Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2000.11a
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pp.282-286
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2000
In this paper, magneto-rheological(MR) damper is studied for vibration control of large infra structures under earthquake. Generally, active control devices need a large control force and a high power supply system to reduce the vibration effectively. Large and miss tuned control force may induce the dangerous situation such that the generated large control force acts to amplify the structural vibration. Recently, to overcome the weaknesses of the active control, the semi-active control method is suggested by many researchers. Semi-active control uses the passive control device of which the characteristics can be modified. Control force of the semi-active device is not generated from the actuator with power supply. It is generated as a dynamic reaction force of the device same as in the passive control case, so the control system is inherently stable and robust. Unlike the case of passive control, control force of semi-active control is adjusted depending on the measured response of the structure, so the vibration can be reduced more effectively against various unknown environmental loads. Magneto-rheological(MR) damper is one of the semi-active devices. Dynamic characteristics of the MR material can be changed by applying the magnetic fields. So the control of MR damper needs only small power. Response time of MR to the input voltage is very short, so the high performance control is possible. MR damper has a high force capacity so it is adequate to the vibration control of large infra structure. Because MR damper has a nonlinear property, normal control method used in active control may not be effective. Clipped optimal control, modified bang-bang control etc. have been suggested to MR damper by many researchers. In this study, sliding mode fuzzy control(SMFC) is applied to MR damper. Genetic algorithm is used for the controller tuning. To verify the applicability of MR damper and suggested algorithm, numerical simulation on the aseismic control is carried out. Simulation model is three-story building structure, which was used in the paper of Dyke, et al. The control performance is compared with clipped optimal control. The present results indicate that the SMFC algorithm can reduce the earthquake-induced vibration very effectively.
Computer simulation is carried out for passive, active, and semi-active suspension system. Each RMS and frequency response to road profile input is calculated for comparison and evaluation of the performance. The vibration analysis and active control of the quarter model of a vehicle suspension is studied in order to evaluate the alternative control laws. This paper derives an optimal closed-loop feedback law for the semi-active suspension that justifies the clipped optimal approach.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.6
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pp.301-308
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2018
This paper presents an optimal design method of a hybrid structural control system considering multi-hazard. Unlike a typical structural control system in which one system is designed for one specific type of hazard, a simultaneous optimal design method for both active and passive control systems is proposed for the mitigation of seismic and wind induced vibration responses of structures. As a numerical example, an optimal design problem is illustrated for a hybrid mass damper(HMD) and 30 viscous dampers which are installed on a 30 story building structure. In order to solve the optimization problem, a self-adaptive Harmony Search(HS) algorithm is adopted. Harmony Search algorithm is one of the meta-heuristic evolutionary methods for the global optimization, which mimics the human player's tuning process of musical instruments. A self-adaptive, dynamic parameter adjustment algorithm is also utilized for the purpose of broad search and fast convergence. The optimization results shows that the performance and effectiveness of the proposed system is superior with respect to a reference hybrid system in which the active and passive systems are independently optimized.
Transactions of The Korea Fluid Power Systems Society
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v.7
no.3
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pp.20-27
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2010
A vehicle suspension system performs two functions, the ride quality and the stability, which conflict with each other. An active suspension system has an external energy source, from which energy is always supplied to the system for continuous control of vehicle motion. Therefore, an active suspension system can have even more improved performance. Some control laws have been proposed for active suspension system, but in this paper, an optimal variable structure control(VSC) is proposed. The VSC method is well suited for a class of nonlinear system and can address the robustness issues to constant modelling errors and disturbances. This paper develops an optimal VSC controller and compares its performance to those of a passive suspension system and an active suspension system with an optimal controller. The transient and frequency responses are analyzed respectively.
In steel cable bridges, the use of magnetorheological (MR) dampers between butt cables is constantly increasing to dampen vibrations caused by rain and wind. The biggest problem in the actual applications of those devices is to launch a kind of appropriate algorithm that can effectively and efficiently suppress the perturbation of the tie through basic calculations and optimal solutions. This article discusses the optimal evolutionary design based on a linear and quadratic regulator (hereafter LQR) to lessen the perturbation of the bridges with cables. The control numerical algorithms are expected to effectively and efficiently decrease the possible risks of the structural response in amplification owing to the feedback force in the direction of the MR attenuator. In addition, these numerical algorithms approximate those optimal linear quadratic regulator control forces through the corresponding damping and stiffness, which significantly lessens the work of calculating the significant and optimal control forces. Therefore, it has been shown that it plays an important and significant role in the practical application design of semiactive MR control power systems. In the present proposed novel evolutionary parallel distributed compensator scheme, the vibrational control problem with a simulated demonstration is used to evaluate the numerical algorithmic performance and effectiveness. The results show that these semiactive MR control numerical algorithms which are present proposed in the present paper has better performance than the optimal and the passive control, which is almost reaching the levels of linear quadratic regulator controls with minimal feedback requirements.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.3
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pp.243-250
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2002
Semi-active control devices have received significant attention in recent Years because they offer the adaptability of active-control devices without requiring the associated large power sources. Magnetorheological(MR) dampers are semiactive control devices that use MR fluids to produce controllable dampers. This paper applies sliding mode control method using target variation rate of Lyapunov function for the control of structures by use of MR dampers. The three-story building model under earthquake excitation is analyzed by installing a MR damper in the first-story. The performance of semi-active controllers designed by clipped-optimal algorithm and modified sliding mode control algorithm is compared to the performance of passive-type MR dampers. The results indicate that semi-active controllers achieve a greater reduction of responses than passive-type system and especially the controller by modified sliding mode control method shows a good applicability in the view of response control and control force.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.12
no.5
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pp.464-472
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2006
This paper presents the two degree-of-freedom (DOF) planar parallel mechanism, called the $2{\underline{R}}RR-RP$ manipulator, whose degree-of-freedom is dependent on an additional passive constraining leg connecting the base and the platform. First, the kinematic analysis of the mechanism is performed: the inverse and forward kinematic problems are analytically solved, the workspace is systematically derived, and all of the singular configurations are examined. Then, in order to determine the geometric parameters the optimization of the mechanism is performed considering its dexterity, stiffness, and space utilization. Finally, the kinematic performances of the optimized mechanism are evaluated through the comparison study to the conventional 5-bar parallel manipulator.
Control of structural response due to seismic excitation in a manner of coupling adjacent buildings has been actively developed, and most attention focused on those buildings of similar height. However, with the rapid development of some modern cities, multi-story buildings constructed with an auxiliary low-rise podium structure to provide extra functions to the complex become a growing construction scheme. Being inspired by the positively examined coupling control approach for buildings with similar height, this paper aims to provide a comprehensive analytical study on control effectiveness of using friction dampers to link the two buildings with significant height difference to supplement the recent experimental investigation carried out by the writers. The analytical model of a coupled building system is first developed with passive friction dampers being modeled as Coulomb friction. To highlight potential advantage of coupling the main building and podium structure with control devices that provide a lower degree of coupling, the inherent demerit of rigid-coupled configuration is then evaluated. Extensive parametric studies are finally performed. The concerned parameters influencing the design of optimal friction force and control efficiency include variety of earthquake excitation and differences in floor mass, story number as well as number of dampers installed between the two buildings. In general, the feasibility of interaction control approach applied to the complex structure for vibration reduction due to seismic excitation is supported by positive results.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.12
no.10
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pp.749-757
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2002
Excessive vibration in flexible structures is a problem encountered in many different fields, causing fatigue of structural components. Passive techniques, though sometimes limited in their capabilities, have been used in the past to attenuate vibrations. Recently active techniques have been developed to enhance vibration control performance beyond that provided by their passive counterparts. Most often, the focus of active control methods has been to suppress structure displacements. In cases where vibration results in structure failures, displacement suppression may not be the best choice of control approaches (it can, in fact, increase dynamic loads which would be even more harmful to supports) . This paper presents two optimal control methods for attenuating steady state vibrations in flexible structures. One method minimizes shaft displacements while another minimizes dynamic reaction forces. The two methods are applied to a model of a typical flexible structure system and their results are compared. It is found that displacement minimization can increase loads, while load minimization decreases loads.
An inerter is a passive mechanical element whose inertance can be thousands of times its own physical mass. This paper discusses the application of an inerter-based passive control system, termed rotational inertial double-tuned mass damper (RIDTMD), to mitigate human-induced floor vibrations. First, the acceleration frequency response function of the floor with an RIDTMD is first derived. It is then employed to determine the optimal design parameters of the RIDTMD using the extended fixed-points technique. Based on a theoretical analysis, design-oriented empirical functions are proposed for the RIDTMD optimal parameters, whose performance for floor vibration control is evaluated by numerical examples, in which three typical human-induced load types are considered: walking, jumping, and bouncing. The results indicate that the applicability and effectiveness of the RIDTMD for human-induced floor vibration control are robust for various load types, load frequencies, and floor natural frequencies. For the same mass ratio, the RIDTMD is better than the TMD in reducing the floor vibration amplitude and improving the effective frequency suppression bandwidth, and for the same vibration suppression effect, the mass of the RIDTMD is much lighter than that of the TMD.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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