The inverted pendulum system is mechanical system which can handle the modern control theory and practical applications. In theoretical field, it is used as the experimental device identifying the effects of control method and in applicative field. There are difficulties in designing or linearizing the practical controller because it is so sensitive to the parameter variation and has the highly non-linear characteristic. In this paper, we suggested the systems which compensate the non-linearity throughout the internal control method and designed controller which is robust to the parameter variation using sliding mode.
Among the automotive steering systems, an Electric Power Assisted steering (EPAS) system utilizes an electronically controlled electric motor to provide steering assistance to the driver. The key components of the EPAS system are torque sensor, ECU (Electronic Control Unit), and DC Motor. The most important component of the EPAS is the torque sensor. The conventional torque sensor has complicated mechanical mechanism of torque detection. However, we suggest a non-contact torque sensor for EPAS using Maluss polarization law. It was found that the sensor exhibited not only excellent linearity but also superior characteristics of hysteresis, temperature and vibration.
산업기계에서 공기압 또는 유압용 액추에이터(actuator)가 넓이 사용되는데 액추에이터의 중요 부품으로 탄성중합체로 만들어진 시일을 사용한다. 우수한 밀봉특성을 요구하는 시일의 재료로 내유성과 내마모성이 비교적 우수한 NBR(nitrile butadiene rubber) 재료가 가장 많이 사용한다. 산업기계의 액추에이터는 적용환경에 따라 낮거나 혹은 높은 온도에서 사용되는데 여러 온도에서 NBR은 그에 따른 특성이 다르게 나타난다. 본 연구에서는 새롭게 만들어지고 있는 재료 중 공기압, 유압용 시일(Seal)재료로 사용하는 Hs70, 80, 90등 3종의 NBR을 각각 $-10^{\circ}C,\;20^{\circ}C,\;80^{\circ}C,\;100^{\circ}C$온도에서 소재의 비선형(nonlinear) 특성의 시험과 유한요소해석에 필요한 재료상수를 알아보고 각각의 온도에서 하중 반복조건에 따른 소성변형 경향을 살펴보았다.
In this paper a method for simultaneous swift non-linear analysis and optimal design/posture of mechanical/biomechanical systems is presented. The method is developed to get advantages of iterations in non-linear analysis and/or generations in genetic algorithm (GA) for the purpose of efficient analysis within the optimal design/posture. The method is applicable for both size and geometry optimizations wherein material and geometry non-linearity are present. In addition to established mechanical systems, the method can solve biomechanical models of human musculoskeletal system. Optimization-based procedures are popular methods for resolving the redundancy at joints wherein the number of unknown muscle forces is far more than the number of equilibrium equations. These procedures involve optimization of a cost function(s) which is assumed to be consistent with the central nervous system's strategy when activating muscles to assure equilibrium. However, because of the complexity of biomechanical problems (i.e., due to non-linear biomaterial, large deformation, redundancy of the problem and so on) efficient analysis are required within optimization procedures as suggested in this paper.
This paper describes on the fabrication and characteristics of a ceramic thin-film pressure sensor based on Ta-N strain gauges for harsh environment applications. The Ta-N thin-film strain gauges are sputter deposited onto a micromachined Si diaphragms with buried cavity for overpressure protectors. The proposed device takes advantages of the good mechanical properties of single crystalline Si as diaphragms fabricated by SDB and electrochemical etch-stop technology, and in order to extend the operating temperature range, it incorporates relatively the high resistance, stability and gauge factor of Ta-N thin-films. The fabricated pressure sensor presents a low temperature coefficient of resistance, high sensitivity, low non-linearity and excellent temperature stability. The sensitivity is $1.097{\sim}1.21mV/V{\cdot}kgf/cm^2$ in the temperature range of $25{\sim}200^{\circ}C$ and the maximum non-linearity is 0.43 %FS.
In this study, a variable capacitive pressure sensor is fabricated for TPMS (Tire Pressure Monitoring System). This study is for developing sensors which consecutively measure the tire pressure given as 30 psi from the industrial standard. For improving non-linearity of the prior capacitive pressure sensors, it is suggested that touch mode capacitive pressure sensor be applied. In addition, initial capacitance is designed as small as possible for the conformity to the wireless sensor. ANSYS, commercial FEA package, is used for designing and simulating the sensor. The device is progressed by MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) fabrication and packaged with PDMS. The result is obtained sensitivity, 1 pF/psi, through a pressure test. The simulation result is discrepant from experiment one. Wafer's uniformity is presumed as the main reason of discrepancy.
This study presents the combined effect of electric field application and mechanical compressive stress loading on deformation in a multilayer ceramic actuator, designed with stacking 0.2($PbMn_{1/3}Nb_{2/3}O_{3}$)-0.8($PbZr_{0.475}Ti_{0.525}O_{3}$) ceramics and Ag-Pd electrode, alternately. The deformation behaviors were attributed to relative $180^{\circ}$domain, determined by pre-loaded compressive stress and electric field. The non-linearity of piezoelectricity and strain are dependent upon the young's modulus resulting from the domain reorientation.
This paper describes the operating characteristic analysis of PM-type magnetic circuit breaker for electromagnetic field, electric circuit and mechanical motion problems. Transient calculations based up 2D finite element magnetic field solution including non-linearity of materials. Change of dynamic characteristic from eddy current in mover is quantified from FEM analysis.
Park, Yong-Hwa;Shim, Joon-Sub;Park, Sang-Jun;Kwak, Dong-Hun;Ko, Hyoung-Ho;Song, Tae-Yong;Huh, Kun-Soo;Park, Jahang-Hyon;Cho, Dong-Il
제어로봇시스템학회:학술대회논문집
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제어로봇시스템학회 2004년도 ICCAS
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pp.1706-1710
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2004
This paper presents a feedback-controlled, MEMS-fabricated microaccelerometer (${\mu}$XL). The ${\mu}$XL has received much commercial attraction, but its performance is generally limited. To improve the open-loop performance, a feedback controller is designed and experimentally evaluated. The feedback controller is applied to the x/y-axis ${\mu}$XL fabricated by sacrificial bulk micromachining (SBM) process. Even though the resolution of the closed-loop system is slightly worse than open-loop system, the bandwidth, linearity, and bias stability are significantly improved. The noise equivalent resolution of open-loop system is 0.615 mg and that of closed-loop system is 0.864 mg. The bandwidths of open-loop and closed-loop system are over 100 Hz. The input range, non-linearity and bias stability are improved from ${\pm}$10 g to ${\pm}$18 g, from 11.1 %FSO to 0.86 %FSO, and from 0.221 mg to 0.128 mg by feedback control, respectively
Capacitive pressure sensor는 Piezo type sensor에 비해 온도의 영향이 적어 공업계측, 전기용품 등 그 용도가 다양하여 폭넓게 사용되어지고 있지만, 측정값의 비선형성이 존재하여 측정값에 대한 신뢰도가 떨어지는 단점이 있다. 본 연구에서는 기존 capacitive pressure sensor의 비선형적 output을 개선하기 위한 방법으로 touch mode capacitive pressure sensor를 제안하였다. 또한, 실제 Device제작에 앞서 FEM 해석을 수행하였다. 2mm X 2mm 크기의 diaphragm, $25{\mu}m$의 두께, $20{\mu}m$의 gap을 갖는 Sensor를 Simulation하였으며 설계 변수를 추출하여 각각의 설계변수에 대한 해석을 실시하였다. 그 결과 15.2psi${\sim}$31psi의 영역에서 8.58pF${\sim}$54.31pF의 capacitance가 선형적으로 나타나는 sensor임을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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