An analytical solution for the nonlinear in-plane free oscillations of the suspended cable which contains the quadratic and cubic nonlinearities is investigated via the homotopy analysis method (HAM). Different from the existing analytical technique, the HAM is indeed independent of the small parameter assumption in the nonlinear vibration equation. The nonlinear equation is established by using the extended Hamilton's principle, which takes into account the effects of the geometric nonlinearity and quasi-static stretching. A non-zero equilibrium position term is introduced due to the quadratic nonlinearity in order to guarantee the rule of the solution expression. Therefore, the mth-order analytic solutions of the corresponding equation are explicitly obtained via the HAM. Numerical results show that the approximate solutions obtained by using the HAM are in good agreement with the numerical integrations (i.e., Runge-Kutta method). Moreover, the HAM provides a simple way to adjust and control the convergent regions of the series solutions by means of an auxiliary parameter. Finally, the effects of initial conditions on the linear and nonlinear frequency ratio are investigated.
Kim, Doo-Kie;Kim, Dong-Hyawn;Chang, Sang-Kil;Chang, Seong-Kyu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.20
no.5
s.72
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pp.1-8
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2006
Offshore structures are subjected to wave, wind, and earthquake loads. The failure of offshore structures can cause sea pollution, as well as losses of property and lives. Therefore, safety of the structure is an important issue. The reduction of the dynamic response of offshore towers, subjected wind generated random ocean waves, is a critical problem with respect to serviceability, fatigue life and safety of the structure. In this paper, a structural control method is proposed to control the vibration of offshore structures by the probabilistic neural network (PNN). The state vectors of the structure and control forces are used for training patterns of the PNN, in which control forces are prepared by linear quadratic regulator (LQR) control algorithm. The proposed algorithm is applied to a fixed offshore structure under random ocean waves. Active control of the fixed offshore structure using the PNN control algorithm shows good results.
This research aims to seek active control of ball-beam position stability by resorting to neural networks whose layers are given bias weights. The controller consists of an LQR (linear quadratic regulator) controller and a neural networks controller in parallel. The latter is used to improve the responses of the established LQR control system, especially when controlling the system with nonlinear factors or modelling errors. For the learning of this control system, the feedback-error learning algorithm is utilized here. While the neural networks controller learns repetitive trajectories on line, feedback errors are back-propagated through neural networks. Convergence is made when the neural networks controller reversely learns and controls the plant. The goals of teaming are to expand the working range of the adaptive control system and to bridge errors owing to nonlinearity by adjusting parameters against the external disturbances and change of the nonlinear plant. The motion equation of the ball-beam system is derived from Newton's law. As the system is strongly nonlinear, lots of researchers have depended on classical systems to control it. Its applications of position control are seen in planes, ships, automobiles and so on. However, the research based on artificial control is quite recent. The current paper compares and analyzes simulation results by way of the LQR controller and the neural network controller in order to prove the efficiency of the neural networks control algorithm against any nonlinear system.
Most of studies on control of beams containing piezoelectric sensors and actuators have been based on linear quadratic regulator (LQR) with state feedback or output feedback law. The aim of this study is to develop velocity-acceleration feedback law in the optimal control of smart piezoelectric beams. A new controller which is an optimal control system with velocity-acceleration feedback is presented. In finite element modeling of the beam, the variation of mechanical displacement through the thickness is modeled by a sinus model that ensures inter-laminar continuity of shear stress at the layer interfaces as well as the boundary conditions on the upper and lower surfaces of the beam. In addition to mechanical degrees of freedom, one electric potential degree of freedom is considered for each piezoelectric element layer. The efficiency of this control strategy is evaluated by applying to an aluminum cantilever beam under different loading conditions. Numerical simulations show that this new control scheme is almost as efficient as an optimal control system with state feedback. However, inclusion of the acceleration in the control algorithm increases practical value of a system due to easier and more accurate measurement of accelerations.
In order to alleviate the negative impacts of harmonically distorted grid condition on grid-connect inverters, an optimal control design-based gain selection scheme of an LCL-filtered grid-connected inverter and its ability to compensate selective harmonics are presented in this paper. By incorporating resonant terms into the control structure in the state-space to provide infinity gain at selected frequencies, the proposed control offers an excellent steady-state response even under distorted grid voltage. The proposed control scheme is achieved by using a state feedback controller for stabilization purpose and by augmenting the resonant terms as well as intergral term into a control structure for reference tracking and harmonic compensation. Furthermore, the optimal linear quadratic control approach is adopted for choosing an optimal feedback gain to ensure an asymptotic stability of the whole system. A discrete-time full state observer is also introduced into the proposed control scheme for the purpose of reducing a total number of sensors used in the inverter system. The simulation results are given to prove the effectiveness and validity of the proposed control scheme.
This study was conducted to investigate the effects of feeding germanium colloid(GC) on the egg quality and immune response in 1aying hens. One hundred forty four layers, 32-wk-old ISA Brown, were used in a 40-d experimental assay with a 7-d adjustment Period. Dietary treatments included 1) control (basal diet; CON), 2) 0.5ppm GC (basal diet + 0.Sppm germanium), 3) 1.0ppm GC (basal diet + 1.0 ppm germanium) . For overall Period, hen-day e99 Production tended to be increased as the concentration of GC in the diets was increased with significant difference (linear effect, p<0.01) . Laying hens fed 0.5ppm GC diet were significantly (P<0.01) lower in egg shell breaking strength than laying hens fed CON or 1.0 ppm GC diets. Egg shell thickness and yolk color were not influenced by GC supplementation. Laying hens fed 1.0ppm GC diet were h19her in egg yolk Index than laying hens fed CON and 0.5ppm GC diets with significant difference (quadratic effect, p<0.02) . As adding level of germanium colloid increased in the diets, the total serum cholesterol and triglyceride tended to be decreased. However, the effect of GC supplementation did not show significant in the levers of total serum cholesterol and triglyceride. Also, HDL- and LDL+VLDL-cholesterol in serum were not statistically different among the treatments. Red blood cell and white blood cell count in blood tended to be increased as the concentration of GC in the diets was increased with significant difference (P<0.01) . Hematocrit concentration in blood was successfully Increased by supplementation of GC (P<0.01) . In conclusion, although egg quality was not influenced by GC supplementation, supplementing GC Improved Immune status in laying hens.
Objective: The objective of this study was to investigate effects of supplementation of culture media from solid-state fermented Isaria cicadae (I. cicadae) on performance, serum biochemical parameters, serum immune indexes, antioxidant capacity and meat quality of broiler chickens. Methods: A total of 648 Arbor Acres male broiler chickens(1 d; average body weight, 42.93±0.47 g) were randomly assigned to 6 treatments, each with six replicates and 18 broiler chickens per replicate. Broiler chickens were fed phase I (d 1 to 21) and phase II (d 22 to 42) diets. The phase I diets were corn and soybean-meal based diets supplemented with 0%, 2%, 4%, 6%, 8%, or 10% culture media from solid-state fermented I. cicadae respectively. The phase II diets were corn and soybean-meal based diets supplemented with 0%, 1.33%, 2.67%, 4.00%, 5.32%, or 6.67% culture media from solid-state fermented I. cicadae respectively. Results: In phase I, the broiler chickens with the supplementation of culture media had increased body weight gain and feed intake (linear and quadratic, p<0.05) with increasing inclusion of culture media. The levels of serum total antioxidant capacity (T-AOC), glutathione (GSH) and superoxide dismutase (SOD) increased linearly (p<0.05). In phase II, levels of serum T-AOC and interleukin-1β increased linearly (p<0.05), and GSH increased (p<0.05). In the kidney, GSH and glutathione peroxidase (GSH-Px) concentrations increased (linear and quadratic, p<0.05) and SOD concentration increased linearly (p<0.05). Compared to the control, shear force and drip loss of breast muscle decreased (linear and quadratic, p<0.05). Drip loss of leg muscle decreased linearly and quadratically (p<0.05). Conclusion: Dietary supplementation of culture media from solid-state fermented I.cicadae which was enriched in both wheat and residual bioactive components of I. cicadae enhanced the growth performance of broiler chickens. It also improved body anti-oxidative status and contributed to improve broiler meat quality.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.18
no.2
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pp.236-242
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2008
In this paper, we propose an optimized fuzzy controller based on Hierarchical Fair Competition-based Genetic Algorithms (HFCGA) for rotary inverted pendulum system. We adopt fuzzy controller to control the rotary inverted pendulum and the fuzzy rules of the fuzzy controller are designed based on the design methodology of Linear Quadratic Regulator (LQR) controller. Simple Genetic Algorithms (SGAs) is well known as optimization algorithms supporting search of a global character. There is a long list of successful usages of GAs reported in different application domains. It should be stressed, however, that GAs could still get trapped in a sub-optimal regions of the search space due to premature convergence. Accordingly the parallel genetic algorithm was developed to eliminate an effect of premature convergence. In particular, as one of diverse types of the PGA, HFCGA has emerged as an effective optimization mechanism for dealing with very large search space. We use HFCGA to optimize the parameter of the fuzzy controller. A comparative analysis between the simulation and the practical experiment demonstrates that the proposed HFCGA based fuzzy controller leads to superb performance in comparison with the conventional LQR controller as well as SGAs based fuzzy controller.
Eliasi, Hussein;Yazdani, Hessam;Khatibinia, Mohsen;Mahmoudi, Mehdi
Structural Engineering and Mechanics
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v.81
no.5
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pp.633-645
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2022
The active tuned mass damper (ATMD) is an efficient and reliable structural control system for mitigating the dynamic response of structures. The inertial force that an ATMD exerts on a structure to attenuate its otherwise large kinetic energy and undesirable vibrations and displacements is proportional to its excursion. Achieving a balance between the inertial force and excursion requires a control law or feedback mechanism. This study presents a technique for the optimum design of a sliding mode controller (SMC) as the control law for ATMD-equipped structures subjected to earthquakes. The technique includes optimizing an SMC under an artificial earthquake followed by testing its performance under real earthquakes. The SMC of a real 11-story shear building is optimized to demonstrate the technique, and its performance in mitigating the displacements of the building under benchmark near- and far-fault earthquakes is compared against that of a few other techniques (proportional-integral-derivative [PID], linear-quadratic regulator [LQR], and fuzzy logic control [FLC]). Results indicate that the optimum SMC outperforms PID and LQR and exhibits performance comparable to that of FLC in reducing displacements.
The SWATH concept hull form which is capable of high speed navigation with small oscillatory motions in waves, was developed from the catamaran type hull forms. This paper describes how the motion of a SWATH ship in irregular waves can be reduced by regulating the stabilizing fins. The optimal regulator and LQG (Linear Quadratic Gaussian) controller for vertical plane motion have been applied for both platforming mode and contouring mode controls. The calculations of hydrodynamic coefficients and external forces are possible for defining the system equation for the design purpose of motion control. Performances of the controlled system are compared with those of original system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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