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Active Vibration Control of a Flexible Beam Using a Buckling-Type End Force / Nudehi, Shahin in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 128 N° 2 (Juin 2006) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 2 (Juin 2006) . - 278-286 p. Titre : Active Vibration Control of a Flexible Beam Using a Buckling-Type End Force Titre original : Commande Active de Vibration d'un Faisceau Flexible en Utilisant un Type de Boucle Force d'Extrémité Type de document : texte imprimé Auteurs : Nudehi, Shahin, Auteur ; Mukherjee, Ranjan, Auteur ; Shaw, Steven W. Article en page(s) : 278-286 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Force  d'extrémité  Vibration  Amplitude  modale  Vibration  transversale  Stabilité  Lyapunov  Déclancheur  Polarisation Résumé : In this paper, we explore the use of end forces for vibration control in structural elements. The process involves vibration measurement and observer-based estimation of modal amplitudes, which are used to determine when to apply an end load such that it will remove vibration energy from the structure. For this study, we consider transverse vibration of a cantilever beam with a buckling-type end load that can be switched between two values, both of which are below the buckling load. The stability of the control system is proven using Lyapunov stability theory and its effectiveness is demonstrated using simulations and physical experiments. It is shown that the effectiveness of the approach is affected by the bandwidth of the actuator and the attendant characteristics of the filter, the level of the control force, and the level of bias in the end force. The experiments employ a beam fitted with a cable mechanism and motor for applying the end force, and a piezoelectric patch for taking vibration measurements. It is shown that the first two modes of the beam, whose natural frequencies are less than the bandwidth of the motor, are very effectively controlled by the proposed scheme. En cet article, nous explorons l'utilisation des forces d'extrémité pour la commande de vibration dans les éléments structuraux. Le processus comporte la mesure de vibration et l'évaluation observateur-basée des amplitudes modales, qui sont employées pour déterminer quand appliquer une charge d'extrémité tels qu'elles enlèveront l'énergie de vibration de la structure. Pour cette étude, nous considérons la vibration transversale d'un faisceau en porte-à-faux avec un boucler-type charge d'extrémité qui peut être commuté entre deux valeurs, dont toutes les deux sont au-dessous de la charge de boucle. La stabilité du système de commande est prouvée qu'en utilisant la théorie de stabilité de Lyapunov et son efficacité est démontré en utilisant des simulations et des expériences physiques. On lui montre que l'efficacité de l'approche est affectée par la largeur de bande du déclencheur et des caractéristiques propres du filtre, le niveau de la force de commande, et le niveau de la polarisation dans la force d'extrémité. Les expériences utilisent un faisceau équipé d'un mécanisme de câble et circulent en voiture pour l'application de la force d'extrémité, et une pièce rapportée piézoélectrique pour prendre des mesures de vibration. On lui montre que les deux premiers modes du faisceau, dont les fréquences normales sont moins que la largeur de bande du moteur, sont très efficacement commandés par l'arrangement proposé. En ligne : mukherji@egr.msu.edu [article] Active Vibration Control of a Flexible Beam Using a Buckling-Type End Force = Commande Active de Vibration d'un Faisceau Flexible en Utilisant un Type de Boucle Force d'Extrémité [texte imprimé] / Nudehi, Shahin, Auteur ; Mukherjee, Ranjan, Auteur ; Shaw, Steven W. . - 278-286 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 128 N° 2 (Juin 2006) . - 278-286 p. Mots-clés : Force  d'extrémité  Vibration  Amplitude  modale  Vibration  transversale  Stabilité  Lyapunov  Déclancheur  Polarisation Résumé : In this paper, we explore the use of end forces for vibration control in structural elements. The process involves vibration measurement and observer-based estimation of modal amplitudes, which are used to determine when to apply an end load such that it will remove vibration energy from the structure. For this study, we consider transverse vibration of a cantilever beam with a buckling-type end load that can be switched between two values, both of which are below the buckling load. The stability of the control system is proven using Lyapunov stability theory and its effectiveness is demonstrated using simulations and physical experiments. It is shown that the effectiveness of the approach is affected by the bandwidth of the actuator and the attendant characteristics of the filter, the level of the control force, and the level of bias in the end force. The experiments employ a beam fitted with a cable mechanism and motor for applying the end force, and a piezoelectric patch for taking vibration measurements. It is shown that the first two modes of the beam, whose natural frequencies are less than the bandwidth of the motor, are very effectively controlled by the proposed scheme. En cet article, nous explorons l'utilisation des forces d'extrémité pour la commande de vibration dans les éléments structuraux. Le processus comporte la mesure de vibration et l'évaluation observateur-basée des amplitudes modales, qui sont employées pour déterminer quand appliquer une charge d'extrémité tels qu'elles enlèveront l'énergie de vibration de la structure. Pour cette étude, nous considérons la vibration transversale d'un faisceau en porte-à-faux avec un boucler-type charge d'extrémité qui peut être commuté entre deux valeurs, dont toutes les deux sont au-dessous de la charge de boucle. La stabilité du système de commande est prouvée qu'en utilisant la théorie de stabilité de Lyapunov et son efficacité est démontré en utilisant des simulations et des expériences physiques. On lui montre que l'efficacité de l'approche est affectée par la largeur de bande du déclencheur et des caractéristiques propres du filtre, le niveau de la force de commande, et le niveau de la polarisation dans la force d'extrémité. Les expériences utilisent un faisceau équipé d'un mécanisme de câble et circulent en voiture pour l'application de la force d'extrémité, et une pièce rapportée piézoélectrique pour prendre des mesures de vibration. On lui montre que les deux premiers modes du faisceau, dont les fréquences normales sont moins que la largeur de bande du moteur, sont très efficacement commandés par l'arrangement proposé. En ligne : mukherji@egr.msu.edu

Energy dissipation in dynamical systems through sequential application and removal of constraints / Jimmy Issa in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 131 N°2 (Mars/Avril 2009) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 131 N°2 (Mars/Avril 2009) . - 09 p. Titre : Energy dissipation in dynamical systems through sequential application and removal of constraints Type de document : texte imprimé Auteurs : Jimmy Issa, Auteur ; Mukherjee, Ranjan, Auteur ; Alejandro R. Diaz, Auteur Année de publication : 2009 Article en page(s) : 09 p. Note générale : dynamic systems Langues : Anglais (eng) Mots-clés : dimensions;  kinetic  energy;  energy  dissipation;  degrees  of  freedom  (mechanics);  dynamic  systems;  nonlinear  systems;  cycles;  equations;  linear  systems;  springs Résumé : A strategy to remove energy from finite-dimensional elastic systems is presented. The strategy is based on the cyclic application and removal of constraints that effectively remove and restore degrees of freedom of the system. In general, application of a constraint removes kinetic energy from the system, while removal of the constraint resets the system for a new cycle of constraint application. Conditions that lead to a net loss in kinetic energy per cycle and bounds on the amount of energy removed are presented. In linear systems, these bounds are related to the modes of the system in its two states, namely, with and without constraints. It is shown that energy removal is always possible, even using a random switching schedule, except in one scenario, when energy is trapped in modes that span an invariant subspace with special orthogonality properties. Applications to nonlinear systems are discussed. Examples illustrate the process of energy removal in both linear and nonlinear systems. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...] [article] Energy dissipation in dynamical systems through sequential application and removal of constraints [texte imprimé] / Jimmy Issa, Auteur ; Mukherjee, Ranjan, Auteur ; Alejandro R. Diaz, Auteur . - 2009 . - 09 p. dynamic systems Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 131 N°2 (Mars/Avril 2009) . - 09 p. Mots-clés : dimensions;  kinetic  energy;  energy  dissipation;  degrees  of  freedom  (mechanics);  dynamic  systems;  nonlinear  systems;  cycles;  equations;  linear  systems;  springs Résumé : A strategy to remove energy from finite-dimensional elastic systems is presented. The strategy is based on the cyclic application and removal of constraints that effectively remove and restore degrees of freedom of the system. In general, application of a constraint removes kinetic energy from the system, while removal of the constraint resets the system for a new cycle of constraint application. Conditions that lead to a net loss in kinetic energy per cycle and bounds on the amount of energy removed are presented. In linear systems, these bounds are related to the modes of the system in its two states, namely, with and without constraints. It is shown that energy removal is always possible, even using a random switching schedule, except in one scenario, when energy is trapped in modes that span an invariant subspace with special orthogonality properties. Applications to nonlinear systems are discussed. Examples illustrate the process of energy removal in both linear and nonlinear systems. DEWEY : 629.8 ISSN : 0022-0434 En ligne : http://dynamicsystems.asmedigitalcollection.asme.org/issue.aspx?journalid=117&is [...]

Enhancing Controllability and Observability in Underactuated and Undersensed Systems Through Switching: Application to Vibration Control / Nudehi, Shahin S. in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control, Vol. 126 N° 4 (Décembre 2004) 

Public ISBD [article]  in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 126 N° 4 (Décembre 2004) . - 790-799 p. Titre : Enhancing Controllability and Observability in Underactuated and Undersensed Systems Through Switching: Application to Vibration Control Titre original : Augmentant la Contrôlabilité et l'Observabilité Dedans Sous les systèmes Actionnés et Sous-Sentis par la Commutation : Application à la Commande de Vibration Type de document : texte imprimé Auteurs : Nudehi, Shahin S., Auteur ; Mukherjee, Ranjan, Auteur Article en page(s) : 790-799 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Capteur  Contrôlabilité  Observabilité  Système  dynamique  Système  invariable  linéaire  Commutation  Capteur  piézoélectrique  Sonde Index. décimale : 629.8 Résumé : Many dynamical systems use transducers that can function both as actuators and sensors. It is possible to continuously switch the functionality of the transducer elements in such systems and effectively use each element both as an actuator and a sensor. This provides the scope for significantly reducing the number of transducer elements required for complete controllability and observability of the system and hence reduce the hardware required for controlled system operation. In this paper we advocate underactuation and undersensing in dynamical systems with the objective of reducing cost, weight, and system complexity. To this end, we first illustrate the role of switching in enhancing controllability and observability in underactuated and undersensed linear time-invariant systems and determine the switching requirement for observer-based control designs. For a proof of principle, we consider the problem of vibration suppression in a flexible beam instrumented with piezoelectric transducers. Using simulation and experiments, we demonstrate feasibility of switching the piezoelectric elements between actuator and sensor modalities and establish the merit of introducing underactuation and undersensing deliberately. Beaucoup de systèmes dynamiques utilisent les capteurs qui peuvent fonctionner tous les deux comme déclencheurs et sondes. Il est possible de commuter sans interruption la fonctionnalité des éléments de capteur dans de tels systèmes et d'employer efficacement chaque élément comme déclencheur et sonde. Ceci fournit la portée pour réduire de manière significative le nombre d'éléments de capteur exigés pour la contrôlabilité complète et l'observabilité du système et par conséquent réduisent le matériel exigé pour l'exploitation du système commandé. En cet article nous préconisons l'underactuation et undersensing dans les systèmes dynamiques avec l'objectif de réduire le coût, le poids, et la complexité de système. À cet effet, nous illustrons d'abord le rôle du changement en augmentant la contrôlabilité et l'observabilité dedans underactuated et undersensed les systèmes invariables de temps linéaire et déterminent la condition de commutation pour des conceptions de commande basées par observateur. Pour une preuve de principe, nous considérons le problème de la suppression de vibration dans un faisceau flexible équipé avec les capteurs piézoélectriques. En utilisant la simulation et les expériences, nous démontrons la praticabilité de commuter les éléments piézoélectriques entre le déclencheur et les modalités de sonde et établissons le mérite de présenter l'underactuation et d'undersensing délibérément. En ligne : mukherji@egr.msu.edu [article] Enhancing Controllability and Observability in Underactuated and Undersensed Systems Through Switching: Application to Vibration Control = Augmentant la Contrôlabilité et l'Observabilité Dedans Sous les systèmes Actionnés et Sous-Sentis par la Commutation : Application à la Commande de Vibration [texte imprimé] / Nudehi, Shahin S., Auteur ; Mukherjee, Ranjan, Auteur . - 790-799 p. Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) in Transactions of the ASME . Journal of dynamic systems, measurement, and control > Vol. 126 N° 4 (Décembre 2004) . - 790-799 p. Mots-clés : Capteur  Contrôlabilité  Observabilité  Système  dynamique  Système  invariable  linéaire  Commutation  Capteur  piézoélectrique  Sonde Index. décimale : 629.8 Résumé : Many dynamical systems use transducers that can function both as actuators and sensors. It is possible to continuously switch the functionality of the transducer elements in such systems and effectively use each element both as an actuator and a sensor. This provides the scope for significantly reducing the number of transducer elements required for complete controllability and observability of the system and hence reduce the hardware required for controlled system operation. In this paper we advocate underactuation and undersensing in dynamical systems with the objective of reducing cost, weight, and system complexity. To this end, we first illustrate the role of switching in enhancing controllability and observability in underactuated and undersensed linear time-invariant systems and determine the switching requirement for observer-based control designs. For a proof of principle, we consider the problem of vibration suppression in a flexible beam instrumented with piezoelectric transducers. Using simulation and experiments, we demonstrate feasibility of switching the piezoelectric elements between actuator and sensor modalities and establish the merit of introducing underactuation and undersensing deliberately. Beaucoup de systèmes dynamiques utilisent les capteurs qui peuvent fonctionner tous les deux comme déclencheurs et sondes. Il est possible de commuter sans interruption la fonctionnalité des éléments de capteur dans de tels systèmes et d'employer efficacement chaque élément comme déclencheur et sonde. Ceci fournit la portée pour réduire de manière significative le nombre d'éléments de capteur exigés pour la contrôlabilité complète et l'observabilité du système et par conséquent réduisent le matériel exigé pour l'exploitation du système commandé. En cet article nous préconisons l'underactuation et undersensing dans les systèmes dynamiques avec l'objectif de réduire le coût, le poids, et la complexité de système. À cet effet, nous illustrons d'abord le rôle du changement en augmentant la contrôlabilité et l'observabilité dedans underactuated et undersensed les systèmes invariables de temps linéaire et déterminent la condition de commutation pour des conceptions de commande basées par observateur. Pour une preuve de principe, nous considérons le problème de la suppression de vibration dans un faisceau flexible équipé avec les capteurs piézoélectriques. En utilisant la simulation et les expériences, nous démontrons la praticabilité de commuter les éléments piézoélectriques entre le déclencheur et les modalités de sonde et établissons le mérite de présenter l'underactuation et d'undersensing délibérément. En ligne : mukherji@egr.msu.edu