In this paper we present a simple and efficient robust optimal design formulation and its application to a resonant-type micro probe. The basic idea is to use the Gradient Index (GI) to improve robustness of the objective and constraint functions. In the robust optimal design procedure, a deterministic optimization for performance of MEMS structures is followed by design sensitivity analysis with respect to uncertainties such as fabrication errors and change of operating conditions. During the process of deterministic optimization and sensitivity analysis, dominant performance and uncertain variables are identified to define GI. The GI is incorporated as a term of objective and constraint functions in the robust optimal design formulation to make both performance and robustness improved. While most previous approaches for robust optimal design require statistical information on design variations, the proposed GI based method needs no such information and therefore is cost-efficient and easily applicable to early design stages. For the micro probe example, robust optimums are obtained to satisfy the targets for the measurement sensitivity and they are compared in terms of robustness and production yield with the deterministic optimums through the Monte Carlo simulation.
In this paper, we deal with the robust mixed $H_2/H_{\infty}$ guaranteed-cost control problem involving uncertain neutral stochastic distributed delay systems. More precisely, the aim of this problem is to design a robust mixed $H_2/H_{\infty}$ guaranteed-cost controller such that the close-loop system is stochastic mean-square exponentially stable, and an $H_2$ performance measure upper bound is guaranteed, for a prescribed $H_{\infty}$ attenuation level ${\gamma}$. Therefore, the fast convergence can be fulfilled and the proposed controller is more appealing in engineering practice. Based on the Lyapunov-Krasovskii functional theory, new delay-dependent sufficient criteria are proposed to guarantee the existence of a desired robust mixed $H_2/H_{\infty}$ guaranteed cost controller, which are derived in terms of linear matrix inequalities(LMIs). Furthermore, the design problem of the optimal robust mixed $H_2/H_{\infty}$ guaranteed cost controller, which minimized an $H_2$ performance measure upper bound, is transformed into a convex optimization problem with LMIs constraints. Finally, two simulation examples illustrate the design procedure and verify the expected control performance.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.14
no.1
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pp.44-50
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2015
This paper presents a heuristic process-optimization procedure for minimizing warpage in injection-molded parts based on the dynamic robust design methodology. The injection molding process is known to have intrinsic variations of its process conditions due to various factors, including incomplete process control facilities. The aim of the robust design methodology advocated by Taguchi is to determine the optimum design variables in a system which is robust to variations in uncontrollable factors. The proposed procedure can determine the optimal robust conditions of injection molding processes at a minimum cost through a trade-off strategy between the degree of warpage and the packing time.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.56
no.8
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pp.1491-1497
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2007
This paper considers robust and non-fragile guaranteed cost controller design method for descriptor systems with parameter uncertainties and time delay, and static state feedback controller with gain variations. The existence condition of controller, the design method of controller, the upper bound to minimize guaranteed cost function, and the measure of non-fragility in controller are proposed using linear matrix inequality (LMI) technique, which can be solved efficiently by convex optimization. Therefore, the presented robust and non-fragile guaranteed cost controller guarantees the asymptotic stability and non-fragility of the closed loop systems in spite of parameter uncertainties, time delay, and controller fragility.
There is a growing trend of considering uncertainty in optimization process since last few decades. In this regard, Robust Design Optimization (RDO) scheme has gained increasing momentum because of its virtue of improving performance of structure by minimizing the variation of performance and ensuring necessary safety and feasibility of constraint under uncertainty. In the present study, RDO of reinforced concrete folded plate and shell structure has been carried out incorporating uncertainty in the relevant parameters by Monte Carlo Simulation. Folded plate and shell structures are among the new generation popular structures often used in aesthetically appealing constructions. However, RDO study of such important structures is observed to be scarce. The optimization problem is formulated as cost minimization problem subjected to the force and displacements constraints considering dead, live and wind load. Then, the RDO is framed by simultaneously optimizing the expected value and the variation of the performance function using weighted sum approach. The robustness in constraint is ensured by adding suitable penalty term and through a target reliability index. The RDO problem is solved by Sequential Quadratic Programming. Subsequently, the results of the RDO are compared with conventional deterministic design approach. The parametric study implies that robust designs can be achieved by sacrificing only small increment in initial cost, but at the same time, considerable quality and guarantee of the structural behaviour can be ensured by the RDO solutions.
In this article, a simple and robust multi-objective assessment method to control design angles and node positions connected among steel outrigger truss members is proposed to approve both structural safety and economical cost. For given outrigger member layouts, the present method utilizes general-purpose prototypes of outrigger members, having resistance to withstand lateral load effects directly applied to tall buildings, which conform to variable connecting node and design space deposition. Outrigger layouts are set into several initial design conditions of height to width of an arbitrary given design space, i.e., variable design space. And then they are assessed in terms of a proposed multi-objective function optimizing both minimal total displacement and material quantity subjected to design impact factor indicating the importance of objectives. To evaluate the proposed multi-objective function, an analysis model uses a modified Maxwell-Mohr method, and an optimization model is defined by a ground structure assuming arbitrary discrete straight members. It provides a new robust assessment model from a local design point of view, as it may produce specific optimal prototypes of outrigger layouts corresponding to arbitrary height and width ratio of design space. Numerical examples verify the validity and robustness of the present assessment method for controlling prototypes of outrigger truss members considering a multi-objective optimization achieving structural safety and material cost.
It is well known that robust compensators designed by the block-diagonal Lyapunov function approaches are conservative while they are popular in practice because of their computational easiness. In this note, we develop a systematized version of conventional block-diagonal Lyapunov function approaches by deriving two separated optimizations based on the guaranteed cost control method. The proposed method generates reasonable robust compensators in practice.
Robust design is one method to make manufacturing less sensitive to manufacturing process. Also it is cost effective technique to improve the quality process. This method uses statistically planned experiments to vary settings of important process control parameters. In this paper we apply fuzzy optimization and fuzzy logic system to robust design concept. First a method which uses fuzzy optimization in obtaining optimum settings by measured data from experiments will be presented. Second, fuzzy logic system is made to reduce experiments using experiments results consisted with key control parameter combinations. Then optimum parameter set points are obtained by the descrebed first fuzzy optimization method after prediction the results of each parameter combinations considering each control parameter variations by nonsingleton fuzzy logic system concept.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.11
no.1
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pp.606-623
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2019
The path following problem of a ship sailing in restricted waters under wind effect is investigated based on Robust $H_{\infty}$ Guaranteed Cost Control (RHGCC). To design the controller, the ship maneuvering motion is modeled as a linear uncertain system with norm-bounded time-varying parametric uncertainty. To counteract the bank and wind effects, the integral of path error is augmented to the original system. Based on the extended linear uncertain system, sufficient conditions for existence of the RHGCC are given. To obtain an optimal robust $H_{\infty}$ guaranteed cost control law, a convex optimization problem with Linear Matrix Inequality (LMI) constraints is formulated, which minimizes the guaranteed cost of the close-loop system and mitigates the effect of external disturbance on the performance output. Numerical simulations have confirmed the effectiveness and robustness of the proposed control strategy for the path following goal of a ship sailing in restricted waters under wind effect.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.3
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pp.513-521
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2017
Robust optimal operation of a microgrid is required since the increase of the penetration level of renewable generators in the microgrid raises uncertainty due to their intermittent power output. In this paper, an application of probabilistic optimization method to economical operation of a microgrid is studied. To simplify the treatment of the uncertainties of renewable generations and load, the new 'band of virtual equivalent load variation' is introduced considering their uncertainties. A simplified robust optimization methodology to generate the scenarios within the band of virtual equivalent load variation and to obtain the optimal solution for the worst scenario is presented based on Monte Carlo method. The microgrid to be studied here is composed of distributed generation system(DGs), battery systems and loads. The distributed generation systems include combined heat and power(CHP) and small generators such as diesel generators and the renewable energy generators such as photovoltaic(PV) systems and wind power systems. The modeling of the objective function for considering interruption cost by the penalty function is presented. Through the case study for a microgrid with uncertainties, the validity of proposed robust optimization methodology is evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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