An axial-type fan which operates at the relative total pressure of 671Pa and static pressure of 560Pa with the flow rate of $416.6m^3/min$ is developed with an optimization technique based on the gradient method. Prior to the optimization of fan blade, a three-dimensional axial-type fan blade is designed based on the free-vortex method along the radial direction. Twelve design variables are applied to the optimization of the rotor blade, and one design variable is selected for optimizing a stator which is located behind of the rotor and is used to support a fan driving motor. The total and static pressure are applied to the restriction condition with the operating flowrate on the design point, and the efficiency is chosen as the response variable to be maximized. Through these procedures, an initial axial-fan blade designed by the free vortex method is modified to increase the efficiency with the satisfaction of the operating condition. The optimized fan is tested to compare the aerodynamic performance with an imported same class fan. The test result shows that the optimized fan operates with the satisfaction of restriction conditions, but the imported fan cannot. From the experimental and numerical test, they show that this optimization method improves the fan efficiency and operating pressures of a fan designed by the classical fan design method.
This paper proposes a design method of PID controllers in the framework of a constrained optimization problem. Owing to the popularity for the controller's simplicity and robustness, a great deal of literature concerning PID control design has been published, which can be classified into frequency-based and time-based approaches. However, both approaches have to be considered together for a designed PID control to work well with a guaranteed closed-loop stability. For this purpose, a penalty function is formulated to satisfy both frequency- and time-domain specifications, and is minimized by a recet nonlinear optimization algorithm to attain optimal PID control gains. The proposed method is compared with Wang's and Ho's methods on a suite of example systems. Simulation results show that the PID control tuned by the proposed method improves time-domain performance without deteriorating closed-loop stability.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.16
no.1
s.94
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pp.116-124
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1999
In most conventional design optimization of dynamic system, design sensitivities are utilized. However, design sensitivities based optimization method has numbers of drawback. First, computing design sensitivities for dynamic system is mathematically difficult, and almost impossible for many complex problems as well. Second, local optimum is obtained. On the other hand, Genetic Algorithm is the search technique based on the performance of system, not on the design sensitivities. It is the search algorithm based on the mechanics of natural selection and natural genetics. GA search, differing from conventional search techniques, starts with an initial set of random solutions called a population. Each individual in the population is called a chromosome, representing a solution to the problem at hand. The chromosomes evolve through successive iterations, called generations. As the generation is repeated, the fitness values of chromosomes were maximized, and design parameters converge to the optimal. In this study, Genetic Algorithm is applied to the actual dynamic optimization problems, to determine the optimal design parameters of the dynamic system.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.57
no.12
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pp.2322-2329
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2008
In this study, we introduce the design methodology of an optimized fuzzy cascade controller with the aid of particle swarm optimization(PSO) for ball & beam system. The ball & beam system consists of servo motor, beam and ball, and remains mutually connected in line in itself. The ball & beam system determines the position of ball through the control of a servo motor. We introduce the fuzzy cascade controller scheme which consists of the outer(1st) controller and the inner(2nd) controller as two cascaded fuzzy controllers, and auto-tune the control parameters(scaling facrors) of each fuzzy controller using PSO. For a detailed comparative analysis from the viewpoint of the performance results and the design methodology, the proposed method for the ball & beam system which is realized by the fuzzy cascade controller based on PSO, is presented in comparison with the conventional PD cascade controller based on serial genetic alogritms.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.23
no.3
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pp.326-332
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2019
Recently, the deep learning technology has gained lots of attention which leads to its application to various fields. Especially, there are recent attempts to overcome the limit of wireless communications systems through the use of the deep learning. In this paper, we have verified the performance of deep learning based transmit power control scheme. Unlike previous transmit power control schemes where the optimal transmit power is derived by solving the optimization problem explicitly, in the deep learning based transmit power control, the general solver for the optimization problem is derived through the deep neural network (DNN). Especially, by using the spectral efficiency as the loss function of DNN, the training can be performed without needing labels. Through simulation based on Tensorflow, we confirm that the transmit power control based on deep learning can achieve the optimal performance while reducing the computational complexity by 1/200.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.60
no.2
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pp.398-406
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2011
In this paper, we introduce a new architecture of PSO-based Polynomial Neural Networks (PNN) and discuss its comprehensive design methodology. The conventional PNN is based on a extended Group Method of Data Handling (GMDH) method, and utilized the polynomial order (viz. linear, quadratic, and modified quadratic) as well as the number of node inputs fixed (selected in advance by designer) at Polynomial Neurons located in each layer through a growth process of the network. Moreover it does not guarantee that the conventional PNN generated through learning results in the optimal network architecture. The PSO-based PNN results in a structurally optimized structure and comes with a higher level of flexibility that the one encountered in the conventional PNN. The PSO-based design procedure being applied at each layer of PNN leads to the selection of preferred PNs with specific local characteristics (such as the number of input variables, input variables, and the order of the polynomial) available within the PNN. In the sequel, two general optimization mechanisms of the PSO-based PNN are explored: the structural optimization is realized via PSO whereas in case of the parametric optimization we proceed with a standard least square method-based learning. To evaluate the performance of the PSO-based PNN, the model is experimented with using Gas furnace process data, and pH neutralization process data. For the characteristic analysis of the given entire data with non-linearity and the construction of efficient model, the given entire system data is partitioned into two type such as Division I(Training dataset and Testing dataset) and Division II(Training dataset, Validation dataset, and Testing dataset). A comparative analysis shows that the proposed PSO-based PNN is model with higher accuracy as well as more superb predictive capability than other intelligent models presented previously.
A probabilistic assessment of the seismic-excited buildings with a multiple-tuned-mass-damper (MTMD) system is carried out in the presence of uncertainties of the structural model, MTMD system, and the stochastic model of the seismic excitations. A free search optimization procedure of the individual mass, stiffness and, damping parameters of the MTMD system based on the snap-drift cuckoo search (SDCS) optimization algorithm is proposed for the optimal design of the MTMD system. Considering a 10-story structure in three cases equipped with single tuned mass damper (STMS), 5-TMD and 10-TMD, sensitivity analyses are carried out using Sobol' indices based on the Monte Carlo simulation (MCS) method. Considering different seismic performance levels, the reliability analyses are done using MCS and kriging-based MCS methods. The results show the maximum structural responses are more affected by changes in the PGA and the stiffness coefficients of the structural floors and TMDs. The results indicate the kriging-based MCS method can estimate the accurate amount of failure probability by spending less time than the MCS. The results also show the MTMD gives a significant reduction in the structural failure probability. The effect of the MTMD on the reduction of the failure probability is remarkable in the performance levels of life safety and collapse prevention. The maximum drift of floors may be reduced for the nominal structural system by increasing the TMDs, however, the complexity of the MTMD model and increasing its corresponding uncertainty sources can be caused a slight increase in the failure probability of the structure.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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v.23
no.5
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pp.526-538
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2007
Since air quality monitoring data sets are important base for developing of air quality management strategies including policy making and policy performance assessment, the environmental protection authorities need to organize and operate monitoring network properly. Air quality monitoring network of Busan, consisting of 18 stations, was allocated under unscientific and irrational principles. Thus the current state of air quality monitoring networks was reassessed the effect and appropriateness of monitoring objectives such as population protection and sources surveillance. In the process of the reassessment, a GIS-based decision support system was constructed and used to simulate air quality over complex terrain and to conduct optimization analysis for air quality monitoring network with multi-objective. The maximization of protection capability for population appears to be the most effective and principal objective among various objectives. The relocation of current monitoring stations through optimization analysis of multi-objective appears to be better than the network building for maximization of population protection capability. The decision support system developed in this study on the basis of GIS-based database appear to be useful for the environmental protection authorities to plan and manage air quality monitoring network over complex terrain.
Recently, population based optimization algorithms are developed to deal with a variety of optimization problems. In this paper, the salp swarm algorithm (SSA) is dramatically enhanced and a new algorithm is named Enhanced Salp Swarm Algorithm (ESSA) which is effectively utilized in optimization problems. To generate the ESSA, an opposition-based learning and merit function methods are added to standard SSA to enhance both exploration and exploitation abilities. To have a clear judgment about the performance of the ESSA, firstly, it is employed to solve some mathematical benchmark test functions. Next, it is exploited to deal with engineering problems such as optimally designing the benchmark buildings equipped with multiple tuned mass damper (MTMD) under earthquake excitation. By comparing the obtained results with those obtained from other algorithms, it can be concluded that the proposed new ESSA algorithm not only provides very competitive results, but also it can be successfully applied to the optimal design of the MTMD.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.15
no.2
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pp.442-460
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2021
Nowadays, recommendation systems (RSs) are applied to all aspects of online life. In order to overcome the problem that individuals who do not meet the constraints need to be regenerated when the many-objective evolutionary algorithm (MaOEA) solves the hybrid recommendation model, this paper proposes a many-objective particle swarm optimization algorithm based on multiple criteria (MaPSO-MC). A generation-based fitness evaluation strategy with diversity enhancement (GBFE-DE) and ISDE+ are coupled to comprehensively evaluate individual performance. At the same time, according to the characteristics of the model, the regional optimization has an impact on the individual update, and a many-objective evolutionary strategy based on bacterial foraging (MaBF) is used to improve the algorithm search speed. Experimental results prove that this algorithm has excellent convergence and diversity, and can produce accurate, diverse, novel and high coverage recommendations when solving recommendation models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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