In this paper a new method for the design of a simple PI controller is presented and it has been applied in the control of a Boost based PFC rectifier. The Strength Pareto evolutionary algorithm, which is based on the Pareto Optimality concept, used in Game theory literature is implemented as a multi-objective optimization approach to gain a good transient response and a high quality input current. In the proposed method, the input current harmonics and the dynamic response have been assumed as objective functions, while the PI controller's gains of the PFC rectifier (Kpi, Tpi) are design variables. The proposed algorithm generates a set of optimal gains called a Pareto Set corresponding to a Pareto Front, which is a set of optimal results for the objective functions. All of the Pareto Front points are optimum, but according to the design priority objective function, each one can be selected. Simulation and experimental results are presented to prove the superiority of the proposed design methodology over other methods.
Thermal Exchange Optimization (TEO) is a newly developed algorithm which mimics the thermal exchange between a solid object and its surrounding fluid. In this paper, an improved version of the TEO is developed to fix the shortcomings of the standard version. To demonstrate the viability of the new algorithm, the CEC 2016's single objective problems are considered along with the discrete size optimization of benchmark skeletal structures. Problem specific constraints are handled using a fly-back mechanism. The results show the validity of the improved TEO method compared to its standard version and a number of well-known algorithms.
The present paper is focused on analyzing a set of Computational Fluid Dynamics (CFD) simulation data on reducing orthogonal peak base moment coefficients on a high-rise rectangular building with wings. The study adopts an aerodynamic optimization procedure (AOP) composed of CFD, artificial neural network (ANN), and genetic algorithm (G.A.). A parametric study is primarily accomplished by altering the wing positions with 3D transient CFD analysis using k - ε turbulence models. The CFD technique is validated by taking up a wind tunnel test. The required design parameters are obtained at each design point and used for training ANN. The trained ANN models are used as surrogates to conduct optimization studies using G.A. Two single-objective optimizations are performed to minimize the peak base moment coefficients in the individual directions. An additional multiobjective optimization is implemented with the motivation of diminishing the two orthogonal peak base moments concurrently. Pareto-optimal solutions specifying the preferred building shapes are offered.
SWMM (Storm Water Management Model) has been widely used in the world as a typical model for flood runoff analysis of urban areas. However, the calibration of the model is difficult, which is an obstacle to easy application. The purpose of the study is to develop an automatic calibration module of the SWMM linked with SCE-UA (Shuffled Complex Evolution-University of Arizona) algorithm. Generally, various objective functions may produce different optimization results for an optimization problem. Thus, five single objective functions were applied and the most appropriate one was selected. In addition to the objective function, another objective function was used to reduce peak flow error in flood simulation. They form a multiple objective function, and the optimization problem was solved by determination of Pareto optima. The automatic calibration module was applied to the flood simulation on the catchment of the Guro 1 detention reservoir and pump station. The automatic calibration results by the multiple objective function were more excellent than the results by the single objective function for model assessment criteria including error of peak flow and ratio of volume between observed and calculated flow. Also, the verification results of the model calibrated by the multiple objective function were reliable. The program could be used in various flood runoff analysis in urban areas.
Polycrystalline diamond is an ideal material for parts with micro-holes and has been widely used as dies and cutting tools in automotive, aerospace and woodworking industries due to its superior wear and corrosion resistance. In this research paper, the modeling and simultaneous optimization of multiple performance characteristics such as material removal rate and surface roughness of polycrystalline diamond (PCD) with ultrasonic machining process has been presented. The fuzzy logic and taguchi's quality loss function has been used. In recent years, fuzzy logic has been used in manufacturing engineering for modeling and monitoring. Also the effect of controllable machining parameters like type of abrasive slurry, their size and concentration, nature of tool material and the power rating of the machine has been determined by applying the single objective and multi-objective optimization techniques. The analysis of results has been done using the MATLAB 7.5 software and results obtained are validated by conducting the confirmation experiments. The results show the considerable improvement in S/N ratio as compared to initial cutting conditions. The surface roughness of machined surface has been measured by using the Perthometer (M4Pi, Mahr Germany).
Structural robustness refers to the ability of a structure to avoid disproportionate consequences to the original cause. Currently attentions focus on the concepts of structural robustness, and discussions on methods of robustness based structural design are rare. Firstly, taking basis in robust $H_{\infty}$ control theory, structural robustness is assessed by $H_{\infty}$ norm of the system transfer function. Then using the SIMP material model, robustness based design of grid structures is formulated as a continuum topology optimization problem, where the relative density of each element and structural robustness are considered as the design variable and the optimization objective respectively. Generalized elitist genetic algorithm is used to solve the optimization problem. As examples, robustness configurations of plane stress model and the rectangular hyperbolic shell model were obtained by robustness based structural design. Finally, two models of single-layer grid structures were designed by conventional and robustness based method respectively. Different interference scenarios were simulated by static and impact experiments, and robustness of the models were analyzed and compared. The results show that the $H_{\infty}$ structural robustness index can indicate whether the structural response is proportional to the original cause. Robustness based structural design improves structural robustness effectively, and it can provide a conceptual design in the initial stage of structural design.
In this paper, the optimal design of vibration control system for smart structures has been investigated semi-analytically via the optimization of geometric parameters like the placements and sizes of piezoelectric sensors and actuators (S/As) bonded on the structures. The criterion based on the maximization of energy dissipation was adopted for the optimization of the control system. Based on the sensing and actuating equations, the total energy stored in the system which is used as the objective function was analytically derived with design variables explicitly presented. Two cases of single and combined vibration modes were addressed for a simply supported beam and a simply supported cylindrical shell. For single vibration mode, the optimal distributions of the piezoelectric S/As could be obtained analytically. However, the Sequential Quadratic Programming (SQP) method has to be employed to solve those which violated the prescribed constraints and to solve the case of combined vibration modes. The results of three examples, which include a simply supported beam, a simply supported cylindrical shell and a simply supported plate, showed good agreement with those obtained by the Genetic Algorithm (GA) method. Moreover, in comparison with the GA method, the proposed method is more effective in obtaining better optimization results and is much more efficient in terms of computation time.
Genetic algorithms are powerful optimization methods based on the mechanism of natural genetics and natural selection. Genetic algorithms reduce chance of searching local optima unlike most conventional search algorithms and especially show good performances in complex nonlinear optimization problems because they do not require any information except objective function value. This paper presents a new model based on sexual reproduction in nature. In the proposed Sexual Reproduction model(SR model), individuals consist of the diploid of chromosomes, which are artificially coded as binary string in computer program. The meiosis is modeled to produce the sexual cell(gamete). In the artificial meiosis, crossover between homologous chromosomes plays an essential role for exchanging genetic informations. We apply proposed SR model to optimization of the design parameters of Single-sided Linear Induction Motor(SLIM). Sequential Unconstrained Minimization Technique(SUMT) is used to transform the nonlinear optimization problem with many constraints of SLIM to a simple unconstrained problem, We perform optimal design of SLIM available to FA conveyer systems and discuss its results.
Optimal design of the water supply pipe network aims to minimize construction cost while satisfying the required hydraulic constraints such as the minimum and maximum pressures, and velocity. Since considering one single design factor (i.e., cost) is very vulnerable for including future conditions and cannot satisfy operator's needs, various design factors should be considered. Hence, this study presents three kinds of design factors (i.e., minimizing construction cost, maximizing reliability, and surplus head) to perform multi-objective optimization design. Harmony Search (HS) Algorithm is used as an optimization technique. As well-known benchmark networks, Hanoi network and Gyeonggi-do P city real world network are used to verify the applicability of the proposed model. In addition, the proposed multi-objective model is also applied to a real water distribution networks and the optimization results were statistically analyzed. The results of the optimal design for the benchmark and real networks indicated much better performance compared to those of existing designs and the other approach (i.e., Genetic Algorithm) in terms of cost and reliability, cost, and surplus head. As a result, this study is expected to contribute for the efficient design of water distribution networks.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.42
no.2
s.140
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pp.175-182
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2005
It is necessary to develop an efficient optimization technique to optimize the engineering structures which have given design spaces, discrete design values and several design goals. As optimization techniques, direct search method and stochastic search method are widely used in designing of engineering structures. The merit of the direct search method is to search the optimum points rapidly by considering the search direction, step size and convergence limit. And the merit of the stochastic search method is to obtain the global optimum points by spreading point randomly entire the design spaces. In this paper, a Pareto optimal based multi-objective function method (PMOFM) is developed by considering the search direction based on Pareto optimal points, step size, convergence limit and random search generation . The PMOFM can also apply to the single objective function problems, and can consider the discrete design variables such as discrete plate thickness and discrete stiffener spaces. The design results are compared with existing Evolutionary Strategies (ES) method by performing the design of double bottom structures which have discrete plate thickness and discrete stiffener spaces.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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