Recent studies integrating vibration control and structural health monitoring (SHM) use control devices and control algorithms to enable system identification and damage detection. In this study real-time SHM is used to enhance structural vibration control and reduce damage. A newly proposed control algorithm, including integrated real-time SHM and semi-active control strategy, is presented to mitigate both damage and seismic response of the main structure under strong seismic ground motion. The semi-active independently variable stiffness (SAIVS) device is used as semi-active control device in this investigation. The proper stiffness of SAIVS device is obtained using a new developed semi-active control algorithm based on real-time damage tracking of structure by damage detection algorithm based on identified system Markov parameters (DDA/ISMP) method. A three bay five story steel braced frame structure, which is equipped with one SAIVS device at each story, is employed to illustrate the efficiency of the proposed algorithm. The obtained results show that the proposed control algorithm could significantly decrease damage in most parts of the structure. Also, the dynamic response of the structure is effectively reduced by using the proposed control algorithm during four strong earthquakes. In comparison to passive on and off cases, the results demonstrate that the performance of the proposed control algorithm in decreasing both damage and dynamic responses of structure is significantly enhanced than the passive cases. Furthermore, from the energy consumption point of view the maximum and the cumulative control force in the proposed control algorithm is less than the passive-on case, considerably.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.11
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pp.1347-1352
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2009
Magnetic force driven six degree-of-freedom active vibration isolation system is developed. The velocity sensor using an electromagnetic principle that is commonly used in the vibration control is investigated since its phase lead characteristic causes an instability problem for a low frequency vibration. A lag-type compensator is adopted to reduce the phase lead and the stability test is performed by using a Bode analysis. The performance of the AVIS is validated by comparing with the passive isolation system by using the frequency responses.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.6
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pp.455-462
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2004
This paper is concerned with the implementation of the active vibration suppression controller using analog circuit and microprocessor. The target active vibration controller is the positive position feedback(PPF) controller since it provides a simple algorithm suitable for both analog circuit and digital controllers. In this study, the analog PPF controller is realized using an operational amplifier and the digital PPF controller is realized using a low-cost micro-controller. The circuit diagrams are explained in detail. We then discuss the advantages and disadvantages of both methods from the view of practical implementation. Experimental results show that both implementation methods can be effectively used for the active vibration control but need to be chosen based on the mission objective.
A boundary control method that controls interior state by actively controlling the boundary conditions in boundary value problems is proposed for the vibration control of flexible beam by using piezoelectric actuators. The governing equations are derived based on the Euler beam theory and the reduced order model is obtained by modal truncation. The spillover effects caused by the uncontrolled high frequency modes are analyzed and the method selecting a suitable sensor location is also proposed. The lag compensator in digital form is realized by using a microcomputer and its peripheral devices. The efficiency of the proposed control scheme is demonstrated experimentally and compared with the simulation results.
Proceedings of the Earthquake Engineering Society of Korea Conference
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1999.10a
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pp.259-264
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1999
The magnetoelastic interaction between electrically conducting structures and magnetic fields is suggested to be used as a possible means for vibration suppression mechanism in structural control. Effectiveness of the active control mechanism is demonstrated by an experiment which is performed to examine the basic tenets of magnetically induced vibration and magnetoelastic damping of a cantilevered beam virating in the presence of magnetic fields Experimental results show that the feedback control scheme works effectively. Several strategies are suggested to improve the controllability using the magnetic damping.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.14
no.4
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pp.267-275
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2004
This research is concerned with the development of a real-time adaptive PPF controller for the active vibration suppression of smart structure. In general, the tuning of the PPF controller is carried out off-line. In this research, the real-time learning algorithm is developed to find the optimal filter frequency of the PPF controller in real time and the efficacy of the algorithm is proved by implementing it in real time. To this end, the adaptive algorithm is developed by applying the gradient descent method to the predefined performance index, which is similar to the method used popularly in the optimization and neural network controller design. The experiment was carried out to verify the validity of the adaptive PPF controller developed in this research. The experimental results showed that adaptive PPF controller is effective for active vibration control of the structure which is excited by either impact or harmonic disturbance. The filter frequency of the PPF controller is tuned in a very short period of time thus proving the efficiency of the adaptive PPF controller.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.565-573
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2007
This paper is concerned with the dynamic modeling, active vibration controller design and experiments for a cylindrical shell equipped with MFC actuators. The dynamic model was derived by using Rayleigh-Ritz method based on Donnel-Mushtari shell theory. The actuator and sensors for the MFC actuator equations were derived based on pin-force model. The equations of motion were then reduced to modal equations of motion by considering the modes of interest. The sensor equations were also converted to a reduced form. An aluminum shell was fabricated to demonstrate the effectiveness of modeling and control techniques. The boundary conditions at both ends of the shell were assumed to be shear diaphragm. Theoretical natural frequencies were calculated and compared to experimental result. It was observed that the theoretical result is in good agreement with experimental result for the first two modes. The multi-input and multi-output positive position feedback controller, which can cope with first two modes, was then designed based on the blockinverse theory and implemented using DSP. It was found from experiment that vibrations can be successfully suppressed.
This study proposes a new control approach for efficient vibration suppression of two identical adjacent structures. The conventional control approach of two adjacent structures is to interconnect the two structures with passive, semi-active or active control devices. However, when the two adjacent structures are identical to each other, their dynamical behaviors such as frequency and damping properties are also the same. In this case, the interconnected control devices cannot exhibit the dissipative control forces on the both structures as expected since the relative displacements and velocities of the devices become close to zero. In other words, the interconnection method does not work for the twin structures as enough as expected. In order to solve this problem, we propose several new control approaches to effectively and efficiently reduce the identically-fluctuating responses of the adjacent structures with minimum control efforts. In order to demonstrate the proposed control systems, the proposed several control systems are optimally designed and their control performances are compared with that of the conventional optimal control system where each TMD(tuned mass damper) is installed in each structure for independent control purpose. The simulated results show that one of the proposed control systems(System 04) is able to guarantee enhanced control performance compared with the conventional system.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.13
no.8
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pp.612-618
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2003
A hybrid vibration control scheme using ER fluid and PZT patches is proposed. Dynamic characteristics of the beam embedded with the ER fluid can be controled by changing the strength of the electric field applied on the ER fluid, thus provides a mean to avoid the resonance. It was found that active vibration control of the structure embedded with ER fluid failed to suppress the vibration excited with broad band frequency due to the limited change of the dynamic characteristics of the structure. To compensate this limited effect of the control scheme with ER fluid alone, PPF control using PZT patches as sensors and actuators is added to construct a hybrid controller. Experimental results suggests that proposed hybrid controller is effective to suppress the additional resonance vibration that appears when each controller is used alone.
The negative stiffness of an active or semi-active damper system has been proven to be very effective in reducing dynamic response. Therefore, energy dissipation devices possessing negative stiffness, such as viscous inertial mass dampers (VIMDs), have drawn much attention recently. The control performance of the VIMD for cable vibration mitigation has already been demonstrated by many researchers. In this paper, a new optimal design procedure for VIMD parameters for taut cable vibration control is presented based on the fixed-points method originally developed for tuned mass damper design. A model consisting of a taut cable and a VIMD installed near a cable end is studied. The frequency response function (FRF) of the cable under a sinusoidal load distributed proportionally to the mode shape is derived. Then, the fixed-points method is applied to the FRF curves. The performance of a VIMD with the optimal parameters is subsequently evaluated through simulations. A taut cable model with a tuned VIMD is established for several cases of external excitation. The performance of VIMDs using the proposed optimal parameters is compared with that in the literature. The results show that cable vibration can be significantly reduced using the proposed optimal VIMD with a relatively small amount of damping. Multiple VIMDs are applied effectively to reduce the cable vibration with multi-modal components.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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