트랙터용 반능동 캐빈 현가장치의 슬라이딩 모드 제어

김경대 ( Kyeong-dae Kim ),안다빈 ( Da-vin Ahn ),한규하 ( Gyu-ha Han ),문동주 ( Dong-joo Moon ),박영준 ( Young-jun Park ) 한국농업기계학회 2022 한국농업기계학회 학술발표논문집 Vol.27 No.1

농업용 트랙터는 불균일한 지면을 주행하고 부하변동이 큰 농작업에서 주로 사용된다. 이러한 트랙터의 주행 환경은 작업자를 반복되고 높은 수준의 승차진동에 노출시켜 인체에 유해한 영향을 준다. 이로 인해 작업자에게 전달되는 승차진동을 저감하기 위한 방법으로 트랙터 캐빈에 현가장치를 장착한다. 현가장치는 수동, 반능동 및 능동 현가장치로 분류할 수 있으며 반능동 현가장치를 장착하는 것이 승차진동 저감에 가장 효율적이라고 알려져 있다. 반능동 현가장치의 감쇠력은 현가장치 상하단 상대속도에 따라 비선형적으로 변화하며, 내부 솔레노이드 밸브에 흐르는 전류의 크기에 따라 그 특성이 변한다. 따라서 가해진 전류 크기에 따라 승차진동 저감 성능이 달라지기에 주행 조건에 맞는 최적의 전류 크기를 선정하여야 하며, 주행 조건이 달라지면 저감 성능이 떨어지게 된다. 이에 따라 전류를 제어하여 주행 조건과 관계없이 최적의 전류 크기를 결정함으로써 승차진동 저감 성능을 향상시킬 필요가 있다. 본 연구에서는 슬라이딩 모드 제어 알고리즘을 기반으로 트랙터용 반능동 캐빈 현가장치의 밸브 전류 제어 알고리즘을 개발하였다. 제어 알고리즘을 개발하고 성능을 평가하기 위하여 Half car 트랙터 시뮬레이션 모델을 사용하였으며, 시뮬레이션 모델을 이용하여 현가장치를 고무마운트로 사용한 모델에서 발생하는 승차진동을 기준으로 반능동 현가장치를 사용하고 전류를 일정한 값으로 고정한 모델과 제어 알고리즘을 이용하여 전류를 제어한 모델의 승차진동 저감 성능을 비교하였다. 시뮬레이션 결과 전류를 고정한 모델보다 전류를 제어한 모델에서 승차진동 저감 성능이 평균적으로 1.6배 높게 나타났으며, 이를 통해 개발된 제어 알고리즘의 성능을 확인하였다.

승차감 향상을 위한 차체 상하ㆍ피칭 능동 현가제어에 관한 연구

박중현(Jung-Hyen Park) 한국컴퓨터정보학회 2007 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.12 No.2

본 논문에서는 능동 현가장치의 해석 및 설계에 강인제어 이론을 적용하여 현가장치설계에 응용 할 수 있는 이론 및 실험적 제어장치 적용에 관한 연구를 수행하였다. 최근의 현가장치설계에서는 강성과 감쇠를 능동적으로 제어하는 기술의 적용이 일반화 되고 있으며, 다른 여러 종류의 차량 안정성제어 장치와의 연계성이 높아짐에 따라, 제어 시스템설계에서 보다 내구성이 강하고 제어효과의 응답성이 빠르며 정도 또한 높은 제어장치의 필요성이 요구되고 있다. 본 연구는 전륜 및 후륜의 위치와 주행속도관계에 따른 능동현가시스템을 해석하여 위와 같은 빠른 응답성과 높은 정도의 제어가 가능한 제어시스템을 해석, 설계하기 위하여 능동 현가 제어시스템의 적용에 관한 고찰을 하였다. 그리고 제어대상시스템에 대한 능동 제어시스템을 설계하기위한 모델링 및 적용방법을 수식적으로 해석하였으며, 능동 현가장치의 제어시스템설계에 중요한 내외란성 향상을 위한 강인제어시스템설계에 적용하는 방법에 관해 고찰하였다. This paper proposed modelling and design method in suspension system design to analyze active suspension equipment by adopting active robust control theory. Recent in the field of suspension system design it is general to adopt active control scheme for stiffness and damping, and connection with other vehicle stability control equipment is also intricate, it is required for control system scheme to design more robust, higher response and precision control equipment. It is known that active suspension system is better than passive spring-damper system in designing suspension equipment. We analyze suspension system with considering location of front-rear wheel and driving velocity, then design control system. Numerical example is shown for validity of robust control system design in active suspension system.

OWC 파력발전용 전력변환장치의 빠른 동특성을 위한 모델 예측 전류 제어 기법에 관한 연구

노찬,최종수,곽상신,김경환 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경·에너지학회지 Vol.23 No.1

The control using the power converter for wave power generation has been recently studied because it can obtain a fast dynamic response. However, it is difficult to get a transient response because of the energy characteristic of the wave energy that the conventional pulse-width modulation (PWM) method based on proportional integral control (PI-Control) for controlling the power converter has been widely used. Instead of using the optimal switching state during each sampling step, the control is performed by using various switching states located near the reference voltage vector, so that the reference current can not follow in a short time when the transient state occurs. Therefore, in this paper, Model Predictive Current Control (MPCC) is proposed with fast dynamic characteristics using model of power converter for wave power generation. The proposed method predicts the current of the next step through the model of the power converter, constructs the cost function using the predicted current and the reference current, and selects one optimal switching state during each sampling step. As in the conventional method, instead of using various switching states for each sampling, a fast transient response can be obtained because only one optimal voltage vector is used, that is, the optimal switching state, which is closest to the reference voltage vector. To verify the performance of the proposed method, the simulation is performed through the PSIM and the conventional PI-based PWM method (PI-PWM) and the proposed method demonstrate the performance of the proposed method through comparison of steady state and various transient states. 전력변환장치를 이용한 제어는 빠른 응답을 얻을 수 있기 때문에 최근에 연구가 많이 되고 있다. 하지만 기존에 파력발전용 전력변환장치 제어를 위한 비례적분제어(Proportional Integral control, PI-Control) 기반의 펄스폭변조기법(Pulse Width Modulation, PWM)은 입력 에너지가 수초단위로 변화하는 파랑에너지 특성상 빠른 과도 응답을 얻기가 어렵다. 매 샘플링 스텝마다 최적의 스위칭 상태를 사용하는 것이 아니라 기준 전압 벡터 인근에 위치한 다양한 스위칭 상태를 이용해서 제어하기 때문에 과도 상태가 발생 했을 때 기준 전류를 빠른 시간 안에 추종할 수 없게 한다. 그래서 본 논문에서는 파력발전용 전력변환장치의 모델을 이용한 전류예측제어(Model Predictive Current Control, MPCC)를 통해 빠른 동특성을 갖는 최적제어기법을 제안한다. 제안하는 방법은 전력변환장치의 모델을 통한 다음 스텝의 전류를 예측하고, 예측된 전류와 기준 전류를 이용해 비용 함수(Cost Function)을 구성한 다음 매 샘플링 스텝마다 최적의 스위칭 상태 하나를 선택한다. 기존의 방법처럼 매 샘플링 마다 다양한 스위칭 상태를 사용하는 것이 아닌 기준 전압 벡터와 가장 인접한 최적의 전압 벡터 즉 최적의 스위칭 상태 하나만 사용하기 때문에 빠른 과도 응답을 얻을 수 있다. 제안하는 방법의 제어기 성능을 검증하기 위해 PSIM을 이용해 시뮬레이션을 진행하였고, 기존의 PI기반의 PWM방법(PI-PWM)과 제안하는 방법을 정상상태와 다양한 과도상태 비교 분석을 통해 제안하는 방법의 성능을 입증한다.

진동수주형 파력발전장치의 최적 하이브리드 토크 제어 기법

노찬(Roh Chan),김길원(Kil-Won Kim),임창혁(Chang-Hyuk Lim),김경환(Kyong-Hwan Kim),박지용(Ji Yong Park) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.5

파력발전장치(Wave Eenergy Converter, WEC)는 증가하는 에너지 수요를 충족 할 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있으며 특히 진동수주형 파력발전장치는 이를 구현할 수 있는 가장 신뢰할 수 있는 방법입니다. 진동수주형 파력발전장치는 구조가 단순하고 내구성이 뛰어나지만 입력 에너지의 가변성으로 인해 동력전달장치(Power Take-off, PTO) 시스템의 제어가 어렵습니다. 즉, 정격 이상의 에너지를 제어 할 수 없는 경우 작동 시간이 단축되어 발생하는 전력이 불가피하게 감소합니다. 본 연구에서는 입력 에너지에 따라 작동 영역을 나누고 그에 따라 토크 계수를 변경하여 진동수주형 파력발의 작동 시간을 늘림으로써 터빈의 각속도를 줄이는 방법을 제안합니다. 진동수주형 파력발전장치의 동력전달시스템 제어 방법은 실제 해역에 설치되는 30kW 실물 크기 실험 장치를 통해 검증됩니다. 제안 된 방법에서 터빈 각속도의 변동이 불규칙한 파동 조건에서 기존의 제어 방법에 비해 현저히 감소함을 보여줍니다. Wave Eenergy Converter (WEC) has significant potential to meet the growing energy demand, and in particular, the frequency-driven wave power generator is the most reliable way to implement this. The vibration order type wave power generator has a simple structure and excellent durability, but it is difficult to control the power take-off (PTO) system due to the variability of the input energy. In other words, if the energy above the rating cannot be controlled, the operating time is shortened and the power generated is inevitably reduced. In this study, we propose a method to reduce the angular velocity of the turbine by dividing the operating area according to the input energy and changing the torque coefficient accordingly to increase the operating time of the frequency column type wave bomb. The control method of the power transmission system of the vibration order type wave power generator is verified through a 30kW full-size experimental device installed in the actual sea area. In the proposed method, it is shown that the fluctuation of the turbine angular velocity is significantly reduced compared to the conventional control method under irregular wave conditions.

헬리콥터 능동진동제어시스템의 수리온 적용 및 성능 분석

김도형(Do-Hyung Kim),김태주(Tae-Joo Kim),백승길(Seung-Kil Paek),곽동일(Dong-Il Kwak),정세운(Se-Un Jung) 한국항공우주학회 2015 韓國航空宇宙學會誌 Vol.43 No.6

헬리콥터 진동의 주요 가진원 중 가장 결정적인 요인은 주로터이며 이러한 로터 유발 진동은 승무원과 승객의 안락함을 보장하기 위해 회전익 항공기에서 해결해야할 과제 중 하나이다. 종래의 헬리콥터에서는 수동형 진동저감장치가 주로 사용되어 왔고 수리온 항공기에도 여러 가지 형태의 수동형 진동저감장치가 적용되어 있다. 최근 국외 항공기 제조업체에서는 수동형 진동저감장치 대비 작은 중량으로 우수한 진동저감 성능을 발휘할 수 있는 능동진동제어시스템(AVCS)의 적용을 확대하고 있는 추세이다. AVCS는 중량 절감 외에도 항공기 형상, 비행 상태 변화 시에도 만족할만한 성능을 유지할 수 있는 장점이 있다. 이러한 AVCS를 수리온에 적용 시 어느 정도의 성능을 발휘하는지 확인하기 위한 성능시연 프로그램을 수행하였고, 최적의 센서와 작동기 조합을 찾기 위한 최적화 과정을 수행하였다. 지상 및 비행시험을 통해 계측된 데이터를 이용하여 최적의 센서 및 작동기 조합을 도출하고 비행시험 결과와 비교하였다. The most decisive factor of major sources of a helicopter is the main rotor system and the rotor-induced vibration is one of the technical challenges which should be resolved to ensure comfort for crews and passengers. Passive vibration reduction devices are adopted in conventional helicopters and several types of passive devices are also used in Surion. In recent years, foreign helicopter manufactures have increasingly applied the application of AVCS (active vibration control system) because of their superior performance with lower weight compared to passive device. In addition to weight reduction, AVCS has advantages maintaining its performance over aircraft configuration changes and flight condition changes. The technology demonstration program was performed in order to validate the performance of AVCS when applied to Surion, and optimization process for finding optimal configuration of sensors and actuators. Optimal configuration was produced using ground and flight test data, and its performance was evaluated and compared with flight test result.

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.

AMD를 이용한 건물의 풍직각방향 응답 제어 -테크노마트 건축물 적용을 중심으로 -

홍은애,이상현,우성식,황재승,정란 한국풍공학회 2013 한국풍공학회지 Vol.17 No.1

본 연구에서는 풍진동 제어를 위해 39층 테크노마트 건물에 능동형 질량 감쇠기를 적용하기 위한 수치해석적 연구를 수행하였다. 먼저, 태풍 풍응답 계측 및 풍동실험을 통해 테크노마트 단변방향 진동에 대한 사용성 개선이 필요함을 확인하였다. AMD에 요구되는 스트로크 확보를 위한 건물의 여유 공간, 설치 위치, 허용 무게 등을 알아보고 제진장치 배치 및 사양을 결정하였다. 그리고 테크노마트의 최상거주층인 39층 단변방향을 대상으로 한 1자유도 해석모델에 대해 선형제어방법인 속도피드백, LQR, LQG 알고리즘과 비선형제어방법인 Bnag-bang 알고리즘을 적용하는 해석연구를 수행하였다. 해석결과 제어 전·후의 최대가속도는 11.83cm/s2에서 4.19cm/s2으로, 진동감지확률은 90%에서 50%이하로 감소하여 Bang-bang 제어알고리즘을 적용할 경우 제어성능이 가장 좋은 것을 확인하였으며 각각의 알고리즘으로 구현된 AMD의 최대 스트로크가 모두 허용범위 수준을 만족하는 결과가 나왔다. 또한, 실제 AMD의 안정적은 작동을 위해 요구되는 원점보정 신호 방안을 제안하여, 제한된 스트로크 내에서 제진장치를 안정적으로 운행할 수 있음을 확인 하였다. In this research, a numerical study was performed for a practical application of an Active Mass Damper(AMD) to wind-induced vibration control of the 39-story Technomart 21 building. Through measurement of wind-induced responses by typhoon and wind tunnel test, it was determined that serviceability of the Technomart should be improved. As the first step, available space for the damper installation and the effect of the additional mass on safety of the existing structures were investigated. And an analytical study was performed by applying the velocity feedback, LQR, and LQG as linear control methods and Bang-bang as nonlinear ones. As a result, bang-bang was verified to have the best control performance reducing peak acceleration 11.83cm/s2 to 4.19cm/s2 and the level of vibration perception 90% to under 50%. And maximum stroke of the AMD required by each control algorithm was satisfied with an acceptable level. Also, a new algorithm for selfpositioning of the AMD to zero displacement point was proposed for the AMD to function safely within the stroke limit and it was verified that the AMD would operate safely within the limited stroke due to the addition of this signal.

TLCD를 이용한 변동 풍하중에 대한 구조물의 진동 완화에 관한 수치적 연구

권대건,Ahsan Kareem 한국풍공학회 2004 한국풍공학회지 Vol.8 No.1

본 연구에서는 변동 풍향하중 및 변동 풍향횡하중을 받는 구조물에 대하여 TLCD를 이용한 동적거동의 완화에 관한 수치적 연구를 수행하였다. 이를 위하여 변동 풍하중의 스펙트럼으로부터 양방향 풍하중의 시간이력을 구하여 대상 구조물의 외부하중들로 작용시켜 시간이력해석을 수행하였으며 TLCD의 비선형 감쇠항을 간단히 처리하는 방법에 대하여 제안하였다. 그리고 수동제어로써의 TLCD의 제어효과뿐만 아니라 TLCD의 장점 중 하나인 반능동제어로써의 제어 성능에 대한 평가도 수행하였고 새로운 능동제어 방식을 제시하였으며 또한 새로운 TLCD 장치와 다중 TLCD의 설치방안을 제안하였다. 해석결과 제안된 전 시간단계의 유체속도를 그대로 이용하여 TLCD의 비선형 감쇠항을 처리하는 방법은 시간간격이 작을수록 신뢰할만한 결과를 얻었으며 변동 풍하중에 대한 TLCD의 수동/반능동/능동제어에 대한 제어효과를 비교한 결과 본 연구에서 제시된 능동제어방식은 가장 좋은 제어효과를 나타내었다. 하지만 능동제어의 경우 비교적 큰 제어력을 필요로 하였으며 반능동제어의 경우는 밸브를 조절할 수 있는 작은 힘만으로도 수동제어보다는 좋은 효과를 나타낼 수 있다고 판단되었다. 본 연구에서 제안한 새로운 TLCD 장치 및 다중 TLCD의 설치방안은 양 방향의 풍하중 및 지진하중과 같은 동적하중에 의한 구조 시스템의 진동에 대하여 제어효과를 보일 것으로 예상되며 비틀림 하중에 의한 거동의 경우에도 그 효과를 나타낼 것으로 예상된다. The present study is concerned mainly with a numerical study on mitigation of structural vibration for structural control applications using TLCD. To achieve this goal, two fluctuating wind loads are first generated by means of wind spectra in both directions, that is, alongwind and acrosswind, and a simple method is proposed to deal with nonlinear damping of TLCD. A controllable passive(semiactive) and proposed active TLCD systems are utilized to overcome the shortcomings of passive system. It is found that proposed active system is very effective to reduce the structural vibration in both cases of alongwind and acrosswind without considering the requirement of large control force. On the other hand, semiactive system shows lesser response reduction than the case of active system, while exhibits further reduction in the responses than that of passive system. However, semiactive system has a merit in the control force aspect because it requires relatively small control force to mitigate excessive structural vibration by utilizing controllable valve. Finally, new concepts of TLCD system and installation of multiple-TLCD are proposed to cope with bi-directional and torsional vibrations of structure due to wind/seismic loads.

Input Shaping 기술을 이용한 핵연료이송시스템의 수중이동 시의 진동제어

박명욱(Mingxu Piao),샤 우마 하미드(Umer Hameed Shah),전재영(Jae Young Jeon),홍금식(Keum-Shik Hong) 제어로봇시스템학회 2013 제어로봇시스템학회 각 지부별 자료집 Vol.2013 No.8

핵연료이송장치는 원자력발전소에서 사용되는 핵연료봉을 이송하는 장비로써, 핵연료의 특성상 그 이동이 수중에서 이루어져야 한다. 현재까지 대기(大氣) 상태에서의 화물이송에 관한 이론 및 시스템은 오랫동안 연구되어 왔으나 매질(수중 혹은 대기중)에 따른 이송장치의 동특성 및 최적제어에 관한 연구는 활발히 이루어 지지 않고 있다. 본 논문은 물속의 저항성분을 고려하여 마스트의 진동을 줄이기 위해 핵연료이송장치의 구동시스템을 파악하고자 하였다. 먼저, 수중 이송시스템의 수학적 모델을 구축하였다. 그리고 수조실험을 통해서 시스템 수평운동 시 발생하는 진동을 해석을 하였다. 마지막으로 연료봉의 진동을 줄이기 위해 Input Shaping 방법을 적용하고, 이에 따른 시간최적제어를 유도하였다.

새로운 적응복합제어기를 이용한 MR 시트현가장치의 진동제어

한철희(Chulhee Han),최승복(Seung-Bok Choi),이태훈(Tae-Hoon Lee),안진희(Jin-Hee An) 한국소음진동공학회 2018 한국소음진동공학회 논문집 Vol.28 No.3

In this work, a new adaptive composite controller is designed and applied to vibration control of a magneto-rheological (MR) damper based seat suspension. The proposed controller consists of the interval type 2 fuzzy model, sliding mode controller and adaptive controller. After formulating the composite controller associated with adaptation laws, a robust stability is solidly proved using the Lyapunov stability criterion. Subsequently, its effectiveness is demonstrated by implementing it to the vibration control of a vehicle seat suspension associated with MR damper. Vibration control performances are evaluated at two different road profiles; regular bump and random wave road. It is experimentally shown that the proposed controller can provide better vibration control performances than a comparative composite controller showing lower level of the displacement and acceleration at the driver position.