This paper presents an experimental study on active control of self-excited vibration for a high speed turbomachinery. In order to suppress the self-excited vibration, it is necessary to actively control the air film pressure or the air film thickness. In this study, active pads are used to control the air film thickness. Active pads are supported by pivots containing piezoelectric actuators and their radial position can be actively controlled by applying voltage to the actuators. The transfer characteristics from actuator inputs to shaft vibration outputs are experimentally investigated. In a tilting-pad gas bearing (TPGB), a shaft is supported by the pressurized air film. Four gap sensors were used to measure the vibration of the shaft and PID was used in the feedback control of the shaft vibration. The experimental results show that the self-excited vibration of the rotor can be effectively suppressed if the PID controller gains are properly chosen. As a result we find that the feedback control is effective for suppressing the self-excited vibration of a rotor system using stack-type PZT actuators.
최근 일반인을 위해 악기를 다루지 못하더라도 앱이나 웹에서 마치 놀이를 하듯이 연주하는 방법이 각광받고 있다. 그 이유는 자연스러운 우연성(randomness)의 연주 형태를 지니고 있기 때문이라고 판단된다. 따라서 관조적 관람객을 유인시키고 능동적으로 변화시키는 '우연 작동법'을 런치패드를 활용하여 이론적 배경과 사례분석을 통해 영상시스템을 개발, 제시하였다. 스텝시켄서 개발은 외부 프로그램으로 연결시켜 영상시스템을 스텝시켄서로 구현하는 방법과 모션 클립(Clip)들로 만들어 런치패드의 키(Key)마다 배치하여 실행시키는 키보드 런치형으로 구분하여 2가지 타입으로 개발하였으며, 최종 영상시스템을 통해 파생된 최적화 문제점과 해결책을 제시하였다.
This paper presents the synchronous vibration control of a rotor system using an Active Air Bearing(AAB). In order to suppress the synchronous vibration, it is necessary to actively control the air film pressure or the air film thickness. In this study, active pads are used to control the air film thickness. Active pads are supported by the pivots containing piezoelectric actuators and their radial positions can be actively controlled by applying voltage to the actuators. Disturbances and various kinds of external force can cause the shaft vibration as well as the change of the air film thickness. The dynamic behaviors of a rotary system supported by two tilting-pad gas bearings and its active stabilization using the tilting-pads as actuators are investigated numerically. The PID controller is applied to the tilting-pad gas bearing system with three pads, two of which contain piezoelectric actuators. To test the vapidity of the theoretical method, the performance of this control method is evaluated through experiments. The experimental results show the effectiveness of the control system for suppressing the unbalanced response of the rigid modes.
본 논문에서는 무선전력전송 시스템 중 보상회로의 구조가 간단하고 정전압 출력특성을 가진 SP보상구조의 보상회로의 설계에 대해 다룬다. 시스템 특성에 따라 능동적으로 효율 및 송수신패드의 사이즈를 증감 시킨 수 있는 알고리즘을 제안하고 이를 2kW급 Prototype 하드웨어에 적용하여 알고리즘의 타당성을 검증한다.
유선과 무선 등 다양한 융복합 기술을 이용하고 있는 컨테이너 항만에서는 작업을 위해 항만운영정보시스템(TOS)과 하역장비(CC, TC, YT) 간의 무선통신을 통해 작업정보를 교환한다. 그러나 컨테이너항만의 야드에 컨테이너화물이 높게 장치되어 있는 경우, 무선통신이 단절되어 음영지역(작업자가 정보를 받을 수 없는 지역)이 발생하여 작업 지연 및 작업 지시 오류가 발생한다. 이 때 작업자인 야드 트랙터(YT)의 운전자가 통신 상태를 인식할 수 있어야 한다. 그래야만 통신 음영지역에서의 작업 지연 및 작업지시 오류를 방지할 수 있고, 통신 단절로 작업이 지연될 때에도 작업자가 스스로 처리할 수 있다. 즉, 야드 트랙터에 장착된 웹-패드의 기능 개발, 그리고 통신 단절 시 빠르게 통신을 회복하는 기능 등을 개발하여 업무 처리속도를 향상시키는 등의 하역작업의 효율성을 높일 방안이 필요하다. 본 연구에서는 통신 모듈의 흐름을 변경하고, 야드 트랙터의 웹-패드에 단락(끊김) 또는 통신지연에 대한 네트워크 상태를 알려주는 UI 개발 등을 통해 작업자가 작업지연 및 작업지시 오류에 능동적으로 대처하여 하역작업의 효율성을 높이는 무선통신 환경을 구축하였다.
'Multi modal 인터페이스'란 인간과 기계의 통신을 위해 음성, 키보드, 펜을 이용, 인터페이스를 하는 방법을 말한다. 최근 들어 많은 휴대용 단말기가 보급 되고, 단말기가 소형화, 지능화 되어가고, 단말기의 어플리케이션도 다양해짐에 따라 사용자가 보다 편리하고 쉽게 사용할 수 있는 입력 방법에 기대치가 높아가고 있다. 현재 휴대용 단말기에 가능한 입력장치는 단지 단말기의 버튼이나 터치 패드(PDA 경우)이다. 하지만 장애인의 경우 버튼이나 터치 패드를 사용하기 어렵고, 휴대용 단말기로 게임을 하는데 있어서도, 어려움이 많으며 새로운 게임이나 어플리케이션 개발에도 많은 장애요인이 되고 있다. 이런 문제점들은 극복하기 위하여, 본 논문에서는 휴대용 단말기의 새로운 Multi Modal 인터페이스를 제시 하였다. PDA(Personal Digital Assistants)를 이용하여 더 낳은 재미와 실감을 줄 수 있는 Multi Modal 인터페이스를 개발하였다. 센서를 이용하여 휴대용 단말기를 손목으로 제어를 가능하게 함으로서, 사용자에게 편리하고 색다른 입력 장치를 제공 하였다. 향후 음성 인식 기능이 추가 된다면, 인간과 인간 사이의 통신은 음성과 제스처를 이용하듯이 기계에서는 전통적으로 키보드 나 버튼을 사용하지 않고 인간처럼 음성과 제스처를 통해 통신할 수 있을 것이다. 또한 여기에 진동자를 이용하여 촉감을 부여함으로써, 그 동안 멀티 모달 인터페이스에 소외된 시각 장애인, 노약자들에게도 정보를 제공할 수 있다. 실제로 사람은 시각이나 청각보다 촉각에 훨씬 빠르게 반응한다. 이 시스템을 게임을 하는 사용자한테 적용한다면, 능동적으로 게임참여 함으로서 좀더 실감나는 재미를 제공할 수 있다. 특수한 상황에서는 은밀한 정보를 제공할 수 있으며, 앞으로 개발될 모바일 응용 서비스에 사용될 수 있다.
This paper presents the synchronous vibration control of a rotor system using an active air bearing(AAB). In order to suppress the synchronous vibration, it is necessary to actively control the air film pressure or the air film thickness. In this study, active pads are used to control the air film thickness. Active pads are supported by pivots containing piezoelectric actuators and their radial position can be actively controlled by applying voltage to the actuators. Thus, disturbances, i. e. various kinds of external force can cause shaft vibration as well as change of the air film thickness. The dynamic behavior of a rotary system supported by two tilting-pad gas bearings and its active stabilization using the tilting-pads as actuators are investigated numerically. The $\mu$ synthesis are applied to the AAB system with three pads, two of which contain piezoelectric actuators. To test the validity of the theoretical method, the performance of this control method is evaluated through experiments. The experimental results also show the effectiveness of the control system for suppressing the unbalanced response of the rigid modes.
본 논문에서는 Bare-die Chip 형태의 Drive amplifier를 Ajinomoto Build-up Film (ABF)와 FR-4로 구성된 PCB에 내장함으로써 28 GHz 대역 모듈에서 적용될 수 있는 내장형 능동소자 모듈을 구현하였다. 내장형 모듈에 사용된 유전체 ABF는 유전율 3.2, 유전손실 0.016의 특성을 가지고 있으며, Cavity가 형성되어 Drive amplifier가 내장되는 FR4는 유전율 3.5, 유전손실 0.02의 특성을 가진다. 제안된 내장형 Drive amplifier는 총 2가지 구조로 공정하였으며 측정을 통해 각각의 S-Parameter특성을 확인하였다. 공정을 진행한 2가지 구조는 Bare-die Chip의 패드가 위를 향하는 Face-up 내장 구조와 Bare-die Chip의 패드가 아래를 향하는 Face-down내장 구조이다. 구현한 내장형 모듈은 Taconic 사의 TLY-5A(유전율 2.17, 유전손실 0.0002)를 이용한 테스트 보드에 실장 하여 측정을 진행하였다. Face-down 구조로 내장한 모듈은 Face-up 구조에 비해 Bare-die chip의 RF signal패드에서부터 형성된 패턴까지의 배선 길이가 짧아 이득 성능이 좋을 것이라 예상하였지만, Bare-die chip에 위치한 Ground가 Through via를 통해 접지되는 만큼 Drive amplifier에 Ground가 확보되지 않아 발진이 발생한다는 것을 확인하였다. 반면 Bare-die chip의 G round가 부착되는 PCB의 패턴에 직접적으로 접지되는 Face-up 구조는 25 GHz에서부터 30 GHz까지 약 10 dB 이상의 안정적인 이득 특성을 냈으며 목표주파수 대역인 28 GHz에서의 이득은 12.32 dB이다. Face-up 구조로 내장한 모듈의 출력 특성은 신호 발생기와 신호분석기를 사용하여 측정하였다. 신호 발생기의 입력전력(Pin)을 -10 dBm에서 20 dBm까지 인가하여 측정하였을 때, 구현한 내장형 모듈의 이득압축점(P1dB)는 20.38 dB으로 특성을 확인할 수 있었다. 측정을 통해 본 논문에서 사용한 Drive amplifier와 같은 Bare-die chip을 PCB에 내장할 때 Ground 접지 방식에 따라 발진이 개선된다는 것을 검증하였으며, 이를 통해 Chip Face-up 구조로 Drive amplifier를 내장한 모듈은 밀리미터파 대역의 통신 모듈에 충분히 적용될 수 있을 것이라고 판단된다.
본 논문은 InGaP/GaAs HBT를 사용하여 5.4㎓ 대역의 고성능 저잡음 증폭기를 제안하였다. 기존에 InGaP/GaAs HBT는 고전력 증폭기 설계에 주로 사용되어 왔으나, 최근 RF 단일칩화를 위한 소자로 인식되고 있다. 이에 InCaP/GaAs HBT 소자를 이용한 저잡음 증폭기 설계에 대한 연구가 선행되어야 하며, 본 논문에서는 InGaP/GaAs HBT의 우수한 선형성 특성과 잡음 특성을 이용하여 뛰어난 성능의 저잡음 증폭기를 설계 및 제작하였다. 제안된 저잡음 증폭기는 높은 Q의 나선형 인덕터와 MIM 형태의 캐패시터 등의 수동 소자와 능동 소자가 모두 한 칩에 집적화 되어 입출력 패드와 함께 0.9${\times}$0.9$\textrm{mm}^2$의 면적에 집적화 되었다. 제안된 저잡음 증폭기는 최적의 동작점을 선택해 이득과 잡음 지수를 최적화하였으며, 더불어 우수한 선형성을 얻을 수 있었다. 측정결과 제작된 저잡음 증폭기는 13㏈의 이득과 2.1㏈의 우수한 잡음 지수를 보였으며, IIP3 5.5㏈m의 우수한 선형성이 측정되었다.
10 GHz까지 동작하는 주파수 1/2 분배기와 주파수 1/4 분배기를 설계하였다. 회로에 사용된 설계 방법은 단일 위상 분주 방식이다. 단일 위상 분주 방식 분배기는 단 하나의 클럭 신호만을 필요로 하고 회로를 구성하는 소자도 크기가 작은 능동 소자로 이루어져 구조가 매우 간단한 장점이 있다. 측정을 통하여 바이어스 전압이 높아질수록 free running 주파수와 동작 주파수 영역이 높아짐을 확인할 수 있었다. 주파수 1/2 분배기와 주파수 1/4 분배기 회로에 바이어스 전압 $3.0{\sim}4.0V$, 입력 파워 16 dBm, 오프셋 전압 $1.5{\sim}2.0V$, 10 GHz 입력 신호를 가했을 때 입력 주파수의 1/2, 1/4에 해당하는 5 GHz, 2.5 GHz의 출력 신호를 각각 얻을 수 있었다. 주파수 1/2 분배기의 레 이 아웃 크기는 $500{\times}500 um^2$이고 측정용 패드와 연결 부분을 제외한 순수한 레이아웃 크기는 $50{\times}40 um^2$이다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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