실시간 차량 셀프 얼라이닝 토크 추정

윤철환(Cheol-Hwan Yoon),진호준(Ho-Jun Jin),유승한(Seung-Han You) 대한기계학회 2018 大韓機械學會論文集A Vol.42 No.4

차량 조향 시 운전자 입력 토크의 복원 토크로 작용하는 셀프 얼라이닝 토크(SAT : self-aligning torque)를 실시간 산출하는 추정기를 개발하였다. 2차 조향시스템 모델을 기반으로 외란관측기를 활용하여 킹핀 토크(kingpin torque)를 우선적으로 식별하고 추정된 킹핀 토크에 포함되어 있는 좌/우 전륜 타이어(front wheels) 수직력에 의한 잭킹 토크(jacking torque)를 분리하여 최종적인 셀프 얼라이닝 토크를 추정하였다. 기존 연구와 차별점이라고 할 수 있는 잭킹 토크 보상을 통해 셀프 얼라이닝 토크 추정기의 성능을 개선하였고 추정 가능 영역을 확대하였다. 차량 동역학 해석 SW인 CARSIM과 실차 시험을 통해 횡경사 노면을 포함한 다양한 검증 조건에서 제안된 셀프 얼라이닝 토크 추정기의 성능을 검증하였다. The real-time self-aligning torque (SAT) estimator was developed to estimate self-aligning torque generated from tire cornering forces. First, a disturbance observer to identify kingpin torque was designed based on the secondorder steering system model. Then, self-aligning torque was calculated by the relation between kingpin torque and jacking torque. Thereafter, the real-time SAT estimator was improved in terms of performance and the region that can be estimated by a lateral acceleration sensor signal. As the final step, the proposed method was verified according to various driving conditions using CARSIM simulations and vehicle experimental tests.

외란 관측기 기반의 이산시간 전동기 추종제어

전용호(Yong-Ho Jeon)강정욱(Jung-Yoog Kang) 한국전자통신학회 2021 한국전자통신학회 논문지 Vol.16 No.3

전동기의 좋은 추종 성능을 얻기 위해서는 외란 관측기가 포함되어 외란에 대응할 수 있는 제어기를 설계하는 것이 필요하다. 전동기의 외란 관측기는 1차 저역통과 필터를 기반으로 부하 토크과 역기전압을 추정하도록 설계하였다. 외란 관측기와 제어기의 상호관계를 비교하고, 개선된 제어 성능을 얻기 위하여 PI 제어기와 IP 제어기를 설계하였다. 설계된 관측기와 제어기의 성능을 확인하고자 120 [W]급의 BLDC 전동기에 적용하였다. 그 결과 오버슈트가 줄어들며, 정상상태 오차가 영으로 수렴하는 것을 확인할 수 있다. In order to obtain a good tracking performance of the motor, it is necessary to design a controller that can respond to a disturbance by including a disturbance observer. The disturbance observer of the motor is designed to estimate the load torque and the back electromotive voltage based on the first-order low-pass filter. A PI controller and an IP controller were designed to compare the correlation between the disturbance observer and the controller and to obtain improved control performance. To check the performance of the designed observer and the controller, it was applied to a 120 [W] class BLDC motor. As a result, overshoot is reduced, and it can be seen that the steady-state error converges to zero.

스플라인 백래시에 의한 유도탄 해치시스템의 토크 외란 분석

변영철(Young Chul Byun),강이석(E Sok Kang) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.1

본 논문에서는 유도탄 해치시스템의 스플라인 백래시에 의한 토크 외란에 대하여 실험을 통한 분석을 다룬다. 유도탄 해치시스템은 무거운 해치를 수직으로 상승시키기 위하여 스플라인과 기어열을 사용하고 있다. 해치의 회전축에 적용된 스플라인은 일반적으로 큰 동력전달을 위한 자동차의 구동 부품으로 사용된다. 스플라인은 각도 백래시를 갖고 있으며, 저크를 발생시킨다. 또한 해치 스플라인의 백래시는 해치의 흔들림 발생에 영향을 준다. 스플라인 백래시와 해치의 흔들림은 해치 회전각 및 해치의 가속도를 측정함으로써 실험적으로 분석된다. 해치의 흔들림은 짧은 시간동안 육안으로 관찰되며, 회전각의 변화 및 해치 가속도에 의해 측정된다. 해치의 각 변화에 대한 변동형태 및 지속시간은 토크와 유사하며, 백래시에 의한 해치의 흔들림은 토크 외란을 발생시킴을 보여준다. This paper presents the experimental torque disturbance analysis of a missile hatch system by spline backlash. The missile hatch system uses a spline and gear train for vertical elevation of the heavy hatch. The spline used for the rotation shaft of the hatch is generally used for automotive driving parts that transmit high amounts of power. It has an angular backlash, which results in jerks. Backlash of the hatch spline influences hatch swinging. The spline backlash and hatch swing are experimentally analyzed by measuring the hatch"s rotation angle and acceleration. Hatch swing is visually observable for a short period, and it is measured by measuring the rotation angle variation and hatch acceleration. The shape of fluctuation and duration time of hatch angle variation are similar to those of torque. This shows that the hatch swing due to spline backlash generates torque disturbances.

발사체 김발엔진 TVC 외란토크 버짓

선병찬,오충석,박용규,노웅래 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

This paper considers the disturbance torques exerted on thrust vector control actuators of launch vehicles when main engines are moved by the actuators during flight. Based upon the case studies of foreign launch vehicles, each component of disturbance torques which must be included during thrust vector control system design is examined and the corresponding torque budgets are analyzed. The shown results in this paper will be used as a basis data to evaluate the development requirements of KSLV-Ⅱ thrust vector control systems. 본 논문에서는 해외발사체 사례를 중심으로 발사체 김발엔진용 TVC 시스템 설계시 고려해야 할 외란토크 성분들에 대해 살펴보고 토크 성분별 버짓 분석을 수행하였다. 여기서 제시한 해외 사례 분석 결과들은 추후 한국형발사체 TVC 시스템 설계를 진행하는 데 있어서 설계 결과의 적절성을 평가하기 위한 기준 데이터로서 활용될 예정이다.

탐색기 외란토크 최적화를 위한 2축 김발 시스템의 모델링 및 동적 거동해석

신유진(Yu-Jin shin),이승하(Seung-Ha Lee),성기준(Ki-Jun Seong),강호균(Ho-Gyun Kang),여보연(Bo-Youn Yeou) 대한기계학회 2006 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2006 No.11

Important sources of disturbances torque inputs which may severely degrade the seeker tracking accuracy of a guided missile, involve friction torque, spring torque and mass imbalance torque of two axis gimbaled system of seeker. Stabilization performance means the stabilization degree of the line-of-sight rate between the seeker and target. It also means isolation ratio of seeker stabilization platform due to disturbance torque by vibration of aero dynamic change and missile's body motion. In this paper, I have simulated stabilization performance as of disturbance torque change by modeling the controller and two axis gimbaled system considering coupling and disturbance torque. I have verified the model, comparing the result of real system. I finally have optimized the result of simulation with using response surface method and present the disturbance torque standard for seeker disturbance torque optimization.

제어모멘트자이로 김블의 토크 외란 모델링 검증 및 피드포워드 제어를 이용한 토크 리플 저감

이준용,오화석 항공우주시스템공학회 2018 항공우주시스템공학회지 Vol.12 No.1

In this study, the generating of torque regarding the Control Moment Gyro (CMG) is proportional to the angular velocity of gimbal. This is the case because gimbal affects the attitude control of the satellite directly, and it is necessary to reduce the incidence of torque ripple of gimbal. In this paper, the cause of the torque ripple of gimbal is reviewed and mathematically modeled by assuming the friction imbalance of bearing, the magnetic field and the phase current imbalance of the motor. We are able to confidently estimate the modeling parameters of gimbal disturbance using a constant speed test, and then analyze the influence of applying feedforward control to our modeling. Additionally, the simulation results show that the torque ripple and angular velocity fluctuations are reduced when apply this modeling to the identified study parameters. Finally, we present the disturbance reduction technique using our disturbance modeling. CMG의 발생 토크는 김블의 각속도에 비례하고 위성의 자세제어에 직접적인 영향을 미치기 때문에김블의 토크 리플 저감이 필요하다. 본 논문에서는 토크 리플의 발생 원인을 베어링에 의한 마찰 불균형, 모터의 자기장과 상전류 불균형으로 가정하여 이를 수학적으로 모델링한다. 김블의 정속 구동 데이터를 통해 모델링의 파라미터를 추정하고 이를 이용하여 피드포워드 제어로 적용할 경우 영향성을 분석한다. 시뮬레이션을 통해 토크 리플과 각속도 변동이 저감되는 것을 확인하여 외란 모델링을 이용한외란 저감 기법을 제시한다.

저궤도 위성의 외란 토크 해석

임조령(Jo Ryeong Yim),김용복(Yong-Bok Kim),용기력(Ki-Lyuk Yong) 한국항공우주연구원 2011 항공우주기술 Vol.10 No.1

본 연구는 저궤도의 태양동기궤도 위성에 미치는 외란 토크의 크기와 영향을 해석하였다. 위성체 좌표계에서 보았을 때, 지구 지향 자세에서 최대 토크는 약 8.3×10<SUP>-4</SUP> Nm로 한 궤도당 약 1.4 Nms 의 모멘텀이 축적되고, 태양지향 자세에서의 최대 토크는 약 1.6×10<SUP>-3</SUP> Nm로 한 궤도당 약 3.0 Nms 의 모멘텀이 축적된다. 한 궤도당 축적되는 모멘텀의 양은 토커의 크기를 결정하는 설계 기준 자료로 사용되는데, 현재 사용 가능한 자기 토커의 한궤도당 모멘텀 덤핑 용량을 고려했을 때, 위성의 임무 수행을 위해 적절한 선택임을 확인하였다. The external disturbance torque acting on a low earth orbit spacecraft was analyzed. For the Earth pointing attitude, the maximum torque to the spacecraft is about 8.3×10<SUP>-4</SUP> Nms and the momentum accumulated for an orbit is about 1.4 Nms and for the Sun pointing attitude, the maximum torque to the spacecraft is about 1.6×10<SUP>-3</SUP> Nms and the momentum is accumulated about 3.0 Nms in the spacecraft body reference frame. The analysis results confirm that the size of magnetic torquer selected previously for the satellite is sufficient to manage the accumulated momentum by considering the dumping capacity for an orbit.

원심 가속도 시험 중 짐벌의 각도를 유지시키는 외란 토크에 대한 이론적 분석 및 실험

김준수,이동균,이석인,조현준,윤문영 한국정밀공학회 2022 한국정밀공학회지 Vol.39 No.10

In this study, the disturbance torque that maintains the gimbal at a specific angle during the centrifugal acceleration test was analyzed. Newton's Second Law for Rotation was applied, to calculate the disturbance torque. A Theoretic solution for calculating the disturbance torque was derived, by separating the horizontal/vertical components of the moment of inertia. The Theoretic solution was verified, by numerical analysis (RecurDyn) of the simplified Gimbal model. To include the effect of acceleration, the distance between the central axis of the gimbal and the accelerated test equipment was applied as 0 and L (non-Zero). As a result of the analysis, it was found that the main disturbance torque is not related to acceleration, but to self-centrifugal force caused by rotation. A centrifugal acceleration test was conducted, to verify the operational performance of gimbal. The disturbance torque was calculated, by measuring the torque used to operate the gimbal's motor. The result was compared with the disturbance torque, calculated by the Theoretic solution of the gimbal. The error between the result of test and Theoretic solution of torque was less than 4.5%.

외란토크 추정 및 보상을 이용한 관성안정화 플랫폼의 제어

최경준(Kyungjun Choi),원문철(Mooncheol Won) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.1

본 논문에서는 기존의 관성안정화 플랫폼에서 보편적으로 사용됐던 PID 제어에 외란관측기를 적용하는 알고리즘 제안한다. 외란관측기 알고리즘을 적용하기 위하여 직접구동 모터로 구동되는 안정화 플랫폼 축의 관성모멘트와 축 마찰 특성을 실험적으로 구하고, 시뮬레이션과 실험결과를 비교하여 정확도를 검증하였다. 또한 차수와 상대차수가 다른 여러 가지 Q-filter 적용실험을 통하여 필터 특성에 따른 시스템의 안정성을 확인하였다. 본 논문에서 제안한 알고리즘은 6 자유도 시뮬레이터를 이용하여 차량모션 인가실험을 통해 이중 PID 제어 루프의 결과와 비교/검증하였다. In this study, we propose a control algorithm for Inertially Stabilized Platforms (ISP), which combines Disturbance Observer (DOB) with conventional proportional integral derivative (PID) control algorithm. A single axis ISP system was constructed using a direct drive motor. The joint friction was modeled as a nonlinear function of joint speed while the accuracy of the model was verified through experiments and simulation. In addition, various Q-filters, which have different orders and relative degrees of freedom (DOF), were implemented. The stability and performance of the ISP were compared through experimental study. The performance of the proposed PID-plus-DOB algorithm was compared with the experimental results of the conventional double loop PID control under artificial vehicle motion provided motion simulator with six DOF.

Steer-by-Wire 시스템의 랙추력 기반 타이어 횡력 추정알고리즘 개발

서영훈(Younghoon Seo),남강현(Kanghyun Nam) 한국자동차공학회 2021 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2021 No.6

본 논문은 steer-by-wire(SbW)시스템의 횡력 추정 알고리즘을 제안한다. SbW시스템은 steering column을 제거하여 운전자의 steering wheel과 rack and pinion system의 기계적 링크 없이 양쪽에 두 개의 모터를 사용한다. Steering wheel에 부착된 모터는 차량과 노면의 상태를 고려한 스티어링 느낌을 만들어 주고, rack and pinion system에 부착된 다른 모터는 운전자의 steering wheel angle에 해당하는 각도를 만들어 낸다. SbW시스템의 rack and pinion system에 부착된 모터를 통해 운전자와 독립적으로 노면의 정보를 받아들일 수 있다. 이 뿐만 아니라 토크 센서를 사용하지 않음으로써 진동이 저감되고 모델이 간단 해진다. 이러한 장점을 통해 SbW시스템의 횡력 추정 알고리즘을 구현한다. 타이어에 작용하는 수직력, 구동력/제동력 그리고 횡력은 킹핀 토크를 만들어내며, 킹핀 토크는 타이로드를 통해 rack gear에 전달된다. 이러한 관계를 통해 외란 관측기를 설계하여 rack force를 추정하여 킹핀 토크를 계산한다. 횡력은 킹핀 토크, 수직력과 구동력/제동력을 통해 계산된다. 횡력 추정 알고리즘의 성능을 확인하기 위해 Matlab/Simulink SW, CarSim SW와 Amesim SW를 통합한 컴퓨터 시뮬레이션을 진행하였다. 시뮬레이션 차량은 전/후 SbW시스템의 4WS와 in-wheel motor를 사용하는 4WD이며, 시뮬레이션 환경은 노면과 타이어 사이의 마찰계수를 high µ(0.9), 30m/s 로 등속 주행하는 double lane change(DLC)실험과 random steer와 random driving force 지령(Random)으로 설정하였다.