다중 위상 처리구조를 갖는 온실 복합환경제어 알고리즘 설계

방대욱 서비스사이언스학회 2021 서비스연구 Vol.11 No.2

본 연구는 온실환경의 변화 정도에 따라 환경제어 구동기를 조합하고 제어할 수 있게 하는 다중 위상 처리구조를 갖는 온실 복합환경제어 알고리즘을 설계하고 검증한다. 복합환경제어 시스템은 온실 내외부에 설치된 센서들이 감지한 정보를 복합환경제어기가 분석하여 작물 생육 환경이 유지되도록 각종 구동기를 복합적으로 작동시키는 시스템이다. 복합환경제어기는 복합환경제어 알고리즘으로 제어를 지시하는데, 복합환경제어 알고리즘은 측정장치의 입력값, 구동장치의상태값, 초기 설정값 등으로 구동기 제어장치 운영에 필요한 결과값을 산출한다. 기존의 알고리즘들은 대부분 반복주기별로 구동기 제어장치들의 제어절차를 단일 위상에서 수행하는데, 산출값의 오차로 인해 온실환경에 이상변화를 일으킬 수있다. 제안한 알고리즘은 환경통제, 환경조절, 장치운영이라는 다중 위상에 제어절차를 분산하였다. 즉 매 반복주기 마다먼저 환경통제 위상에서 환경변화를 감지하고, 다음으로 환경조절 위상에서 해당 환경을 조절할 수 있는 구동기 제어장치들을 조합하며, 마지막으로 장치운영 위상에서 구동기 제어장치가 제어하는데 필요한 제어값을 산출한다. 제안한 알고리즘은 온실 환경요소와 구동기 제어장치 간의 관계를 분석한 결과를 기반으로 하여 설계되었다. 검증 분석에 의하면, 다중 위상 처리구조는 구동기 제어장치의 설정값을 수정 또는 보완할 수 있는 여지를 제공하고, 관련된 환경요소의 변화를한꺼번에 반영한 구동기 제어장치의 운영을 가능하게 한다. 또한 이 구조는 기존 조건 기반 복합환경제어 알고리즘 개선에 적용할 수 있어서 최적 온실환경 조성을 목표로 하는 복합환경제어 시스템의 개발에 기여할 것이다.

퍼지제어알고리즘을 적용한 구동장치의 구동제어 성능향상에 대한 해석적 연구

안원근(Wongeun Ahn),서석훈(Suhkhoon Suh),조승환(Seunghwan Cho) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

BLDC 모터와 기어를 적용한 구동장치 모델을 이용하여 퍼지 제어 알고리즘을 적용한 구동장치의 성능향상에 대하여 분석한다. 이에 대한 비교 대상으로 PID 제어 알고리즘이 적용된 구동장치 모델을 사용한다. PID 제어 알고리즘을 적용한 구동장치 모델을 이용하여 게인 튜닝하여 동특성 결과를 도출하고 퍼지 제어 구동장치의 동특성 시뮬레이션과 비교한다. 이를 통하여 퍼지 제어 알고리즘을 적용한 구동장치가 PID 제어 알고리즘을 적용한 구동장치에 대비하여 구동제어 성능이 향상됨을 시뮬레이션 결과로 검증한다. Use the actuator model is applied to the BLDC motor and gear. The actuator applies a fuzzy control algorithm, and analyze the performance. It is compared with the actuator model with the PID control algorithm. The use of an actuator model with the PID control algorithm, and determine the dynamic characteristics and the results compared to the dynamic characteristic simulation of the actuator to a fuzzy control algorithm. The actuator with the fuzzy control algorithm is verified by the simulation results through which the performance is improved than the actuator with the PID control algorithm.

구(Sphere) 형태의 토크 구동 장치 제자리 회전을 위한 효율적인 휠 가속도 제어에 관한 연구

김민호,이명희,이동원,왕현민 대한전기학회 2011 정보 및 제어 심포지엄 논문집 Vol.2011 No.4

기존의 휠 구동 장치는 바퀴에 동력을 전달하여 바닥과 바퀴가 닿는 접지의 마찰력에 의해 발생하는 회전력으로 움직이는 장치이다. 이러한 직접구동 방법의 1세대 구동 장치가아닌, 비접촉 간접 구동 방법인 2세대 구동 장치로 토크 구동 기술이 있다. 토크 구동 기술은 비접촉 휠의 회전 관성력, 회전 토크에 의해 굴러가는 장치로서 비접촉 휠의 제어에 따라 토크를 발생시킬 수 있으며, 발생된 토크의 크기와 방향에 따라 전진, 후진 및 제자리 회전이 가능하다. 이러한 토크 구동 장치의 효과적인 제자리 회전 구동을 위해, 두 개의 비접촉 휠이 각각 효율적으로 토크를 발생시키도록 가속도 제어가 이루어져야 한다. 따라서 본 논문에서는 두 개의 비접촉 휠의 가속과 감속에 따른 토크 발생정도에 따라 토크 구동 장치의 회전력에 관한 상관관계를 살펴본다.

구동한계를 고려한 ON/OFF 형식 구동시스템의 구동위치 제어기법 설계

박정우(Jungwoo Park),박익수(Iksoo Park),박동창(Dongchang Park),황기영(Kiyoung Hwang) 한국추진공학회 2014 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2014 No.12

구동한계를 가지는 ON/OFF 구동장치를 이용한 PWM(Pulse Width Modulation) 제어기법 설계 과정을 기술하였다. 구동기 시험데이터를 이용하여 고려되는 구동기의 구동 동역학을 모렐링 하였으며, 단순화된 ON/OFF 구동 제어 성능을 개선하기 위해 모델링을 통해 선형화 된 수식 기반의 PWM 제어기법을 설계하였다. 최종적으로 제어 시뮬레이션을 통해 설계 방법을 검증하고 성능 개선 정도를 평가하였다. This paper represents a design procedure for a control method by an ON/OFF actuator via PWM control scheme with actuation limit. In this paper, based on experimental data, the actuation dynamics modeling is accomplished and a PWM control law is designed based on the linear actuation dynamics equations from the modeling process, which can improve the control performance by simple ON/OFF actuation. Finally the design method is verified and the performance improvement is evaluated through control simulations.

슬라이딩모드 제어기를 이용한 공기압 실린더 구동장치의 강인제어

장지성,한승훈 한국동력기계공학회 2017 동력시스템공학회지 Vol.21 No.6

공기압 구동 시스템은 압축공기를 작동유체로 사용하므로 중량당 출력비가 높고, 주위 환경을 오염시키지 않는 등의 장점이 있으므로 공기압 로봇, 정밀 위치제어, 진동 절연 등으로 그 적용 범위가 점차 확대되고 있다. 하지만 작동매체인 공기의 압축성에 기인하는 비선형성 때문에 설정한 위치 제어 성능의 달성이 용이하지 않다. 위치 제어를 곤란하게 하는 요소로는 구동력에 비해 큰 마찰력과 초기 상태 변화에 따른 시스템 모델의 변화 등이 있다. 그러므로 공기압 구동시스템의 위치 제어기로는 모델링 오차와 모델의 불확실성을 고려한 강인제어기의 설계가 요구되어진다. 비선형 시스템을 대상으로 한 강인한 제어기 중에서 가변구조시스템(variable structure system, VSS) 이론에 근거한 슬라이딩 모드제어(sliding mode control, SMC) 기법은 이론의 간략성과 슬라이딩 모드라는 특성 때문에 강인한 제어 성능이 요구되는 다양한 시스템에 적용되고 있다. 본 논문에서는 공기압 실린더 구동장치의 위치제어성능 향상을 위해 슬라이딩 모드제어 기법을 적용하여 모델링 오차와 파라미터 변동에 강인한 상태피드백 제어기를 설계하였다. 설계된 제어기의 타당성은 다양한 조건하의 실험 결과를 통하여 확인하였다.

독립구동방식 철도차량의 주행성능 개선을 위한 능동제어전략 비교연구

조연호(Yonho Cho),이원상(Wonsang Lee),곽재호(Jaeho Kwak) 한국철도학회 2016 한국철도학회 학술발표대회논문집 Vol.2016 No.5

독립 차륜형 차량의 동적 성능을 예측하기 위한 새로운 운동방정식을 이용하여 횡변위 제어를 통한 주행성능 개선 능동제어전략에 대한 비교연구를 수행하였다. 제어방법으로는 횡 방향 횡력제어, 요 방향 토크제어, 좌우 토크차에 의한 요 모멘트 제어와 요각을 줄이는 요토크 제어를 비교 분석하였고, 제어알고리즘으로는 PID, LQR, SMC, H∞제어기법을 적용하여 성능을 비교하고 제어알고리즘간 장단점 분석을 통한 최적의 제어알고리즘을 선정하였다. 횡변위제어를 위해 휠토크제어가 가장 우수함을 입증하였고 외란이 없는 일반트랙에서는 PID제어가 우수하지만, 궤도불규칙도와 같은 외란이 있는 경우 SMC와 H∞와 같은 강인제어가 제어성능 확보에 유리함을 확인하였다. 최적제어전략으로 확인된 휠토크제어 성능은 1/5 축소형 주행시험대를 이용하여 제어전략의 유용성을 확인하였다. A comparative study of active control strategies to improve running performance by control lateral displacement with new dynamic equation which predicted the dynamic performance of railway vehicle with independently rotating wheels were accomplished. Control strategies which applied with lateral force control, yaw torque control, yaw moment control using left and right torque difference and yaw torque control with yaw angle are used to comparative study and control algorithms are PID, LQR, SMC, H∞. The wheel torque control is evaluated to best strategy to improve lateral displacement control. The PID control has good performance on normal track without disturbance, but robust control like SMC, H∞ have better performance on track with disturbance like track irregularities. The control performance of wheel torque control which verified to best control strategy evaluated on 1/5 small scale roller-rig.

능동형지오메트리제어시스템 액츄에이터 성능 시험기 및 검증 방법 개발

최남선(Namsun Choi),조태영(Taeyoung Cho),김차식(Chasik Kim),이상호(SangHo Lee),최해용(HaeYong Choi) 한국자동차공학회 2011 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2011 No.5

본 논문은 능동형 지오메트리 제어 시스템의 구동 기능을 수행하는 구동기의 성능 검증에 대하여 최적화 성능 조건을 확인하고자 시험기를 개발하고 이에 따른 성능 검증 방법을 수립하는데 있어 도출된 결과를 논하고자 한다. 차량의 주행 조건에 따라 최적 차량 거동을 만들어내는 이 시스템에서 차량 토우각을 능동적으로 제어시키기 위한 부품의 구동을 담당하는 구동기는 차량에 가해지는 하중 조건에 따라서 성능 변수에 큰 변화를 나타나게 되는데 이러한 변수들의 영향을 통한 구동기가 가지게 되는 고유성능을 측정하기 위한 성능 검증 시험기 및 방법에 대해서 구상한 분석 내용 및 설계를 통해 시험기의 사양을 확립하고 그에 따른 시험기를 제작하여 구동기를 작동시킴에 따른 구동기에서 얻고자하는 출력 요소들을 도출시켜 능동형 지오메트리제어시스템의 구동기에 대한 핵심적인 성능을 검증하고자 한다.

구동장치의 정밀한 위치제어를 위한 구동제어기법에 대한 해석적 연구

안원근(Wongeun Ahn),서석훈(Suhkhoon Suh),조승환(Seunghwan Cho) 한국추진공학회 2015 한국추진공학회 학술대회논문집 Vol.2015 No.11

모터와 기어를 적용한 구동장치를 이용하여 정밀한 위치제어를 수행하기 위하여 I-PD 제어기법과 이중루프를 시스템에 적용한다. I-PD 제어기법은 과도응답 시 오버슛을 줄이는 동작을 수행함으로써 정밀한 위치 추종 결과를 얻는다. 또한 두 개의 센서와 이중루프를 이용하여 기어 시스템의 end play 성분에 의해 발생할 수 있는 위치추종에 대한 악영향을 저감하여 구동장치가 정밀한 위치추종을 할 수 있도록 한다. 이 논문에서는 이러한 개념을 설명하고 동특성 변화에 의한 위치추종 결과를 확인하기 위하여 BLDC 모터와 기어를 적용한 구동장치의 모델을 이용하고 이를 시뮬레이션 결과로 검증한다. Using a actuator to which the motor and the gear is applied to the I-PD control method and a dual-loop system to carry out precise position control. I-PD control method is to obtain a precise position tracking result by implementing the operation to reduce the overshoot of actuator. Also to the two sensors and the dual-loop reducing the adverse effects of position control caused by the end play component. In this paper, we use the model of the actuator system is applied to the BLDC motor and the gear to illustrate this concept and determine the position tracking result of the change in dynamic characteristics and validate it as a simulation result.

작업부하에 따른 전기구동 트랙터의 모터 토크 제어를 위한 PID 제어기 개발

백승윤 ( Seung-yun Baek ),최창현 ( Chang-hyun Choi ),김용주 ( Yong-joo Kim ) 한국농업기계학회 2019 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.24 No.2

전기구동 트랙터는 전기 모터를 엔진 출력 보조를 위해 사용하는 병렬형 하이브리드 방식과 전기 모터를 주동력원으로 사용하여 엔진을 대체하는 직렬형 하이브리드 방식으로 구분된다. 본 연구에서 대상으로한 전기구동 트랙터는 직렬형 하이브리드 방식으로, 농작업 시 발생하는 고부하 대응을 위해 고토크 모터를 주동력원으로 사용한다. 본 연구는 작업 시 발생하는 부하에 따른 모터의 적정 토크를 출력 가능한 제어기 개발을 위하여 수행되었다. 전기구동 트랙터 시뮬레이션 모델 및 제어기 모델은 상용 소프트웨어인 Simulation X(Ver 4.0, ESI ITI GmbH, Germany)를 통해 구성하였다. 부하 데이터 계측은 전기구동 트랙터의 정격출력과 동일한 부하 계측용 트랙터를 사용하였으며, 시뮬레이션 입력 조건은 쟁기 작업 중 차축에 발생하는 토크 데이터로 선정하였다. 제어기 모델의 입력 값은 전기 모터 컨트롤러의 토크 지령과 차축에서 발생한 토크이며, PID 제어 방식으로 모터의 적정 토크를 출력하도록 구성하였다. PID 계수는 settling time과 overshoot에 따른 전기구동 트랙터의 배터리 soc level 및 작업 가능 시간을 고려하여 선정하였다. 본 연구를 통해 농작업 중 차축에 발생하는 부하에 따라 적정 토크 출력이 가능한 모터의 PID 제어기를 개발하였으며, 이는 개발 중인 전기구동 트랙터 플랫폼에 적용하여 작업 성능을 향상 시킬 수 있을 것으로 판단된다.

자석잭 방식 내장형 제어봉구동장치 개념설계

박진석,이명구,장상균,이대희,Park, Jinseok,Lee, Myounggoo,Chang, Sanggyoon,Lee, Daehee 대한기계학회 2015 대한기계학회 논문집. Transactions of the KSME. C, 산업기술과 혁신 Vol.3 No.3

제어봉구동장치는 원자로의 반응도를 제어하기 위한 전기기기이다. 기존 제어봉구동장치는 원자로 외장형으로 원자로덮개의 노즐에 설치되었다. 그러나 최근에는 제어봉인출 사고를 근본적으로 배제하기 위한 내장형 제어봉구동장치의 필요성이 대두되어 왔다. 본 논문에서는 기존의 자석잭 방식 외장형 제어봉구동장치를 응용하여 원자로 내장형 제어봉구동장치를 개발하는 개념설계를 소개한다. The control element drive mechanism (CEDM) is an electro-mechanical device to control reactivity of the nuclear reactor. The conventional CEDM was installed on a nozzle of the reactor vessel closure head as an ex-vessel type. However, there have been demands for an in-vessel CEDM to fundamentally eliminate the rod ejection accident. Conceptual design of the in-vessel CEDM, which was developed based on the existing technology of the ex-vessel CEDM, is introduced in this paper.