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Auteur Tian-Wei Ma
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Affiner la rechercheAdaptive Feedback--Feedforward Control of Building Structures / Tian-Wei Ma in Journal of engineering mechanics, Vol. 130 N°7 (Juillet 2004)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°7 (Juillet 2004) . - 786-793 p.
Titre : Adaptive Feedback--Feedforward Control of Building Structures Titre original : Commande vers l'Avant d'Alimentation Adaptative de Rétroaction des Fondations Type de document : texte imprimé Auteurs : Tian-Wei Ma, Auteur ; Yang, Henry T., Auteur ; Ghanem, Roger G., Editeur scientifique Article en page(s) : 786-793 p. Note générale : Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Structural control Earthquake engineering Feedback control Commande structurale Technologie de tremblement de terre Commande de rétroaction Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : This paper proposes a combined feedback-feedforward control algorithm for reducing structural response of buildings to seismic excitations. The controller contains both feedback and feedforward components. The feedback component is assumed to be the same as that found from traditional linear quadratic regulator design. The feedforward component is obtained by estimating the external excitation as a series of step functions at each time increment. This feedforward gain varies with the duration of the step function used for estimation and converges as the time duration increases. Thus, a finite number of precalculated gains can be used to represent the potential feedforward gain profile. At any instant in time, the excitation is measured and by using the past measurements, the most effective feedforward gain for the recorded excitation values can be selected from the set of precalculated gains. This value is used as the feedforward gain for the current time step. Numerical examples are presented to show the effectiveness of this adaptive control scheme. The effects of varying the control objectives, the updating time for the feedforward gain, and the number and location of actuators are studied.
Cet article propose une alimentation combinée de rétroaction commandent en avant l'algorithme pour ramener la réponse structurale des bâtiments aux excitations séismiques. Le contrôleur contient la rétroaction et les composants vers l'avant d'alimentation. On assume que le composant de rétroaction est identique que cela trouvé de la conception quadratique linéaire traditionnelle de régulateur. Le composant vers l'avant d'alimentation est obtenu en estimant l'excitation externe comme série de fonctions d'étape à chaque fois incrémentent. Ce gain vers l'avant d'alimentation change avec la durée de la fonction d'étape utilisée pour l'évaluation et converge à mesure que la durée de temps augmente. Ainsi, un nombre fini de gains pré-calculés peut être employé pour représenter l'alimentation potentielle gagnent en avant le profil. à l'instant à temps, l'excitation est mesurée et en employant les mesures passées, l'alimentation la plus efficace gagnent en avant pour les valeurs enregistrées d'excitation peut être choisie parmi l'ensemble de gains pré-calculés. Cette valeur est employée comme le gain vers l'avant d'alimentation pour l'étape de temps courant. Des exemples numériques sont présentés pour montrer l'efficacité de cet arrangement de commande adaptative. Les effets de changer les objectifs de commande, le moment de mise à jour pour l'alimentation gagnent en avant, et le nombre et l'endroit de déclencheurs sont étudiés.
DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 [article] Adaptive Feedback--Feedforward Control of Building Structures = Commande vers l'Avant d'Alimentation Adaptative de Rétroaction des Fondations [texte imprimé] / Tian-Wei Ma, Auteur ; Yang, Henry T., Auteur ; Ghanem, Roger G., Editeur scientifique . - 786-793 p.
Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 130 N°7 (Juillet 2004) . - 786-793 p.
Mots-clés : Structural control Earthquake engineering Feedback control Commande structurale Technologie de tremblement de terre Commande de rétroaction Index. décimale : 620.1 Essais des matériaux. Défauts des matériaux. Protection des matériaux Résumé : This paper proposes a combined feedback-feedforward control algorithm for reducing structural response of buildings to seismic excitations. The controller contains both feedback and feedforward components. The feedback component is assumed to be the same as that found from traditional linear quadratic regulator design. The feedforward component is obtained by estimating the external excitation as a series of step functions at each time increment. This feedforward gain varies with the duration of the step function used for estimation and converges as the time duration increases. Thus, a finite number of precalculated gains can be used to represent the potential feedforward gain profile. At any instant in time, the excitation is measured and by using the past measurements, the most effective feedforward gain for the recorded excitation values can be selected from the set of precalculated gains. This value is used as the feedforward gain for the current time step. Numerical examples are presented to show the effectiveness of this adaptive control scheme. The effects of varying the control objectives, the updating time for the feedforward gain, and the number and location of actuators are studied.
Cet article propose une alimentation combinée de rétroaction commandent en avant l'algorithme pour ramener la réponse structurale des bâtiments aux excitations séismiques. Le contrôleur contient la rétroaction et les composants vers l'avant d'alimentation. On assume que le composant de rétroaction est identique que cela trouvé de la conception quadratique linéaire traditionnelle de régulateur. Le composant vers l'avant d'alimentation est obtenu en estimant l'excitation externe comme série de fonctions d'étape à chaque fois incrémentent. Ce gain vers l'avant d'alimentation change avec la durée de la fonction d'étape utilisée pour l'évaluation et converge à mesure que la durée de temps augmente. Ainsi, un nombre fini de gains pré-calculés peut être employé pour représenter l'alimentation potentielle gagnent en avant le profil. à l'instant à temps, l'excitation est mesurée et en employant les mesures passées, l'alimentation la plus efficace gagnent en avant pour les valeurs enregistrées d'excitation peut être choisie parmi l'ensemble de gains pré-calculés. Cette valeur est employée comme le gain vers l'avant d'alimentation pour l'étape de temps courant. Des exemples numériques sont présentés pour montrer l'efficacité de cet arrangement de commande adaptative. Les effets de changer les objectifs de commande, le moment de mise à jour pour l'alimentation gagnent en avant, et le nombre et l'endroit de déclencheurs sont étudiés.
DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 
in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 37 N°1 (Janvier 2008) . - 121 - 140 p.
Titre : Decentralized robust control of building structures under seismic excitations Type de document : texte imprimé Auteurs : Tian-Wei Ma, Editeur scientifique ; Xu, Ning-Shou, Editeur scientifique ; Tang, Yu, Editeur scientifique Article en page(s) : 121 - 140 p. Note générale : Génie civil Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Decentralized control Seismic excitation Nonlinear control Commande décentralisée Excitation séismique Commande non-linéaire Index. décimale : 551.22 Résumé : Many of the control algorithms proposed for structures subjected to seismic excitations are based on a centralized design philosophy, such as the linear quadratic regulator (LQR) design. The information of all the states of the system is usually required in these methods to determine the control command. For applications involving large-scale systems, it may be more convenient to design decentralized controllers that depend only on the information of the local states for control command calculation. In this study, a nonlinear decentralized robust control algorithm is proposed. The structural system is decomposed into several artificially uncoupled subsystems. The interconnections between adjacent subsystems are treated as uncertain but bounded disturbances to the subsystems. The controller associated with one subsystem determines the control command based only on the states of the local subsystem. Numerical examples of linear and nonlinear structural models are presented to demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed controller. The traditional LQR design is used as a baseline for comparison.
Plusieurs algorithmes de commande proposés pour des structures soumises aux excitations séismiques sont basés sur une philosophie de conception centralisée, telle que la conception quadratique linéaire du régulateur (LQR). L'information de tous les états du système est habituellement exigée dans ces méthodes pour déterminer la commande de commande. Pour des applications impliquant les systèmes à grande échelle, il peut être plus commode de concevoir les contrôleurs décentralisés qui dépendent seulement de l'information des états locaux pour le calcul de commande de commande. Dans cette étude, on propose un algorithme robuste décentralisé non-linéaire de commande. Le système structural est décomposé en plusieurs sous-ensembles artificiellement désaccouplés. Les interconnexions entre les sous-ensembles adjacents sont traitées en tant que perturbations incertaines mais liées aux sous-ensembles. Le contrôleur s'est associé à un sous-ensemble détermine la commande de commande basée seulement sur les états du sous-ensemble local. Des exemples numériques des modèles structuraux linéaires et non-linéaires sont présentés pour démontrer l'efficacité et la robustesse du contrôleur proposé. La conception traditionnelle de LQR est employée comme ligne de base pour la comparaison.ISSN : 0098-8847 RAMEAU : Commande non linéaire En ligne : http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/11580 [article] Decentralized robust control of building structures under seismic excitations [texte imprimé] / Tian-Wei Ma, Editeur scientifique ; Xu, Ning-Shou, Editeur scientifique ; Tang, Yu, Editeur scientifique . - 121 - 140 p.
Génie civil
Langues : Anglais (eng)
in Earthquake engineering structural dynamics > Vol. 37 N°1 (Janvier 2008) . - 121 - 140 p.
Mots-clés : Decentralized control Seismic excitation Nonlinear control Commande décentralisée Excitation séismique Commande non-linéaire Index. décimale : 551.22 Résumé : Many of the control algorithms proposed for structures subjected to seismic excitations are based on a centralized design philosophy, such as the linear quadratic regulator (LQR) design. The information of all the states of the system is usually required in these methods to determine the control command. For applications involving large-scale systems, it may be more convenient to design decentralized controllers that depend only on the information of the local states for control command calculation. In this study, a nonlinear decentralized robust control algorithm is proposed. The structural system is decomposed into several artificially uncoupled subsystems. The interconnections between adjacent subsystems are treated as uncertain but bounded disturbances to the subsystems. The controller associated with one subsystem determines the control command based only on the states of the local subsystem. Numerical examples of linear and nonlinear structural models are presented to demonstrate the effectiveness and robustness of the proposed controller. The traditional LQR design is used as a baseline for comparison.
Plusieurs algorithmes de commande proposés pour des structures soumises aux excitations séismiques sont basés sur une philosophie de conception centralisée, telle que la conception quadratique linéaire du régulateur (LQR). L'information de tous les états du système est habituellement exigée dans ces méthodes pour déterminer la commande de commande. Pour des applications impliquant les systèmes à grande échelle, il peut être plus commode de concevoir les contrôleurs décentralisés qui dépendent seulement de l'information des états locaux pour le calcul de commande de commande. Dans cette étude, on propose un algorithme robuste décentralisé non-linéaire de commande. Le système structural est décomposé en plusieurs sous-ensembles artificiellement désaccouplés. Les interconnexions entre les sous-ensembles adjacents sont traitées en tant que perturbations incertaines mais liées aux sous-ensembles. Le contrôleur s'est associé à un sous-ensemble détermine la commande de commande basée seulement sur les états du sous-ensemble local. Des exemples numériques des modèles structuraux linéaires et non-linéaires sont présentés pour démontrer l'efficacité et la robustesse du contrôleur proposé. La conception traditionnelle de LQR est employée comme ligne de base pour la comparaison.ISSN : 0098-8847 RAMEAU : Commande non linéaire En ligne : http://www3.interscience.wiley.com/cgi-bin/abstract/11580
in Journal of engineering mechanics > Vol. 136 N° 9 (Septembre 2010) . - pp. 1187-1191
Titre : Detection of changes in global structural stiffness coefficients using acceleration feedback Type de document : texte imprimé Auteurs : Nebojsa Sebastijanovic, Auteur ; Henry T. Y. Yang, Auteur ; Tian-Wei Ma, Auteur Article en page(s) : pp. 1187-1191 Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Damage Assessment Vibration Feedback control Structural reliability Monitoring Nondestructive tests Seismic effects. Résumé : This technical note presents an extension of a previous study where two methods for detecting structural damage have been developed by using displacement and velocity measurements. In this study, acceleration feedback is used in detecting changes in global structural stiffness coefficients of lumped-mass-shear-beam models. The previously developed method relies on the decoupling of effects of changes in stiffness at different locations and the use of displacement or velocity feedback has proven to be effective. Extension to the use of acceleration feedback using existing formulation is not trivial in that the desired decoupling effect cannot be achieved by simple coordinate transformation because the acceleration itself is directly related to the stiffness coefficients. An approach to circumvent this difficulty is presented and it involves increasing the order of time derivatives of the linear system so that the acceleration becomes the “velocity” of the new system. The performance of the proposed method is demonstrated using an illustrative example of a three-story model with stiffness changes at different floors. Numerical studies are also conducted to evaluate the time horizons required to normalize monitor outputs for the effective and efficient detection of stiffness changes. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JENMDT000 [...] [article] Detection of changes in global structural stiffness coefficients using acceleration feedback [texte imprimé] / Nebojsa Sebastijanovic, Auteur ; Henry T. Y. Yang, Auteur ; Tian-Wei Ma, Auteur . - pp. 1187-1191.
Mécanique appliquée
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 136 N° 9 (Septembre 2010) . - pp. 1187-1191
Mots-clés : Damage Assessment Vibration Feedback control Structural reliability Monitoring Nondestructive tests Seismic effects. Résumé : This technical note presents an extension of a previous study where two methods for detecting structural damage have been developed by using displacement and velocity measurements. In this study, acceleration feedback is used in detecting changes in global structural stiffness coefficients of lumped-mass-shear-beam models. The previously developed method relies on the decoupling of effects of changes in stiffness at different locations and the use of displacement or velocity feedback has proven to be effective. Extension to the use of acceleration feedback using existing formulation is not trivial in that the desired decoupling effect cannot be achieved by simple coordinate transformation because the acceleration itself is directly related to the stiffness coefficients. An approach to circumvent this difficulty is presented and it involves increasing the order of time derivatives of the linear system so that the acceleration becomes the “velocity” of the new system. The performance of the proposed method is demonstrated using an illustrative example of a three-story model with stiffness changes at different floors. Numerical studies are also conducted to evaluate the time horizons required to normalize monitor outputs for the effective and efficient detection of stiffness changes. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/getabs/servlet/GetabsServlet?prog=normal&id=JENMDT000 [...]
in Journal of engineering mechanics > Vol. 136 N° 5 (Mai 2010) . - pp. 662-673
Titre : Improved decentralized method for control of building structures under seismic excitation Type de document : texte imprimé Auteurs : Tian-Wei Ma, Auteur ; Johansen, Jeremy, Auteur ; Xu, Ning-Shou, Auteur Article en page(s) : pp. 662-673 Note générale : Mécanique appliquée Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Feedback control Vibration Buildings Multistory Earthquake resistant structures Nonlinear systems Seismic effects Structural control. Résumé : A decentralized control method with improved robustness and design flexibility is proposed for reducing vibrations of seismically excited building structures. In a previous study, a control scheme was developed for multistory building models using nonlinear, decentralized control theory. This control method has now been improved in this study in that less information about material properties and geometrical parameters of the building is needed and the selection of control design parameters is more flexible. The nonlinear behavior of the proposed control system is studied and its stability property is proven mathematically. To evaluate the effectiveness and robustness of the proposed method, three illustrative structural models, i.e., an eight-story elastic shear beam model, a two-story nonlinear elastic shear beam model, and a 20-story elastic benchmark model are studied. The 1940 El Centro and the 1995 Kobe earthquakes are used in these examples. The performance of the current control design, as applied to these examples, has shown to be more effective in reducing structural responses and improving robustness. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=ASCERL&CURRENT=null [...] [article] Improved decentralized method for control of building structures under seismic excitation [texte imprimé] / Tian-Wei Ma, Auteur ; Johansen, Jeremy, Auteur ; Xu, Ning-Shou, Auteur . - pp. 662-673.
Mécanique appliquée
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol. 136 N° 5 (Mai 2010) . - pp. 662-673
Mots-clés : Feedback control Vibration Buildings Multistory Earthquake resistant structures Nonlinear systems Seismic effects Structural control. Résumé : A decentralized control method with improved robustness and design flexibility is proposed for reducing vibrations of seismically excited building structures. In a previous study, a control scheme was developed for multistory building models using nonlinear, decentralized control theory. This control method has now been improved in this study in that less information about material properties and geometrical parameters of the building is needed and the selection of control design parameters is more flexible. The nonlinear behavior of the proposed control system is studied and its stability property is proven mathematically. To evaluate the effectiveness and robustness of the proposed method, three illustrative structural models, i.e., an eight-story elastic shear beam model, a two-story nonlinear elastic shear beam model, and a 20-story elastic benchmark model are studied. The 1940 El Centro and the 1995 Kobe earthquakes are used in these examples. The performance of the current control design, as applied to these examples, has shown to be more effective in reducing structural responses and improving robustness. DEWEY : 620.1 ISSN : 0733-9399 En ligne : http://ascelibrary.aip.org/vsearch/servlet/VerityServlet?KEY=ASCERL&CURRENT=null [...]
in Journal of engineering mechanics > Vol.131, N°10 (Octobre 2005) . - 1036-1045 p.
Titre : Structural Damage Diagnosis and Assessment Under Seismic Excitations Titre original : Diagnostic et Evaluation Structuraux de Dommages sous des Excitations éismiques Type de document : texte imprimé Auteurs : Yang, Henry T., Auteur ; Chang, Chih-Chen, Auteur ; Betti, Raimondo, Editeur scientifique ; Tian-Wei Ma, Auteur Article en page(s) : 1036-1045 p. Note générale : Génie Civil, Génie Mécanique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Damage Assessment Nondestructive tests Structural analysis Structural models Excitation Vibration Seismic effects Dommage Evaluation Essais non destructifs Analyse structurale Modèles structuraux Excitation Vibration Effets séismiques Index. décimale : 624/621.34 Résumé : This Study proposes a method of detecting, locating, and quantifying structural damage by directly using structural vibration measurements in the time domain. In this method, the coupling effect of the damage at different locations in the structure on the structural vibratory responses is eliminated by projecting these measured quantities onto some specific subspace. As a result, the structural system, generally modeled with multiple degree of freedom, is decomposed into several independent single-degree-of-freedom (SDOF) systems, every one of which is only associated with the damage at one certain location or region. A Monitor is designed as an observer to detect the structural damage related to each SDOF system. A Decision-making scheme is developed to correlate the monitor's output to the occurrence of the damage. The Severity of the damage is estimated with a traditional system identification method in an iterative way. The Analysis of the effects of measurement noise is also included. Numerical examples are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed method.
Cette étude propose une méthode de détecter, de trouver, et de mesurer des dommages structuraux en employant directement des mesures de vibration structurales dans le domaine de temps. Dans cette méthode, on élimine l'effet d'accouplement des dommages à différents endroits dans la structure sur les réponses vibratoires structurales en projetant ces quantités mesurées sur un certain sous-espace spécifique. En conséquence, le système structural, généralement modelé avec le degré de liberté multiple, est décomposé en plusieurs systèmes indépendants de la simple-degré-de-liberté (SDOF), dont des chaque sont seulement associés aux dommages à une certain endroit ou région. Un moniteur est conçu en tant qu'observateur pour détecter les dommages structuraux liés à chaque système de SDOF. Un arrangement de prise de décision est développé pour corréler le rendement du moniteur avec l'occurrence des dommages. La sévérité des dommages est estimée avec une méthode traditionnelle d'identification de système d'une manière itérative. L'analyse des effets du bruit de mesure est également incluse. Des exemples numériques sont présentés pour démontrer l'efficacité de la méthode proposée.En ligne : tyangt@chancellor.ucsb.edu [article] Structural Damage Diagnosis and Assessment Under Seismic Excitations = Diagnostic et Evaluation Structuraux de Dommages sous des Excitations éismiques [texte imprimé] / Yang, Henry T., Auteur ; Chang, Chih-Chen, Auteur ; Betti, Raimondo, Editeur scientifique ; Tian-Wei Ma, Auteur . - 1036-1045 p.
Génie Civil, Génie Mécanique
Langues : Anglais (eng)
in Journal of engineering mechanics > Vol.131, N°10 (Octobre 2005) . - 1036-1045 p.
Mots-clés : Damage Assessment Nondestructive tests Structural analysis Structural models Excitation Vibration Seismic effects Dommage Evaluation Essais non destructifs Analyse structurale Modèles structuraux Excitation Vibration Effets séismiques Index. décimale : 624/621.34 Résumé : This Study proposes a method of detecting, locating, and quantifying structural damage by directly using structural vibration measurements in the time domain. In this method, the coupling effect of the damage at different locations in the structure on the structural vibratory responses is eliminated by projecting these measured quantities onto some specific subspace. As a result, the structural system, generally modeled with multiple degree of freedom, is decomposed into several independent single-degree-of-freedom (SDOF) systems, every one of which is only associated with the damage at one certain location or region. A Monitor is designed as an observer to detect the structural damage related to each SDOF system. A Decision-making scheme is developed to correlate the monitor's output to the occurrence of the damage. The Severity of the damage is estimated with a traditional system identification method in an iterative way. The Analysis of the effects of measurement noise is also included. Numerical examples are presented to demonstrate the effectiveness of the proposed method.
Cette étude propose une méthode de détecter, de trouver, et de mesurer des dommages structuraux en employant directement des mesures de vibration structurales dans le domaine de temps. Dans cette méthode, on élimine l'effet d'accouplement des dommages à différents endroits dans la structure sur les réponses vibratoires structurales en projetant ces quantités mesurées sur un certain sous-espace spécifique. En conséquence, le système structural, généralement modelé avec le degré de liberté multiple, est décomposé en plusieurs systèmes indépendants de la simple-degré-de-liberté (SDOF), dont des chaque sont seulement associés aux dommages à une certain endroit ou région. Un moniteur est conçu en tant qu'observateur pour détecter les dommages structuraux liés à chaque système de SDOF. Un arrangement de prise de décision est développé pour corréler le rendement du moniteur avec l'occurrence des dommages. La sévérité des dommages est estimée avec une méthode traditionnelle d'identification de système d'une manière itérative. L'analyse des effets du bruit de mesure est également incluse. Des exemples numériques sont présentés pour démontrer l'efficacité de la méthode proposée.En ligne : tyangt@chancellor.ucsb.edu
