Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.11
no.6
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pp.923-934
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1987
A flexible one-link robotic manipulator is modelled as a rotating cantilever beam with a hub and tip mass. An active control law is developed with consideration of the distributed flexibility of the arm. Equation of motion is derived by Hamilton's principle and, for modal control, represented as state variable form using Galerkin's mode summation method. Feedback coefficients are chosen to minimize the linear quadratic performance index(PI). To reconstruct the complete state vector from the measurements, an observer is proposed. In order to suppress vibration of the manipulator arm to desirable extent and to obtain accuracy of the positioning, weighting factor of input in PI is adjusted. Spillover effect due to the controller which controls several important modes is examined. Experiment is also performed to validate the theoretical analysis.
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.28
no.10
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pp.381-386
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2016
An optimization algorithm is developed based on a simulation case of a single family house model equipped with PV arrays. To increase the nationwide use of PV power generation facilities, a market-competitive electricity price needs to be introduced, which is determined based on the time of use. In this study, quadratic programming optimization was applied to minimize the electricity bill while maintaining the indoor temperature within allowable error bounds. For optimization, it is assumed that the weather and electricity demand are predicted. An EnergyPlus-based house model was approximated by using an equivalent RC circuit model for application as a linear constraint to the optimization. Based on the RC model, model predictive control was applied to the management of the cooling load and electricity for the first week of August. The result shows that more than 25% of electricity consumed for cooling can be saved by allowing excursions of temperature error within an affordable range. In addition, profit can be made by reselling electricity to the main grid energy supplier during peak hours.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2005.03a
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pp.388-395
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2005
This paper presents cost-effectiveness evaluation of semi-active control system for cable-stayed bridge under earthquake excitation. Bi-state control method with Linear Quadratic Gaussian(LQG) optimal controller is used for generic semi-active dampers. Cost-effectiveness of the structural control system is investigated by using the life-cycle cost(LCC) concept. The evaluation results show that the efficiency of semi-active control system is increased when the damage cost due to the failure of bridge system or the bridge importance is enlarged. It was also found that the damper cost had little influence on the cost-effectiveness of semi-active control system if it was relatively small to the initial construction cost.
The gas spring is a hydropneumatic adjusting element, consisting of a pressure tube, a piston rod, a piston and a connection fitting. The gas spring is filled with compressed nitrogen within the cylinder. The filling pressure acts on both sides of the piston and because of area difference it produces an extension force. Therefore, a gas spring is similar in function compare to mechanical coil spring. Conversely, optimization is a process of finding the best set of parameters to reach a goal while not violating certain constraints. The AMESim software provides NLPQL (Nonlinear Programming by Quadratic Lagrangian) and GA (genetic algorithm) for optimization. The NLPQL method builds a quadratic approximation to the Lagrange function and linear approximations to all output constraints at each iteration, starting with the identity matrix for the Hessian of the Lagrangian, and gradually updating it using the BFGS method. On each iteration, a quadratic programming problem is solved to find an improved design until the final convergence to the optimum design. In this study, we conducted optimization design of the gas spring reaction force with NLPQL.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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v.19
no.3
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pp.327-364
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2015
In this paper, a generalized guidance law with an arbitrary pair of guidance coefficients for impact angle control is proposed. Under the assumptions of a stationary target and a lag-free missile with constant speed, necessary conditions for the guidance coefficients to satisfy the required terminal constraints are obtained by deriving an explicit closed-form solution. Moreover, optimality of the generalized impact-angle control guidance law is discussed. By solving an inverse optimal control problem for the guidance law, it is found that the generalized guidance law can minimize a certain quadratic performance index. Finally, analytic solutions of the generalized guidance law for a first-order lag system are investigated. By solving a third-order linear time-varying ordinary differential equation, the blowing-up phenomenon of the guidance loop as the missile approaches the target is mathematically proved. Moreover, it is found that terminal misses due to the system lag are expressed in terms of the guidance coefficients, homing geometry, and the ratio of time-to-go to system time constant.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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2006.03a
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pp.511-518
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2006
In this study, seismic response mitigation effect of an MR damper generating response-dependent frictional force is investigated. It has been reported in previous studies that passively operated MR damper with constant input current doesn't show better control performance than semi-active MR damper with varying input current calculated by control algorithms such as linear quadratic regulator and sliding mode control. However, in order to operate the MR damper semi-actively, other control systems besides the damper itself such as sensors for measuring structural responses and controller for calculating optimal input current are necessary, which deteriorate the economical efficiency. This study presents a MR damper generating frictional force of which magnitude is controlled in accordance to the displacement and velocity transferred to the damper. Numerical analyses results indicate that the performance of the response dependent MR damper is closely related with the range of the friction force and it can be designed to short better control performance than the passive MR damper.
An optimal Stabilization technique for a bilinear in duction model is introduced. This technique includes to o parts; the one is an stabilization control using Lyap unov Function which has the form of a sum of linear and quadratic function of the state variables, and the other is an optimal control using the performance index which depends on the choice of the elements of the Ly apunov matrices concerning both the state variables and the input variables. Therefore, induction motor is drived with the shorter transient time of the state variables and with the smaller overshoot of the ones, simulation results are obtained from a digital computer. Experimental ones are obtained from implementation of the optimizing controller using 8086 microprocessor kits and analog circuits are compared.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.2
no.3
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pp.181-187
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1996
A frictionless positioning device using cone-shaped active magnetic bearings(AMBs) is developed, which is driven by a brushless DC motor equipped with resolver. The cone-shaped AMB feature that the structure is simple and yet the five d.o.f. rotor motion is controlled by four magnet pairs. A linearized dynamic model, which accounts for the relationship between input voltage and output current in the cone-shaped magnet, is developed and the azimuth motion of the frictionless positioning device is modeled as the second order system. The feedback controller is designed by using linear quadratic regulator with integral action optimal control law so that the cone-shaped AMB system is stabilized and the frictionless positioning device gets the zero steady state. It is observed that the linearized dynamic model is adequate and the frictionless positioning device can achieve the tracking accuracy within the sensor resolution.
This paper proposes a robust optimal nonlinear control with an observer to reject the offset errors of position tracking for surface mounted permanent magnet synchronous motors. We provide the control method to reject offset errors and load torque for designing field oriented control (FOC) based the alternating current (AC) frame. The proposed method consists of a torque generator, a commutation scheme, an electrical controller, and a load torque observer. The mechanical controller is designed to compensate for load torque and the offset error and generate the desired torque. The commutation scheme is proposed to create the desired currents for the desired torque. The electrical controller is developed to guarantee the desired currents. The observer is designed to estimate both the velocity and the load torque. In order to obtain the robustness to parameter uncertainties and a gain tuning guide, the linear quadratic regulator method is applied to the proposed method. The closed-loop stability is proven. A detailed process for the FOC design and an analysis of the control methods based on the AC frame are presented. The performance of the proposed method was validated via experiments. The proposed method obtains the FOC based on the AC frame. Furthermore, the position tracking performance of the proposed method is superior to that of the conventional method.
In order to design the control system of the magnetic bearing for the high speed 3 phase induction motor, the mathematical modeling was conducted and LQ regulator system was designed. When the plant is controllable and detectable, the nominal stability of LQ regulator could be guaranteed. However, LQ regulator doesn't ensure the robustness of stability and performance for the real system because LQ control is the mathematical optimal theory. In this paper to ensure the robustness of stability and performance for the real system, the control systems are designed by the simulation to the variation system parameters and this method was confirmed as an effective means.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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