본 연구에서 얻어진 주된 결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 모달필터의 오차로 인해 모달상태 추정에 오차가 발생할 때, 폐루프 진동제어계가 Lyapunov 점근 안정성을 갖기 위한 필요충분 조건식(26)을 유도하였다. 2) 모달필터의 오차가 클수록 폐루프 진동제어계의 안정성은 점점 나빠지게 된다. 3) 모달필터의 오차 .DELTA.D가 존재할 때, L$_{\infty}$-놈 이론을 적용하여 진동제어 응답성능의 오차의 상한, 식(32)를 유도하였다. 4) 응답성능 오차의 상한은 모달필터 오차 .DELTA.D의 크기에 비례하고 있으며, 비례계수는 모달공간에서의 제어기법이 종류에 따라 다르다.
진동하는 경계면의 진동장 및 음장을 재구성하기 위하여 음장측정치 및 경계요소법을 이용한 음향 홀로그래피 방법을 연구하였다. 특히, 측정잡음 및 전달행렬의 특이성에 의해 발생하는 재구성 오차에 대하여 고찰하였다. 재구성의 정확도를 나타내기 위하여 전달행렬의 특이인자를 도입하였다. 예제로 한면이 진동하는 직육면체 상자를 고려하였다. 결과로부터 매우 작은 측정잡음에 대해서도 전달행렬의 특이성 재구성 오차가 크게 발생하며, 측정위치에 따라 전달행렬의 특이성이 크게 영향 받음을 확인하였다. EfI방법을 이용하여 최적의 측정점을 선택한 결과 전달행렬의 특이성을 크게 줄일 수 있었으며 이때 측정점의 위치는 가진주파수에 관계없이 큰 음장이 형성되는 소음원의 근접장에 위치함을 알 수 있다. 또한 저주파 가진에 비해 고주파 가진이 작은 특이인자값을 나타내며, 따라서 재구성 오차가 작음을 알 수 있었다. 재구성장의 정밀도를 향상시키기 위하여, 부가적으로 진동장의 norm을 제한하는 적절화방법을 도입하였다. 모델의 최소자승오차를 최소화 하는 최적의 적절화변수를 추정하여 이로부터 재구성 오차를 줄일 수 있었다.
사장교 케이블 장력 산정 방법에는 직접적인 방법과 간접적인 방법이 있는데 직접적인 방법은 정확성에 문제가 있을 뿐만 아니라 제한사항도 많다. 따라서 일반적으로 케이블 장력 추정은 간접적인 방법인 고유진동수를 이용하는 진동법을 사용하고 있다. 최근 시공된 사장교의 케이블에 대해 현이론을 이용한 진동법으로 케이블 장력을 산정해 그 결과를 다중진동모드를 이용한 진동법과 비교했다. 그 결과를 요약하면, 현이론 방법의 오차는 7차이하의 진동모드에서는 2%를 초과하지 않았다. 특히, 3차와 4차 진동모드의 오차는 1%를 초과하지 않았다. 그리고 진동모드의 차수가 증가하고 케이블 단면이 클수록 오차는 증가했고, 장력이 크고 케이블 길이가 길수록 오차는 낮아짐을 알 수 있었다. 즉 7차 이하의 진동모드에서 높은 정밀도를 갖는 다는 것을 알 수 있다.
본 연구에서는 한국표준과학연구원(KRISS)에 설치된 대구경 반사경용 광학측정타워를 이용한 광학측정 시 타워에 유입되는 진동과 그로 인해 발생하는 광학측정오차에 대한 분석을 수행하였다. 여러 환경조건에 대해 타워구조물, 간섭계, Null lens의 진동측정을 수행하였으며 동시에 직경 600 mm의 축대칭 비구면 반사경의 광학측정을 수행하여 진동과 광학측정오차간의 연관성을 분석하였다. 진동측정 결과 타워의 상단에 위치한 Null lens 및 간섭계가 외부 진동요인에 매우 취약하여 외부 진동유입 시 광학측정오차가 민감하게 증가됨을 확인할 수 있었다. 특히 간섭계와 Null lens의 각 방향 진동이 서로 다르게 발생하는 경우 광학측정오차가 크게 증가하는 것으로 나타났다. 진동에 의한 간섭계, Null lens, 반사경의 정렬오차를 줄이기 위해 타워 구조 시스템이 저주파 진동에 둔감하도록 구조개선이 필요할 것으로 판단되며 진동 모니터링을 통해 간섭계와 Null lens의 진동이 안정화된 시점에 광학측정을 수행하여야 형상 오차 측정값에 대한 신뢰도를 높일 수 있는 것이라 사료된다.
로봇을 이용한 납땜자동화 시스템은 현재 산업계에서의 수요가 크게 일고 있다. 기존납땜 로봇 시스템은 느린 납땜 속도와 제한된 납땜 공구 기능으로 인해 그 응용범위의 확산을 저해하고 있다. 여기서는 로봇에 맞는 자동납땜용 공구 시스템 (robotonomic tool system)이 개발되었다. 우선 그 특징으로서 진동납땜 공정을 개발하였으며 평균 25%의 생산속도 향상을 기하였다. 일 정범위에서의 위치 오차 보정기능을 가지고 있다. 위치 오차는 납땜점 오차와 가압력 오차를 초래하며 이는 납땜 품질의 신뢰도를 저하시킨다. 여기서 핀 오차 보정 및 납땜 가압력 최적화 공정을 추가한 유연성이 향상된 자동납땜 시스템을 개발하였다. 이는 정밀 자동납땜 로봇 시스 템으로 그 응용범위를 확장시켰다.
본 논문에서는 몸체진동에 의하여 Lock-in을 보상해주는 링레이저 자이로의 환산계수 오차와 불규칙잡음 특성을 시뮬레이션에 의해서 예측하였다. 그리고 그 결과를 약 0.5deg/sec의 static Lock-in을 갖는 28cm인 4각형 링레이저 자이로에 대한 정적시험 결과와 비교하였다. 진폭이 일정한 정현파 몸체진동을 인가하는 경우에 자이로의 출력 펄스가 몸체진동 진동수의 정수배가 되는 지점에서 주기적으로 dynamic Lock-in이 발생한다. Dynamic Lock-in의 폭은 몸체진동의 진폭에 따라서 변화하는데, 입력가속도가 몸체진동 진동수의 짝수배 지점과 홀수배 지점에서 나타나는 dynamic Lock-in의 폭은 180도 위상차이를 가짐을 알 수 있었다. 그리고 dynamic Lock-in을 보상해주기 위하여 불규칙진동을 추가로 인가하는데 이 불규칙성이 작으면 dynamic Lock-in에 의한 환산계수 오차가 제거되지 않으며, 불규칙성이 커지면 환산계수 오차는 줄어들지만 불규칙 잡음이 상대적으로 커짐을 알 수 있었다. 그리고 불규칙 잡음은 몸체진동의 진폭이 클수록 작아짐을 확인하였다.
본 논문에서는 MEMS 자이로스코프에서 발생하는 G-민감도 오차를 관성센서 오차 모델에 정의하고, 이를 분석하여 오차 성분을 추출하는 기법을 제안한다. 일반적으로 MEMS기반 자이로스코프는 스프링과 관성질량체를 갖는 진동형 방식으로 개발된다. 따라서 구조적으로 고기동 환경에서 인가되는 가속도에 비례하는 G-민감도 오차 특성을 갖게 된다. 이러한 G-민감도 오차는 외부에서 높은 가속도가 인가되지 않는 민수분야에서는 무시할 정도로 작다. 하지만 전술급 성능의 MEMS 관성측정기가 고가속 환경에서 외란과 가속도에 의해 G-민감도 오차가 발생하게 되면 항체의 유도조종을 위한 항법장치 성능에 큰 영향을 미치게 되므로 오차 분석과 보상은 필수적이다. 따라서 본 논문에서는 MEMS 자이로스코프에 발생하는 G-민감도 오차를 분석하고 정의하여 관성센서 오차모델에 적용한다. 새로 정의된 관성센서 오차모델을 분석하여, 오차 성분을 고가속도 시험환경이 아닌 FMS 시험만으로 정확히 추출하는 방법을 제안한다. 그리고 제안한 방법으로 얻은 오차를 보상하여 고가속도 시험을 수행하고 그 결과를 분석하여 성능과 신뢰성을 검증한다.
레이저 도플러 진동 측정기를 사용하여 수중 구조물의 진동을 측정하는 경우, 구조물의 표면으로부터 레이저 광선이 겪는 위상 변화를 감지함으로써 진동을 측정하게 된다. 이 경우 레이저 광선은 진동하는 구조물 표면으로부터 방사되는 방사 음장을 통과하게 되며, 이러한 방사 음장에 의한 굴절률 변화에 의하여서도 레이저 광선은 위상 변화를 겪게 된다. 구조물의 진동을 측정하기 위하여서는 표면 진동 자체에 의한 레이저 광선의 위상 변화만을 감지하여야 하지만, 방사 음장의 굴절률 변화에 의한 레이저 광선의 위상 변화가 추가로 발생하여 진동 측정값에 오차를 발생시키게 된다. 이러한 오차는 공기중에서는 무시할 수 있을 정도로 작은 값이지만, 특히 수중에서는 구조물의 진동 측정값에 상당한 오차를 발생시킬 수 있게 된다. 본 논문에서는 수중에서의 방사 음장에 의한 레이저 광선의 위상 변화를 분석하였다. 예로써 수중에서 진동하는 무한 원통형 구조물로부터 방사 음장에 의한 레이저 광선의 위상 변화를 예측하고 분석하였다.
대상 기계구조물의 유한요소 모델로부터 구한 해석결과가 실험결과와 오차를 나타낼 때, 이러한 오차를 줄일 수 있도록 유한요소 모델의 변경이 요구된다. 유한요소 모델개선은 이러한 역문제(Inverse Problem)를 다루는 체계적인 접근법이다. 일반적으로 유한요소 모델에서 변경할 수 있는 매개변수의 개수는 실험결과의 개수보다 많으므로 실험결과와 일치되는 개선된 유한요소 모델은 무한하다고 할 수 있다. 그러나, 개선된 유한요소 모델이 물리적 타당성을 갖도록 매개변수의 변경량에 제한을 주면 일반적으로 초기 유한요소 모델에 비해 실험결과와의 오차가 개선된 근사해만 존재하게 된다. 따라서, 모델개선 과정을 통해 구한 개선된 모델은 오차의 평가기준 또는 목적함수에 따라 정해진 다양한 근사해 중 하나이다. 기존의 모델개선 방법에서는 단 하나의 오차 평가기준 또는 목적함수를 사용하고 이를 최소화 하는 모델을 구한다. 개선된 모델을 구하기 이전에는 사용된 평가기준이 타당한지 검토할 수 없으므로 대부분의 경우, 시행착오법으로 목적함수를 설정하게 된다. 본 논문에서는 다목적 최적화 기법을 이용한 오차 평가기준을 소개하고 이를 하드디스크커버 유한요소 모델개선에 응용한다.
소음방사의 이해 및 효과적인 소음제어를 위해서는 소음원의 특성, 음장의 공간상 방사 특성 등을 아는 것이 중요하며, 이를 위해 많은 연구가 진행되 어 왔다. 특히 다수의 마이크로폰 어레이를 이용한 음향 홀로그래피 방법에 의한 실험적 음장 예측 방법이 소개되었고 연구가 진행됨에 따라 많은 실용 가능성을 보여 주었다. 음향 홀로그래피 방법에는 측정상 제한이 필연적으로 존재할 수밖에 없는데, 이에 따른 오차가 존재하며 결국 예측음장의 신뢰도 를 떨어뜨리는 요인이 된다. 본 연구의 목적은 측정조건에 따른 오차의 요인 을 고찰하고 이를 정량적으로 표현함으로써 음향 홀로그래피 방법의 적용에 도움을 주고자 한다. 평면 음향 홀로그래피에 나타나는 오차는 둘러 싸기 오 차(wraparound error), 앨리애싱(aliasing), 창문영향(window effect)으로 나 눌 수 있는데, 오차는 측정구경의 크기와 마이크로폰 사이의 간격등의 측정 조건 뿐만 아니라 음원의 특성, 홀로그램 평면의 위치 등에 직접적인 영향을 받게 된다. 본 연구에서는 오차해석을 위한 기본 연구로써 점음원(monopole) 과 쌍극자(dipole)음장의 파수 스펙트럼을 해석적으로 구하고 이를 기본으로 평면 음향 홀로그래피 적용시 존재하는 앨리애싱에 대해 고찰하고 전산기 모의 실험 (computer simulation)을 통해 오차를 최소화하는 측정조건을 제 시하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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