Piezo-based active structural health monitoring (SHM) requires amplifiers specifically designed for capacitive loads. Moreover, with the increase in number of applications of wireless SHM systems, energy efficiency and cost reduction for this type of amplifiers is becoming a requirement. General lab grade amplifiers are big and costly, and not built for outdoor environments. Although some piezoceramic power amplifiers are available in the market, none of them are specifically targeting the wireless constraints and low power requirements. In this paper, a piezoceramic transducer amplifier for wireless active SHM systems has been designed. Power requirements are met by two digital On/Off switches that set the amplifier in a standby state when not in use. It provides a stable ${\pm}180$ Volts output with a bandwidth of 7k Hz using a single 12 V battery. Additionally, both voltage and current outputs are provided for feedback control, impedance check, or actuator damage verification. Vibration control tests of an aluminum beam were conducted in the University of Houston lab, while wireless active SHM tests of a wind turbine blade were performed in the Harbin Institute of Technology wind tunnel. The results showed that the developed amplifier provided equivalent results to commercial solutions in suppressing structural vibrations, and that it allows researchers to perform active wireless SHM on moving objects with no power wires from the grid.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.7
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pp.16-23
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2018
Chaos is one of the most significant topics in nonlinear science, and has been intensively studied since the Lorenz system was introduced. One characteristic of a chaotic system is that the signals produced by it do not synchronize with any other system. It therefore seems impossible for two chaotic systems to synchronize with each other, but if the two systems exchange information in just the right way, they can synchronize. This paper addresses the problem of synchronization in a modified Lorenz chaotic system based on active control, sliding mode control, and the Lyapunov stability theory. The considered synchronization scheme consists of identical drive and response generalized systems coupled with linear state error variables. For this, a brief overview of the modified Lorenz chaotic system is given. Then, control rules are derived for chaos synchronization via active control and slide mode control theory, with a strategy for solving the chattering problem. The asymptotic stability of the overall feedback system is established using the Lyapunov stability theory. A set of computer simulation works is presented graphically to confirm the validity of the proposed method.
The Journal of Korean Institute of Communications and Information Sciences
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v.32
no.3A
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pp.271-280
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2007
This paper presents a power control scheme for OFDM based wireless communication systems in a multicell environment with co-channel interference which enables each system to achieve its target level of transmission bit rate. Generally, the optimal or near optimal power control scheme for multicarrier systems is Down to control the power level of each subcarrier in accordance with the associated channel status, which may be found in WF(waterfilling) and WF(iterative waterfilling) schemes. However, this requires the channel state information associated with every subchannel to be fed back from the receiver to its transmitter for successful power control. If the wireless channel exhibits relatively fast fading or the number of subcarriers is large, this may result in a considerable overhead. Here, in order to alleviate this problem, we propose a power control strategy for an OFDM systems maintaining the same power level over all the subcarriers. Also we prove its convergence, compare its complexity with that of the existing IWF algorithm, and examine its convergence characteristic through computer simulations.
High-power electromagnetic transmitter power supplies are an important part of deep geophysical exploration equipment. This is especially true in complex environments, where the ability to produce a highly accurate and stable output and safety through redundancy have become the key issues in the design of high-power electromagnetic transmitter power supplies. To solve these issues, a high-frequency switching power cascade based emission power supply is designed. By combining the circuit averaged model and the equivalent controlled source method, a modular mathematical model is established with the on-state loss and transformer induction loss being taken into account. A triple-loop control including an inner current loop, an outer voltage loop and a load current forward feedback, and a digitalized voltage/current sharing control method are proposed for the realization of the rapid, stable and highly accurate output of the system. By using a new algorithm referred to as GAPSO, which integrates a genetic algorithm and a particle swarm algorithm, the parameters of the controller are tuned. A multi-module cascade helps to achieve system redundancy. A simulation analysis of the open-loop system proves the accuracy of the established system and provides a better reflection of the characteristics of the power supply. A parameter tuning simulation proves the effectiveness of the GAPSO algorithm. A closed-loop simulation of the system and field geological exploration experiments demonstrate the effectiveness of the control method. This ensures both the system's excellent stability and the output's accuracy. It also ensures the accuracy of the established mathematical model as well as its ability to meet the requirements of practical field deep exploration.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.5
no.8
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pp.889-897
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1999
This paper deals with a problem searching a target transfer function to meet the time-domain specifications for feedback system with given plant transfer function. For the Type I system, we first define three forms of transient response to unit step input, which are named by F, M, S-type. These are charaacterized as follows ; F-type has fast initial response and slow approach to the steady sate after reaching at 90% of the steady state value, S-type has slow initial response but fast approach to the steady state, and M-type is denoted by highly smooth response between F-type and S-type. Three prototypes corresponding to each form are proposed, time. For the order $n{\geq}4$, after determining admissible root structures of target characteristic polynomials empirically and expressing such polynomial coefficients by using special parameters ${\gamma}_i$ and $\epsilon$, the optimal prototypes that minimize the integral of the squared of the modified errors(ISME) have been obtained. Since the step responses of these prototypes have almost same wave forms irrespective to the order, the desired settling time or the rise time can be converted into the equibalent time constant $\tau$ and thus it is easy to obtain a target transfer function. It is shown through a design example that the present prototype is very useful for meeting the time-domain specifications and has been compared with different methods with a viewpoint of pertinence.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.15
no.2
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pp.463-477
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1991
This study proposed a new method to design a robot manipulator control system capable of tracking the trajectories of joint angles in a reasonable accuracy to cover with actual situation of varying payload, uncertain parameters, and time delay. The direct adaptive model following control method has been used to improve existing industrial robot manipulator control system design. The proposed robot manipulator controller is operated by adjusting its gains based on the response of the manipulator in such a way that the manipulator closely matches the reference model trajectories predefined by the designer. The manipulator control system studied has two loops: they are an inner loop on adaptive model following controller to compensate nonlinearity in the manipulator dynamic equation and to decouple the coupling terms and an outer loop of state feedback controller with integral action to guarantee the stability of the adaptive scheme. This adaptation algorithm is based on the hyperstability approach with an improved Lyapunov function. The coupling among joints and the nonlinearity in the dynamic equation are explicitly considered. The designed manipulator controller shows good tracking performance in various cases, load variation, parameter uncertainties. and time delay. Since the proposed adaptive control method requires only a small number of parameters to be estimated, the controller has a relatively simple structure compared to the other adaptive manipulator controllers. Therefore, the method used is expected to be well suited for a high performance robot controller under practical operation environments.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.11
no.8
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pp.2975-2982
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2010
In this paper, embedded control system of segway robot using model based design is presented. Design of control program in embedded system can be implemented simply and easily by model based design method using MATLAB/SIMULINK. Segway robot is consisted of a NXT Mindstorms controller, two DC servo motors, a ultrasonic sensor, a gyro sensor, and a light sensor. It is a unstable nonlinear system and has a control problem of body pitch angle. So controller of segway robot is designed using state feedback LQR control. It is confirmed through design and experiment of controller that the model based design method, that is not depend on target processor, has merits compared with the text based design in aspects such as a program development, an error detection/modify, and an insight of software structure.
Using EEG, human physiological signal, as part of research which investigates the state of student learning and provides appropriate feedback to maximize learning efficiency, the relationship of learning attitude and analysis of EEG for female college student is presented. We study the reaction of learner's EEG using the concentration level extracted from the EEG power spectrum when students learn at various learning attitude. The experiment was conducted for the concentrating on learning and, as a control group, erratic attitude and closed eyes state. The attitude of concentrated Learning shows high concentration index and low relaxation index, where as the erratic attitude, such as eye movement and clicking, shows high level of attention index and noisy wave ratio. Especially, the state of closed eyes shows the ratio of alpha and theta wave under 1. This is distinct with open eyes cases.
Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC
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v.37
no.4
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pp.42-48
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2000
Generally an operator would take notice at putting a patient under anesthesia. If the operation is executed in mistake, the patient is exposed to danger. The object of this Paper is that a system is developed for an accuracy of system and a convenience of user interface to prevent an operation of several elements of risk by mistake. The part of electrical system particularly is made for convenience of a manipulation using electrical switch and encoder. A real-time monitoring system is developed for an airway pressure and a gas concentration of carbon dioxide of patient using graphic LCD(liquid crystal display). Moreover, this flow control system could be developed control with accuracy by feedback control method. This is implemented using flow control valve and flow sensor. The implemented system gives convenience and precision of a manipulation of variable value using developed technique. This system shows guaranteed stabilization and confidence of anesthesia ventilator by notifying us that patient's state and information in case of being out of alarm range of variable value.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.2
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pp.122-128
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2010
To meet the NOx limit without a penalty of fuel consumption, urea-SCR system is currently regarded as promising NOx reduction technology for diesel engines. SCR system has to achieve maximal NOx conversion in combination with minimal $NH_3$ slip. In this study, the performance characteristics of urea-SCR system with open loop control were assessed in the European Transient Cycle(ETC) for heavy duty diesel engine. The SCR inlet temperaure varied in the range of 200 to $340^{\circ}C$ in the ETC cycle. Open loop control calculated the urea flow rate based on the NOx and NSR map which gave for each combination of SCR inlet temperature and space velocity the normalized $NH_3$ to NOx stoichiometric ratio which resulted in a steady-state $NH_3$ slip of 20ppm. During the ETC cycle, the open loop control with the optimized NSR offset achieved NOx reduction of 80% while keeping the average $NH_3$ slip below 10ppm and maximum 20ppm. It was also found that NOx sensor was cross-sensitive to $NH_3$ and a control strategy for cross-sensitivity compensation was required in order to use a NOx sensor as feedback device.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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