors in their material properties and element dimensions, etc. Deviations may increase over service life due to environmental effects and service conditions. For accurate evaluation of the seismic safety level, all such effects, which would result in deviations in the structural response, need to be taken into account. In this study, the sensitivity of the probability of failure of the structures equipped with nonlinear base isolation systems to the uncertainties in various isolation system characteristic parameters is investigated in terms of various isolation system and superstructure response parameters in the context of a realistic three-dimensional base-isolated building model via Monte Carlo Simulations. The inherent record-to-record variability nature of the earthquake ground motions is also taken into account by carrying out analyses for a large number of ground motion records which are classified as those with and without forward-directivity effects. Two levels of nominal isolation periods each with three different levels of uncertainty are considered. Comparative plots of cumulative distribution functions and related statistical evaluation presented here portray the potential extent of the deviation of the structural response parameters resulting from the uncertainties and the uncertainty levels considered, which is expected to be useful for practicing engineers in evaluating isolator test results for their projects.
Studies on the application of the lead rubber bearing (LRB) isolation system to nuclear power plants are being carried out as one of the measures to improve seismic performance. Nuclear power plants with isolation systems require seismic probabilistic safety assessments, for which the seismic fragility of the structures, systems, and components needs be calculated, including for beyond design basis earthquakes. To this end, seismic response analyses are required, where it can be seen that the behaviors of the isolation system components govern the overall seismic response of an isolated plant. The numerical model of the LRB used in these seismic response analyses plays an important role, but in most cases, the extreme performance of the LRB has not been well studied. The current work therefore develops an extreme nonlinear numerical model that can express the seismic response of the LRB for beyond design basis earthquakes. A full-scale LRB was fabricated and dynamically tested with various input conditions, and test results confirmed that the developed numerical model better represents the behavior of the LRB over previous models. Subsequent seismic response analyses of isolated nuclear power plants using the model developed here are expected to provide more accurate results for seismic probabilistic safety assessments.
Recently, induction motors are used more widely because of their low cost and simple structure. Therefore, the importance of fault detection and isolation of induction motors significantly increases. In most case the line current is used for fault detection and isolation. But in case that an induction motor has an inverter for control, it distorts the information of faulty state included in the line current. This paper proposes a new method for fault detection and isolation of induction motors that is speed controlled by the inverter using frequency analysis of the reference current instead of the line current for fault detection and isolation.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2001.04a
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pp.151-154
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2001
The pneumatic vibration isolation systems have been widely used in industry and laboratories, but the full mathematical analysis and nonlinear modeling techniques have not been reported yet, even while the nonlinear features of the pneumatic vibration isolation system decide the main characteristics. For instance, the orifice in a pneumatic vibration isolator has been traditionally considered as a simple viscous damper, which was too much simplified to explain the performance of the isolation system. In this paper, the nonlinear characteristics are considered for the orifice and chamber, etc. The numerical simulation is carried out by the MATLAB/Simulink software. From the analysis result, a clear trend of the nonlinear features is shown: the vibration transmissibility changes not only due to the excitation frequency but also due to the amplitude of the vibration excitation. Therefore various design parameters are optimally chosen for the vibration isolation system. The proposed methods show good compatibility between the analysis results and the experiments.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.497-504
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2005
This paper presents the results of experimental studies on the equipment isolation effect considering the floor response. For this purpose, shaking table tests were performed. For the measuring the floor response, numerical analysis was performed. For the isolation for the equipment, Natural Rubber Bearing(NRB), High Damping Rubber Bearing(HDRB) and Friction Pendulum System(FPS) were used. Finally, it is presented that the isolation systems used in this test can be adopted for the small equipment isolation. But the rubber bearing used in this study affected to the temperature change very sensitively.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.7
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pp.706-712
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2014
The inverters used to drive Brushless DC motors (BLDC) include switching devices such as FETs and the faults in FETs cause severe performance degradation in systems where a BLDC acts as actuator. This paper presents a fault detection and isolation method for the FETs of an inverter for BLDC motor control systems, which is based on the EKF (Extended Kalman filter). Firstly, an equivalent circuit model for a BLDC motor plus its inverter system was derived. Secondly, a state-space equation was established, where the on-resistance of the FETs is expressed as a state variable and the EKF equation estimates the on-resistance. If the estimated resistance differs greatly from the known value, it can be asserted that there is a fault on that FET. Thirdly, the local convergence of the established EKF was proved. Finally, through the experiments, the performance of the proposed method was verified. The results show that the on-resistance is estimated close to the value specified in the FET data sheet in normal operation, whereas the estimated resistance is a much larger value than the normal one in case an FET fault occurs. Therefore, it is confirmed that the proposed fault detection and isolation method works appropriately in real systems.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.4
s.50
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pp.77-84
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2006
Recently, as large structures such as high-rise building and long span bridge become lighter and more flexible, the necessity of structural control for reducing excessive dynamic response due to seismic excitation is increased. In this study, a semi-active base isolation system using Magneto-Sensitive (MS) rubbers is proposed to effectively protect structures against earthquakes. MS Rubber is a class of smart controllable materials whose mechanical properties change instantly by the application of a magnetic field. To demonstrate the performance of this device, the MS Rubber isolation system is compared to Lead-Rubber Bearing (LRB) isolation systems and judged based on computed responses to several historical earthquakes. The MS Rubber isolation system is shown to achieve notable decreases in base drifts over comparable passive systems with no accompanying increase in base shears or in accelerations imparted to the superstructure. The proposed MS Rubber system is shown to perform better than the passive isolation system.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.11
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pp.1117-1124
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2011
An integrated fault detection and isolation method is proposed in this paper. The main objective of this paper is development fault detection, isolation and diagnosis algorithm based on the DKF (Decentralized Kalman Filter) and the bank of IMM (Interacting Multiple Model) filters using penalty scalar for both partial and total faults and the outlier detection algorithm for preventing false alarm also included. The proposed FDI (Fault Detection and Isolation) scheme is developed in four phases. In the first phase, the outlier detection filter is designed to prevent false alarm as a pre-filter. In the second phases, two local filters and master filter are designed to detect sensor faults. In the third phases, the proposed FDI scheme checks sensor residual to isolate sensor faults and 11 EKFs actuator fault models are designed to detect wherever actuator faults occur. In the last phases, four filters are designed to identify the fault type which is either the total fault or partial fault. The developed scheme can deal with not only sensor and actuator faults, but also preventing false alarm. An important feature of the proposed FDI scheme can decreases fault isolation time and figure out not only fault detection and isolation but also fault type identification. To verify the proposed FDI algorithm performance, the Simulator is also developed under the Matlab/Simulink environment.
Shape memory alloy (SMA)-based Superelasticity-assisted Slider (SSS) is proposed as an engineering solution to practically exploit the well-accepted advantages of both sliding isolation and SMA-based recentering. Self-centering capability in SSS is provided by austenitic SMA cables (or wire ropes), recently attracting a lot of interest and attention in earthquake engineering and seismic isolation. The cables are arranged in various novel and conventional configurations to make SSS versatile for aseismic design and retrofit of structures. All the configurations are detailed with thorough technical drawings. It is shown that SSS is applicable without the need for Isolation Units (IUs). IUs, at the same time, are devised for industrialized applications. The proof-of-concept study is carried out through the examination of mechanical behavior in all the alternative configurations. Force-displacement relations are determined. Isolation capabilities are predicted based on the decreases in seismic demands, estimated by the increases in effective periods and equivalent damping ratios. Restoring forces normalized relative to resisting forces are assessed as the criteria for self-centering capabilities. Lengths of SMA cables required in each configuration are calculated to assess the cost and practicality. Practical implementation is realized by setting up a small-scale IU. The effectiveness of SSS under seismic actions is evaluated using an innovative computer model and compared to those of well-known Isolation Systems (ISs) protecting a reference building. Comparisons show that SSS seems to be an effective IS and suitable for earthquake protection of both structural and non-structural elements. Further research aimed at additional validation of the system are outlined.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.4
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pp.364-370
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2004
In this paper, we propose a FDI method, which comes from singular value decomposition of measurement matrix fur redundant sensors. We analyze the performance of the proposed FDI method by comparing with the GLT method in two ways such as FDI performance and GN&C performance. Also, we propose a GN&C performance index by combining FDI and GN&C performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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