Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2000.04a
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pp.629-634
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2000
Generally, the accuracy of motion control systems is strongly influenced by both the mechanical characteristics and servo characteristics of feed drive systems. In the fed drive systems of machine tools that consist of mechanical parts and electrical parts, a torsional vibration is often generated because of its elastic elements in torque transmission. Especially, a torsional vibration caused by the elasticity of mechanical elements might deteriorate the quick movement of system and lead to shorten the life time of the mechanical transmission elements. So it is necessary to analyze the electromechanical system mathematically to optimize the dynamic characteristics of the feed drive system. In this paper, based on the simplifies feed drive system model, radius errors due to position gain mismatch and servo response characteristic have been developed and an optimal criterion for tuning the gain of speed controller is discussed. The proportional and integral parameter gain of the feed drive controller are optimal design variables for the gain tuning of PI speed controller. Through the optimization problem formulation, both proportional and integral parameter are optimally tuned so as to compensate the radius errors by using the genetic algorithm. As a result, higher performance on circular profile tests has been achieved than the one with standard parameters.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.20
no.2
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pp.51-58
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2020
Recently, deep learning that is the most popular and effective class of machine learning algorithms is widely applied to various industrial areas. A number of research on various topics about structural engineering was performed by using artificial neural networks, such as structural design optimization, vibration control and system identification etc. When nonlinear semi-active structural control devices are applied to building structure, a lot of computational effort is required to predict dynamic structural responses of finite element method (FEM) model for development of control algorithm. To solve this problem, an artificial neural network model was developed in this study. Among various deep learning algorithms, a recurrent neural network (RNN) was used to make the time history response prediction model. An RNN can retain state from one iteration to the next by using its own output as input for the next step. An eleven-story building structure with semi-active tuned mass damper (TMD) was used as an example structure. The semi-active TMD was composed of magnetorheological damper. Five historical earthquakes and five artificial ground motions were used as ground excitations for training of an RNN model. Another artificial ground motion that was not used for training was used for verification of the developed RNN model. Parametric studies on various hyper-parameters including number of hidden layers, sequence length, number of LSTM cells, etc. After appropriate training iteration of the RNN model with proper hyper-parameters, the RNN model for prediction of seismic responses of the building structure with semi-active TMD was developed. The developed RNN model can effectively provide very accurate seismic responses compared to the FEM model.
Transient and quasi-steady-state vertical vibrations of a multi-span beam steel bridge located on a single-track railway line are considered, induced by a superfast passenger train, moving at speed 120-360 km/h. Matrix dynamic equations of motion of a simplified model of the system are formulated partly in the implicit form. A recurrent-iterative algorithm for solving these equations is presented. Excessive vibrations of the system in the resonant zones are reduced effectively with passive dynamic absorbers, tuned to the first mode of a single bridge span. The dynamic analysis has been performed for a series of types of bridges with span lengths of 10 to 30 m, and with parameters closed to multi-span beam railway bridges erected in the second half of the $20^{th}$ century.
Ha, Chang-Wan;Lee, Dongwook;Yoon, Byungho;Rew, Keun-Ho;Kim, Kyung-Soo
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.20
no.11
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pp.1125-1130
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2014
In this paper, we discuss the relation between the motion profile and pre-filter. As previously reported in various literatures [1-3], a tuned motion profile can effectively reduce residual vibration by placing inherent zeros of the motion profile at the vibratory pole of systems similar to the role of the input shaping technique. From the results, we factorize the motion profile into a basis function and an input shaper. In contrast to the previously reported impulse-sequence-based input shapers, the input shaper extracted from the motion profile has unique characteristics. Thanks to the characteristics of the input shaper extracted from the motion profile, it has advantages to reduce the vibrations caused by not only the modeled vibratory mode but also unmodeled dynamics which exist in higher frequency ranges.
Natural hazards like earthquakes, high winds, and tsunami are a threat all the time for multi-story structures. The environmental forces cannot be clogged but the structures can be prevented from these natural hazards by using protective systems. The structural control can be achieved by using protective systems like the passive, active, semi-active, and hybrid protective systems; but the semi-active protective system has gained importance because of its adaptability to the active systems and reliability of the passive systems. Therefore, a semi-active protective system for the earthquake forces has been adopted in this work. Magneto-Rheological (MR) damper is used in the structure as a semi-active protective system; which is connected to the current driver and proposed controller. The Proportional Integral Derivative (PID) controller and reliable PID controller are two proposed controllers, which will actuate the MR damper and the desired force is generated to mitigate the vibration of the structural response subjected to the earthquake. PID controller and reliable PID controller are designed and tuned using Ziegler-Nichols tuning technique along with the MR damper simulated in Simulink toolbox and MATLAB to obtain the reduced vibration in a three-story benchmark structure. The earthquake is considered to be uncertain; where the proposed control algorithm works well during the presence of earthquake; this paper considers robustness to provide satisfactory resilience against this uncertainty. In this work, two different earthquakes are considered like El-Centro and Northridge earthquakes for simulation with different controllers. In this paper performances of the structure with and without two controllers are compared and results are discussed.
This paper describes some of the challenges for structural design of a mid-story seismic isolated high-rise building, which is located near Tokyo station, completed in 2015. The building is a mixed-use complex and encompasses three volumes: one substructure including basement and lower floors, and a pair of seismic isolated superstructures on the substructure. One is a 136.5m high Main Tower (office use), and the other is a 98.5 m high South Tower (hotel use). The seismic isolation systems are arranged in the $3^{rd}$ floor of the Main Tower and $5^{th}$ floor of the South Tower, so that we call this isolation system as the mid-story seismic isolation. The primary goal of the structural design of this building was to secure high seismic safety against the largest earthquake expected in Tokyo. We adopted optimal seismic isolation equipment simulated by dynamic analysis to minimize building damage. On the other hand, wind-induced vibration of a seismic isolated high-rise building tends to be excited. To reduce the vibration, the following strategies were adopted respectively. In the Main Tower with a large wind receiving area, we adopted a mechanism that locks oil dampers at the isolation level during strong wind. In the South Tower, two tuned mass dampers (TMDs) are installed at the top of the building to control the vibration. In addition, our paper will also report the building performance evaluated for wind and seismic observation after completion of the building. In 2016, an earthquake of seismic intensity 3 (JMA scale) occurred twice in Tokyo. The acceleration reduction rate of the seismic isolation level due to these earthquakes was approximately 30 to 60%. These are also verified by dynamic analysis using observed acceleration data. Also, in April 2016, a strong wind exceeding the speed of 25m/s occurred in Tokyo. On the basis of the record at the strong wind, we confirmed that the locking mechanism of oil damper worked as designed.
The aim of the test is to provide an experimental basis to validate the prediction of the FEM for high frequency jitter analysis due to reaction wheel. The principle is to measure structural transfer functions between the input disturbances at RWA base plate and the accelerations near the end tips of payload, in a configuration close to the operational model. The spacecraft shall have to be suspended, in order to be representative of on-orbit boundary conditions. The results of the test shall be compared to the output of the FEM analysis, and if needed, local upgrades of the FEM and/or margin policy shall be defined in order to guarantee a good test/FEM consistency. Test results were compared with the transfer functions of the FEM, which is globally tuned based on the results of vibration test and consequently have lower damping coefficients values than 1% in the frequency range of 60~200Hz. The damping coefficients estimated from the figures of FRF test results are different from the theoretical FEM, but the magnitude trend of FRF of the test results is somewhat similar with the analytical, it is expected that the overall jitter effect of final estimation is nearly same with the preliminary analysis result in which the damping coefficients were assumed to be 1% for all modes in FEM.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.19
no.3
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pp.48-54
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2015
In this study, we propose an innovative lateral force distribution building system between tall buildings by utilizing the difference of moment of inertia, resulting the reduction of lateral displacement and the lateral forces in terms of an alternative for the dense human and increased cost of lands in highly integrated city area. A successive collapse prevention means by providing additional bearing plate between connections is proposed. In addition to that, a more economical vibration reduction is expected due to the suggested tuned mass damper on the surface of spacial structure. In the considered verification examples, reduced drifts at the top location of the building systems are validated against static wind pressure loads and static earthquake loads. The suggested hybrid building system will improve the safety and reliability of the new or existing building system in terms of more than 30% reduced drift and vibration through the development of convergence of tall buildings and spatial structures.
Kim, Su-Hyeon;Park, Jae-Hyeon;Kim, Hye-In;Bea, Gi-Sung;Chae, Bong-Geon;Oh, Hyun-Ung
Journal of Aerospace System Engineering
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v.12
no.3
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pp.86-96
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2018
The High Agility and Remote Control Camera System Can-Satellite ($HA+RC^2S$ CanSat) proposed in this study is a satellite designed by the authors of this work and submitted as an entry in the 2017 CanSat competition in Goheung gun, Jeonnam, Korea. The primary mission of this work is to develop a high agility camera system (HACS) that can obtain high quality images in the air. This objective is achieved by using a tuned mass damper (TMD) to attenuate the residual vibration that occurs immediately after rotating the camera. The secondary objective is to obtain a self-image of CanSat in the air using a remote control self-camera system (RCSS) that is wirelessly controlled using a joystick from a ground station. This paper describes the development process of the $HA+RC^2S$ CanSat, including mission definition, system design, manufacturing, function and performance tests carried out on the ground, and final launch test.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.1
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pp.103-110
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2010
In this study, the possibility of seismic response control of semi-active tuned mass damper (TMD) for spatial structures has been investigated. To this end, an arch structure was used as an example structure because it has primary characteristics of spatial structures and it is a comparatively simple structure. A TMD and semi-active TMD were applied to the example arch structure and the seismic control performance of them were evaluated based on the numerical simulation. In order to regulate the damping force of the semi-active TMD, groundhook control algorithm, which is widely used for semi-active control, was used. El Centro (1940) and Northridge (1994) earthquakes and harmonic ground motion were used for performance evaluation of passive TMD and semi-active TMD. Based on the analytical results, the passive TMD could effectively reduce the seismic responses of the arch structure and it has been shown that the semi-active TMD more effectively decreased the dynamic responses of the arch structure compared to the passive TMD with respect to all the excitations used in this study.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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