자기유변유체를 이용한 회전 각속력 제어 = Control of Rotational Angular Speed using Magneto-rheological Fluid

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 가해지는 자기장에 따라 항복응력이 변하는 자기유변유체를 이용한 제동 장치를 개발하였다. 현재 선진국을 중심으로 활발히 연구되어지는 자기유변유체는, 유체에 가해지는 자기장의 변화에 따라 유체의 항복응력이 변하는데, 이러한 성질을 이용하여 제동력의 정확한 제어가 가능하다. 본 연구에서는 개발된 제동 장치를 이용하여, 외부에서 회전체에 가해지는 토크가 변동할 경우에 회전체의 회전 속력를 일정하게 유지시키는 기능을 구현하였다. 회전체의 회전속력을 측정하여, 비례-적분 피드백 제어를 사용하여 구현하였다. 우선, 실험과 시뮬레이션 결과의 비교를 통해 개발된 제동 장치의 매개변수값을 구하였고, 이 값들을 이용하여 비례-적분 피드백 제어 시뮬레이션 결과를 예측하였다. 또한 초기 각속력이 있는 자유낙하실험, 수동 크랭킹 실험들을 수행하여, 개발된 장치를 통하여 회전체의 회전속력을 일정하게 유지할 수 있음을 확인하였다. 이러한 속력 제한 기능은 개발된 제동 장치의 응용의 한 예로서, 회전체의 적절한 물리량을 측정한 후. 적절한 피드백 제어를 가하면, 얼마든지 원하는 다른 기능을 구현해 낼 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A magneto-rheological(MR) fluid based rotary loading and braking device is developed. The loading and braking forces of the device are accurately adjustable by controlling the yield stress of MR fluid, so that the vibration control, the precision position control and the speed control of rotating machines equipped with the device can be achieved. As an engineering application, constant rotational speed regulation is conducted using the device manufactured in laboratory, introducing PI control action not only with varying torque due to gravitation, with initial angular speed, but also with constant external torque made by hand. To do this, first, mathematical model was obtained via experiments. And then, simulation was carried out, based on the experimentally identified model. Its result was confirmed through experiment. It is identified by simulation and experimental results that PI action leads to satisfactory control performance in both cases that varying torque due to gravitation, with initial angular speed, and constant external torque are applied.