The purpose of the present study is to develop lightweight and simple smart actuators in order to replace conventional hydraulic/pneumatic actuators, and to apply the developed actuators to the actuation systems of a small unmanned air vehicle. This research describes the procedures of design, manufacturing of the piezo-composite actuator, and the performance evaluation. From the test results of the developed devices, we found the possibility of piezo-composite actuator could be used as a control surface of a small UAV system. We have designed and manufactured two kinds of piezo-composite actuators, unimorph actuator and bimorph actuator. The manufactured actuators were evaluated through the performance testes. It was found that the bimorph type actuator showed more linear angle change for the same excitation voltage variation than unimorph type. It is expected that piezo-composite actuator has a possibility to be used not only as a control surface of small unmanned flying vehicle but also as a control surface actuator of a guided missile fin through the miniaturization of power supply and control system.
In this survey paper, the application research and development trends of piezoelectric materials are reviewed. Advantages and disadvantages of piezoelectric materials, and the recent research to overcome the drawbacks are discussed. The market of piezoelectric sensors and actuators in USA, Japan, and EU is surveyed with several examples. In Korea, the analytical research concerning piezoelectric materials is active but the developments of devices and equipments are not so active, and the investment in this field is necessary.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2012.08a
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pp.205-205
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2012
Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) 장치는 국내 유일의 초전도 자석을 이용한 핵융합 연구 장치로서 초고온의 플라즈마를 생성하여 차세대 에너지원인 핵융합 에너지를 획득하는 것을 목표로 두고 있다. 플라즈마를 생성부터 유지하기 위해서는 수소 동위원소를 토카막 내부로 공급해 주어야 하는데 이러한 수소동위원소를 "연료"라 부르며, 이 연료를 토카막 내부로 공급해 주는 시스템을 연료주입 시스템(Fueling System)이라고 한다. KSTAR에서는 토카막 내부로 고속의 연료 주입이 필요하고 정밀한 양의 연료를 공급하는 밸브를 사용하여야 하며, 이러한 밸브를 제어 할 수 있는 제어기를 필요로 한다. 위의 사항에 적합한 피에조 밸브(Piezoelectric Valve)는 2 msec 이내의 개폐시간과 500 Torr ${\ell}$/s 이상의 유량을 흘려줄 수 있는 피에조 밸브로 압전소자에 가해지는 전압(0~250 V)에 따라 변위의 양에 비례하여 연료가 진공용기 내로 유입된다. 압전소자의 변위는 최대 140 ${\mu}m$로 최적화되어 있어야 하며, 정전용량(Capacitance)는 30~40 nF이어야 한다. 또한 소자에 힘(Force)를 가해 최대 7 N으로 136 ${\mu}m$의 변위를 가진 소자를 사용해야 한다. 피에조 밸브의 특성으로는 아날로그 신호로 작동이 되어야 하며, 유량신호를 피드백하여 밸브의 구동 전압을 정밀하게 제어 되어야 한다. 피드백 제어를 위해 압력센서는 XCS-190 Series를 사용하여 낮은 유량에서도 민감하게 반응하도록 제작하였으며, 고전압이 유기 되었을 때 제어기를 보호하기 위한 정션박스를 설치하였다. 밸브 제어기는 피에조 밸브의 개방 속도를 높이기 위해 밸브 구동 전압을 순간적으로 높이는 POP 전압을 생성하는 기능과 유량 신호를 피드백해서 밸브 구동 전압을 정밀 제어 하는 기능을 가지고 있다. 제어장치는 아날로그 및 디지털 제어회로의 전원용 +15 V DC와 밸브 구동용 +250 V DC 출력용의 전원 공급 장치(Power supply unit), 펄스 및 트리거 신호를 생성하는 Master Programmer unit), Pop 전압과 피드백의 중요한 기능을 수행하는 Valve controller unit로 제작 되었다. 피에조 밸브와 제어기는 상호 작용하여 동작을 원활히 할 수 있도록 특성 실험을 진행하여야 하며, 진공상태에서 Lack의 유무를 확인하여야 한다. 현재 개발 제작된 밸브의 진공누설시험 및 특성실험을 진행하고 있으며, KSTAR 5차 캠페인에 적용할 계획이다.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1994.10a
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pp.165-169
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1994
This paper describes the vibration control of a cantilever beam that is reformulated as the sensitivity minimization problem and solved in H$_{\infty}$ controller that is studied widely nowadays. The result of suggested controller is compared with that special form of H$_{2}$ controller, i.e., LQG. Piezoelectric actuator is chosen and disturbance is applied in the form of base excitation to match real aeronautical problems. Simulations are given, whose results reveals the performance of suggested controller is better than LQG in many cases.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.10
no.4
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pp.102-108
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2011
LQG/LTR control scheme is applied to the two axes stage using piezoelectric actuator for tracking reference input and suppressing hysteresis effect in this paper. The plant is combined with an integrator to improve the tracking ability. LQG/LTR controller is designed by making desirable target filter loop remove all poles except for an integrator included in new design plant model and loop transfer recovery. Decoupler in the shape of FIR filter is added to remove the coupling effect between the two axes motion and so feedback control loop is designed independently for the each axis motion.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.05a
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pp.1058-1062
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2003
This paper proposes a self-organizing fuzzy controller (SOFC) design technique applied to the vibration control of a dynamic system under irregular disturbance. In this controller, the fuzzy rules generate control signal continuously using the array of input and output pairs without using any special controller model. The generated rules are saved in the fuzzy rule matrix in real-time by self-organizing methods. This fuzzy logic control is demonstrated by simulation and shows the efficiency of the real-time self-organizing fuzzy controller in this system.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11b
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pp.198-203
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2002
A fuzzy logic controller design technique is proposed to apply for the control of flexible system under irregular disturbance. The fuzzy rules of $\ulcorner$Mode Selecting Fuzzy Controller$\lrcorner$ are constructed using displacement, velocity information and modal characteristics of the system. The frequency information of flexible system is picked up from $\ulcorner$Mode Selecting Unit$\lrcorner$ based on Fast-Fourier transform algorithm. Experiment is conducted to verify the proposed theoretical approach, Piezo ceramic and laser accelerometer are used as actuator and sensor in the experiments respectively
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.11a
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pp.326.1-326
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2002
A fuzzy logic controller design technique is proposed to apply to the control of flexible system under irregular disturbance. The fuzzy rules of $\ulcorner$Mode Selecting Fuzzy Controller$\lrcorner$ are constructed using displacement, velocity information and modal characteristics of the system. The frequency information of flexible system is picked up from $\ulcorner$Mode Selecting Unit$\lrcorner$ based on Fast-Fourier transform algorithm. Experiment is conducted to verify the proposed theoretical approach. (omitted)
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.228-232
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2004
This paper is to identify the position of random disturbance on flexible dynamic system, and the position of the piezo ceramic actuator 0 minimize tip response. Correlation of the output signals from each parts on flexible system is used to identify the position of random disturbance. Except the correlation with an output signal from the position of random disturbance, other correlations have time delay. This is a base idea to identify the position on this study.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.5
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pp.567-573
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2014
Since the development of microelectromechanical systems (MEMS) technology for the medical field, various micro-fluid transfer systems have been studied. This paper proposes a micro-piezoelectric pump that imitates a stomach's peristalsis by using two separate piezoelectric elements, in contrast to existing micro-pumps. This piezoelectric pump is operated by using the valve-less traveling wave of peristalsis movement. If the piezoelectric plates at the two separated plates are actuated at the input voltage, a traveling wave occurs between the two plates. Then, the fluid migrates by the pressure difference generated by the traveling wave. Finite element analysis was performed to understand the mechanics of the combined system with piezoelectric elements, elastic structures, and fluids. The effects of design variables such as the chamber height and number of ceramics on the flow rate of the fluid were examined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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