준능동형 실시간 Feedback 진동제어시스템의 성능평가

허광희,전준용 한국구조물진단유지관리공학회 2011 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.15 No.1

본 논문에서는 구조적으로 유연한 특성을 갖는 교량 구조물을 대상으로 외력에 의해 발생되는 진동을 실시간으로 제어하고자 준능동형 실시간 피드백 진동제어시스템을 구성하고, 이를 실험적으로 평가하였다. 여기서 진동제어를 위한 대상 교량 구조물은 서해대교를 약 1/200 크기로 규모화 하여 설계/제작한 모형 교량 구조물을 사용하였고, 실험실 여건을 고려해 규모화 된El-centro 지진파형으로 구조물을 가진하였다. 또한, 교량 상판 중앙지점에는 전자석이 채용된 전단형 MR 댐퍼를 수직방향으로 설치하여 발생된 진동을 제어하도록 하였고, 동시에 변위계 및 가속도계를 설치하여 구조물의 응답(변위, 가속도)을 획득하였다. 이때 진동제어의 실험은 크게 비-제어, 수동 on/off 제어, Lyapunov 안정론 기반 제어 그리고, Clipped-optimal 제어조건으로 구분하여 실시간 피드백 진동제어실험을 수행하였고, 이때 진동제어의 효과는 상판 중앙지점에 대하여 각 실험방법 별절대최대변위와 절대최대가속도 그리고, 인가전원의 소모량 등을 성능지수를 이용해 정량적으로 평가하였다. 진동제어실험의 결과로부터, Lyapunov 제어 및 Clipped-optimal 제어방법 모두 구조물의 발생 변위 및 가속도를 효과적으로 감소시켰으며, 특히 진동제어 시 요구되는 외부 인가전원의 소비를 크게 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 최종적으로, 본 논문에서 구성한 준능동형 실시간 피드백 진동제어시스템은 교량 구조물에 발생된 진동을 제어 ․관리하기 위한 적극 ․ 효율적인 방법으로 활용될 가능성이 있음을 확인하였다. This paper is concerned to constitute a semi-active realtime feedback vibration control system and evaluate it through experiments in order to control in realtime the vibration externally generated, specially on the bridges which is structurally flexible. For the experiment of vibration control, we built a model bridge structure of Seohae Grand Bridge in a 1/200 reduced form and inflicted El-centro wave on the model structure also in a reduced force considering the lab condition. The externally excited vibration was to be controled by placing a shear type MR damper vertically on the center of bridge span, and the response (displacement and acceleration) of structure was to be acquired by placing LVDT and Accelerometer at the same time. As for the experiment concerning controlling vibration, a realtime feedback vibration control experiments were performed under each different condition largely such as un-control, passive on/off control, Lyapunov stability theory control, and Clipped-optimal control. Its control performance under different condition was quantitatively evaluated in terms of the peak absolute displacements, the peak absolute accelerations and the power required for control on the center of span. The results of experiments proved that the Lyapunov control and clipped-iptimal control were effective to decrease the displacement and acceleration of the structure, and also to decrease the power consumption to a great extent. Finally, the semi-active realtime feedback vibration control system constituted in this research was proven to be an effective way to control and manage the vibration generated on bridge structure.

MR댐퍼 및 Lyapunov제어알고리즘을 이용한 교량 구조물의 실시간 진동제어

허광희,전준용,박승범,오성근 한국구조물진단유지관리공학회 2010 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.14 No.4

본 논문에서는 구조적으로 유연한 특성을 갖는 교량 구조물을 대상으로 외력에 의해 발생되는 진동을 실시간으로 제어하고자 실험적 연구를 수행하였다. 여기서 진동제어를 위한 교량 구조물은 서해대교를 규모화 한 모형 교량 구조물을 사용하였고, 실험실 여건을 고려해 규모화 된 El-centro 지진파형으로 구조물을 가진하였다. 또한, 교량 상판 중앙지점에는 전자석이 채용된 전단형 MR 댐퍼를 설치하여 발생된 진동을 제어하도록 하였고, 동시에 변위계 및 가속도계를 설치하여 구조물의 응답(변위, 가속도)을 획득하였다. 이때 진동제어의 실험은 크게 비-제어, 수동 on/off 제어, 그리고 Lyapunov 안정도 이론에 의한 실시간 피드백 진동제어방법을 이용하여 수행하였고, 이때 진동제어의 효과는 상판 중앙지점에 대하여 비-제어 시 기준 각 실험방법 별 절대최대변위와 절대최대가속도 그리고, 인가전압의 소모량으로 평가하였다. 진동제어실험의 결과로부터, Lyapunov 제어방법은 구조물의 발생 변위 및 가속도를 효과적으로 감소시켰으며, 특히 진동제어 시 요구되는 외부 인가전압의 소비를 크게 감소시킬 수 있음을 확인하였다. 최종적으로, 본 논문에서 구성한 실시간 준능동 피드백 진동제어 시스템은 구조물에 발생된 진동을 제어․관리하기 위한 적극․ 효율적인 방법으로 활용될 수 있는 가능성을 제시하였다. This paper is concerned with an experimental research to random vibration control caused by external loads specially in bridges which tend to be structurally flexible. Experimenting on a reduced structure modelled on Seohae Grand Bridge, we inflicted a reduced form of El-centro wave on the model structure to a proper proportion. On the center of its middle span, we placed a shear type MR damper which was to control its vibration and also acquire its structural responses such as displacement and acceleration at the same site. The experiments concerning controlling vibration were performed according to a variety of theories including un-control, passive on/off control, and Lyapunov stability theory. Its control performance was evaluated in terms of the peak absolute displacements, the peak absolute accelerations and the total power required to control the bridge which differ from each different experiment method. Among all the methods applied in this paper, case of Lyapunov control method turned out to be the most effective to reduces of displacement and acceleration. Also, this method could to decrease consuming of external power for vibration control. Finally, it was noteworthy that Lyapunov control method was specially effective in the vibration control employing a semi-active damper such MR damper.

유전자 알고리즘을 이용한 능동진동제어기의 실시간 조정

신태식 한국소음진동공학회 2000 소음 진동 Vol.10 No.6

이 논문은 지능구조물의 실시간 적응진동제어를 위해 유전자 알고리즘을 이용하여 Positive Position Feedback(PPF) 제어기를 조정하는 것과 관련이 있다. 유전자 알고리즘은 최적변수를 찾는데 있어 국소 최소점이 아닌 전체적인 최적점을 찾을 수 있는 능력이 있다. PPF 제어기는 다른 진동모드에 영향을 주지 않으면서 특정 진동모드의 감쇠를 증가시킬 수 있는 장점을 가지고 있는 반면에 효과적인 진동제어를 위해서는 제어하고 자하는 진동모드의 고유진동수를 정확히 알아야하는 단점이 있다. 본 연구에서는 유전자 알고리즘을 이용하여 실시간으로 PPF 제어기가 필요로 하는 변수값을 추적할 수 있는 알고리즘을 개발하여 그 타당성을 실험으로 증명하였다. 실험결과는 PPF 제어기의 실시간 조정이 성공적으로 이루어져 진동제어가 효과적으로 이루어졌음을 보여주고 있다. This paper is concerned with the real-time automatic tuning of the positive position feedback controller for smart structures by the genetic algorithms. The genetic algorithms haute proven its effectiveness in searching optimal design parameters without falling into local minimums thus rendering globally optimal solutions. The advantage of the positive position feedback controller is that if it is tuned properly it can enhance the damping value of a target mode without affecting other modes. In this paper, we develop for the first time a real-time algorithm for determining a tuning frequency of the PPF controller based on the genetic algorithms. To this end, the digital PPF control law is downloaded to the DSP chip and a main program, which runs the genetic algorithms in real time, updates the parameter of the controller in real time. Hence, any kind of control including the positive position feedback controller can be used in adaptive fashion in real time. Experimental results show that the real-time tuning of the positive position feedback controller can be achieved successfully. so that vibrations are suppressed satisfactorily.

교량의 진동제어를 위한 통합 무선제어 시스템

허광희,김충길,오주원 한국구조물진단유지관리공학회 2012 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.16 No.2

본 논문에서는 교량에 발생하는 다양한 진동을 제어하기 위하여 통합무선제어시스템을 개발하였다. 개발된 통합무선제어시스템은 구조물의 거동에 따른 데이터의 계측, 해석, 판단, 제어 등 데이터 처리 및 대응을 위하여 필요한 각각의 시스템을 하나의 시스템으로 통합한 일체형 시스템이다. 이 시스템은 계측된 구조물의 다양한 신호를 분석하여 상황에 따른 피드백제어(Feedback control)를 수행하도록 설계 하였다. 또한, 무선시스템의 계측에서 제어까지 각 단계의 과정을 중앙통제시스템에서 무선으로 전송받아 전체적인 상황을 관리자가 모니터링 할 수 있도록 하였다. 그리고 필요에 따라 관리자의 통제나 참여가 필요한 경우 시스템에 쉽게 접근 할 수 있도록 사용자 환경을 구성하였다. 이와 같이 개발된 통합무선제어시스템의 기본성능을 검증하기 위하여 신호입출력 실험을 먼저 수행하였다. 이때 기본 성능 검증은 유선시스템을 활용하여 상호결과를 비교 검증 하였다. 신호입출력 실험의 결과를 바탕으로 통합무선제어시스템의 실시간 진동제어 성능을 평가하기 위하여 모형 사장교를 이용한 진동제어 실험을 실시하였다. 진동제어 실험은 4가지 조건하에서 진행하였으며, 그에 따른 그래프 및 정량적 결과를 비교 평가 하였다. 이상의 결과, 개발한 통합무선제어시스템은 유선시스템과 동일한 기본 성능을 보여 주었으며, 효과적으로 구조물의 진동을 제어할 수 있음이 증명 되었다. This paper aimed at the development of a unified wireless control system in order to control various forms of vibration of bridges. This unified wireless control system unified all different systems each of which functioned for difference purpose such as measurement, analysis, judgement, and control of data acquired from the movement of structure. It was designed to control structures with feedback which was returned according to each different situation after analyzing various signals measured about the structure. In this system, every information in each step from measurement to control was wirelessly transmitted to its central system so that a manager was able to effectively monitor the whole process. Just for the case when any system control need to intervene occurred, a graph user interface was designed for better access. In order to evaluate its basic performance, an experiment was carried out to see how signal input and output were done by comparing its results with those of a wired system. On the basis of the experiment, a vibration control experiment was performed on a model of cable-stayed bridge to see if the unified wireless control system worked well in realtime. This was carried out under four conditions, and the graph and quantitative result under each condition were compared each other. All experiments proved that the unified wireless control system functioned as well as the wired one in terms of its basic performance and vibration control.

마이크로 컨트롤러를 이용한 지능구조물의 진동제어시스템 개발

황재혁,홍의표,이원석,최용훈 한국항공대학교 항공우주산업기술연구소 2003 航空宇宙産業技術硏究所 硏究誌 Vol.13 No.-

본 논문에서는 유연구조물의 진동을 제거하기 위하여 압전 세라믹(PZT)을 감지기와 작동키로 이용하였다. 진동을 제거하기 위한 제어 방법은 위치 되먹임 제어와 속도 되먹임 제어 두가지 방법을 사용하였다. 위치 되먹임 제어는 구조물의 각 지점의 위치를 감지해 내고 이를 역으로 걸어 주는 것이고 속도 되먹임 제어는 유연부착물의 각 지점에서의 속도에 대한 정보를 역으로 걸어 주는 것이다. 즉, 압전 감지기의 감지 전압을 이용해서 속도 되먹임 제어를 할 수 있다. 적용된 두 제어 방법 모두 개회로일 때 보다 좋은 성능을 나타내었다. 그러나 위치 되먹임 제어가 스필오버(spill-over)가 심했고 속도 되먹임 재어보다 정착시간(Settling Time)이 더 길었다. 본 실험에서는 속도 되먹임 제어가 적은 에너지로도 위치 되먹임 제어보다 좋은 성능을 보였다. 제어시스템을 구축하기 위해서 마이크로 컨트롤러를 사용한 제어보도를 설계하고 제작하였다. 제어 보드에 사용된 마이크로 컨트롤러는 Intel 80c196ke를 사용하였으며 마이크로 컨트롤러의 A/D, D/A 기능을 보완하기 위해서 A/D, D/A 보드를 제작하였으며, 사용자 편의와 원거리 제어를 위해서 사용자 보드를 제작하였다. 본 실험에서 제작한 제어 보드는 본 실험에 쓰인 외괄보 뿐만 아니라 압전 세라믹을 이용한 모든 구조물의 능동진동제어에 쓰인 수 있도록 제작되었다.

고조파제어(HHC) 기법을 이용한 저속 하강 비행중인 로터의 진동하중 억제에 관한 연구

유영현(Younghyun You),정성남(Sung Nam Jung) 한국항공우주학회 2013 韓國航空宇宙學會誌 Vol.41 No.6

본 연구에서는 능동적인 블레이드 제어기법인 고조파제어(Higher Harmonic Control, HHC) 기법을 적용하여 로터의 허브 진동하중을 억제하기 위한 최적 제어입력을 탐색하였다. 통합 공탄성 해석 프로그램인 CAMRAD Ⅱ를 이용하여 HART Ⅱ 로터를 모델링하고 다양한 HHC 입력 조건에 대하여 파라미터 연구를 수행하여 최대의 진동하중을 감소시키기 위한 제어입력을 찾고, HART Ⅱ 시험에서 정한 최소 진동 조건에서의 허브 진동하중과 비교하였다. 파라미터 연구를 통하여 HART Ⅱ 시험에서의 최소 진동 조건에서는 진동하중이 증가하는 것을 확인하였다. 허브 진동하중을 감소시키기 위한 최적의 제어입력은 3/rev의 가진주파수에서 찾을 수 있었고 0.8도의 진폭과 350도의 위상각을 갖는 제어입력을 이용하는 경우에 기준조건대비 약 45%의 허브 진동하중 감소효과를 얻었다. HHC 기법을 이용하는 경우의 로터의 파워 감소는 5% 미만으로 나타나고, 성능이 향상되는 경우에는 대부분 진동이 증가하는 경향을 보였다. In this paper, a higher harmonic control (HHC) methodology is applied to find the optimum input scenario for the vibratory hub loads reduction. A comprehensive aeroelastic analysis code, CAMRAD Ⅱ, is used to model the HART (Higher-harmonic-control Aeroacoustic Rotor Test) Ⅱ rotor, and parametric study is conducted for the best HHC inputs leading to a minimum vibration (MV) condition. The resulting outcomes are compared with the earlier HART Ⅱ test results. It is indicated that the control input adopted in the MV condition showed less satisfactory results. The new MV condition obtained in the present investigation can achieve 45% lower vibration level than the baseline uncontrolled condition. The optimum HHC input results lead to 3/rev harmonic input having 0.8° amplitude and 350° phase angle. About 5% reduction in the required power is possible but accompanies with the increase of vibration level.

수리온 능동진동제어시스템 성능 시연 결과

곽동일,정세운,김도형,황유상 한국항공우주학회 2014 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2014 No.11

헬리콥터 진동의 주요 가진원은 주로터이며 조종사와 승객들의 안락함을 위해 주로터에 의한 진동에 대응하는 것은 아주 중요한 문제이다. 대부분의 헬리콥터에는 수동형 또는 능동형 진동억제장치가 적용되어 있다. 국외선진업체들은 수동형 대비 적은 중량으로 고효율이면서 주기적 유지 보수가 불필요한 능동진동제어시스템으로 수동형 진동저감장치를 대체하는 추세에 있다. 또한 능동진동제어시스템은 모든 비행조건에서 만족할만한 성능을 발휘하기 때문에 만족도가 아주 높다. 수리온에서 이러한 성능이 발휘 되는지 확인하고자 능동진동제어시스템의 성능 시연 비행시험을 수행하였다. 본 논문에서는 수리온에 대한 능동진동제어시스템 성능 시연 시험의 수행과정, 수행기법 그리고 시험결과를 제시한다. The main source of vibration for the Helicopter is the main rotor and the main rotor-induced vibration is one of the main challenges for pilot and passenger comfortable in cockpit and cabin. Most helicopters have passive or active anti-vibration devices. There is a growing tendency for foreign advanced helicopter manufactures to replace passive with Active Vibration Control System(AVCS) which has the benefit of higher performance with lower weight and periodic maintenance unnecessary compared to passive. Also, AVCS is high satisfactory for its high performance overall maneuvers. Surion AVCS flight test campaign was performed in order to demonstrate a performance of AVCS for Surion. This paper shows procedure, technique and flight test results for AVCS performance demonstration flight testing.

사장교 케이블 진동저감을 위한 능동제어시스템

황인호,정철오,이종한,이종세,Hwang, In-Ho,Jeong, Cheol-Oh,Lee, Jong-Han,Lee, Jong-Seh 한국전산구조공학회 2007 한국전산구조공학회논문집 Vol.20 No.5

사장교 케이블은 구조적으로 휨강성과 감쇠력이 작아 풍우에 의해 쉽게 유해진동이 발생한다. 이러한 풍우진동을 저감시키기 위한 효과적인 방법으로 부가댐퍼를 장착하여 케이블의 감쇠력을 증가시키는 제어시스템이 널리 사용되어왔다. 그러나 댐퍼를 케이블의 정착부 부근에 설치할 수밖에 없는 구조적 한계로 인하여 충분한 감쇠력을 발휘하기 어렵다. 그러므로 본 논문은 수동제어시스템 보다 효과적으로 풍하중에 의한 케이블 진동을 제어하기 위한 능동제어시스템을 제안하였다. 제안된 능동제어시스템은 케이블의 정착단에 베어링 장치를 장착하여 케이블 단부에서 횡방향 변위가 가능하도록 모델링 하였으며, 앵커리지 내부에 장착된 능동댐퍼를 이용하여 적절한 제어력을 제공하도록 하였다. 능동제어를 위하여 최적제어 이론을 이용 LQG 조정기를 설계하였으며, 수치해석은 실제 교량인 서해대교의 최장 케이블을 대상으로 하여 기존의 댐퍼 시스템과 수동, 능동 댐퍼 부착에 따른 케이블의 진동제어성능을 비교 및 분석하였다. 연구결과 제안된 능동제어시스템은 효과적으로 사장교 케이블의 진동을 저감시킬 수 있는 시스템임을 입증하였으며, 기존의 부가댐퍼 시스템 보다 효과적으로 진동을 저감시킬 수 있을 것으로 사료된다. Rain-wind induced cable vibration can cause serious problems in cable-stayed bridge. External dampers attached to the cables have become widely accepted as an effective means for stay-cable vibration suppression. For very long stay-cables, however, such damper systems are rendered ineffective, as the dampers need be attached near the end of cables for aesthetic reasons. A recent study by the authors proposed that a movable anchorage system is replaced direct fixed support of the cable with a support through a bearing and damper. This paper extends the previous work by adding active control system to mitigate the cable vibration. The response of a cable with the proposed active control system is obtained and then compared to those of the cable with and without an external passive damper. The results show that the active control system can provide superior protection than the passive control system for a cable vibration.

헬기 로터시스템 진동 제어를 위한 신기술 동향 : TEF (Trailing Edge Flap) 중심으로

김덕관,김도형,홍단비,기영중,이제동,김승호 한국항공우주연구원 2006 항공우주산업기술동향 Vol.4 No.1

헬기는 비행에 필요한 추력, 모멘트 및 조종력을 회전하는 로터시스템에서 발생시키기 때문에 근본적으로 진동이 많이 생기는 항공기이다. 로터시스템의 회전에 의해 발생되는 진동소스를 제어함으로써 헬기 동체에 전달되는 진동을 감소시키고자 하는 연구들이 지금까지 수많이 진행되었다. 이러한 연구들을 크게 두 가지로 분류하면, 수동적 진동제어 방법과 능동적 진동제어 방법으로 나눌 수 있다. 수동적 진동제어 방법은 그간 오랫동안 연구되어 현재 운용 헬기에 실제적으로 적용되고 있으나 능동적 진동제어 방법은 최근까지 활발한 연구가 진행되고 있는 상태이다. 본 논문의 서론에서는 헬기 진동제어를 위한 일반적인 방법에 대한 개요를 소개하였다. 본문은 로터시스템 진동제어 기술 중 최근까지 연구가 진행되고 있는 능동적 진동제어 방법을 중심으로 기술하였다 특히 최근 비행시험에 성공하여 거의 실용화 단계에 이르고 있는 PZT를 이용한 Trailing Edge Flap 기술, Active Twist Rotor 등을 중점적으로 소개하였다. 마지막으로 유로콥터 BK117의 ADASYS 로터 시스템 성공사례 및 향후 해결해야 할 기술적 제한사항 등을 간략하게 기술하였다.

무선 센서 네트워크를 이용한 실시간 Feedback 진동제어 시스템 개발

허광희,김충길,안의종 한국구조물진단유지관리공학회 2012 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.16 No.3

This paper aims to constitute a feedback vibration control system using wireless sensor networks and experiment it on a model structure to verify its effectiveness. For the purpose, we set up a feedback vibration control system composed of a wireless input/output(I/O) sensor node based on bluetooth, a home-made shear type MR damper, a shaker which generates a constant size of sine wave, and a simple beam model structure. The vibration control experiment was performed by shaking the 1/4 point of beam with a shaker. At the moment of shaking, we controled the vibration with MR damper which was placed vertically on the center of beam. Simultaneously, by acquiring acceleration response at the 2/4 point of beam, we evaluated the effectiveness of control capability. The control command was set to send a voltage signal to MR damper when the acceleration response, acquired from the wireless I/O sensor node placed at the center of beam, was more than a certain amount. Although the realtime feedback vibration control system constituted in this paper is effective only within a limited command system, it has been proven that the system was able to effectively decrease the vibration of structure by generating a control command aimed for realtime purpose. The system also showed a possibility to be used as a structural response control system adapting a variety of semi-active control algorithm. 본 논문에서는 무선 센서 네트워크를 이용한 피드백 진동제어 시스템을 구성하고, 모형 구조물을 대상으로 구성된 시스템의 진동제어효과를 실험적으로 검증하고자 하였다. 이를 위하여 본 논문에서는 블루투스 기반의 무선 I/O 센서 시스템과 스마트 재료를 사용한 전단형 MR 댐퍼를 개발하고, 또한 일정한 크기의 정현파형을 발생시키는 가진기 및 모형 단순보 구조물을 이용하여 피드백 진동제어 시스템의 실험?V을 구성하였다. 진동제어 실험은 가진기를 이용해 보의 1/4 등분점에서 일정하게 가진한 상태에서, 보 중앙점에 수직방향으로 설치된 MR 댐퍼를 이용해 진동을 제어하였으며, 보의 2/4 등분점에서의 가속도 응답을 획득하여 제어효과를 평가하였다. 이때, 제어명령은 보 중앙점에 무선 I/O 센서 노드를 설치하고, 여기서 획득된 가속도 응답이 일정 크기 이상일 경우에 설정된 범위의 전압신호를 MR 댐퍼로 출력하도록 설정하였다. 최종적으로 본 논문에서 구성된 무선 센서 네트워크 기반의 실시간 피드백 진동제어 시스템은 비록 제한적인 명령 체계에서 검증되었지만, 실시간적으로 목적된 제어명령의 발생시킴으로써 구조물의 진동을 효과적으로 감소시키는 것을 확인하였고, 추후 다양한 준능동 제어 알고리즘을 적용한 구조적 응답제어시스템으로의 활용 가능성을 제시하였다.