우리나라는 일본이나 미국의 서부지역처럼 지진위험도가 매우 높은 지역이 아니다. 그러므로 1988년에 처음으로 내진설계기준이 도입될 때까지 거의 대부분의 구조물들이 지진의 영향을 고려하지 않고 설계되었다. 원자력발전소나 액화천연가스(LNG) 저장 탱크 등의 구조물에 면진 기술이 적용되었지만 우리나라의 기술자들은 면진이나 진동제어에 대해서는 별로 관심이 없었으며 이러한 것은 강진지역에서나 필요한 기술로 생각하였다. 그러나 이러한 기술은 우리나라와 같은 약진지역에서 더 효과적으로 지진과 바람의 영향을 저감시킬 수가 있는 것이다. 다행히 근래에는 극히 소수이기는 하지만 우리나라에서도 면진과 진동제어 기술을 적용하는 교량이나 건물의 수가 점차 늘어나고 있어서 지진이나 바람 등의 영향에 대하여 보다 적극적인 대처를 하기 시작하였다. 그러나 건축 구조물의 면진이나 진동제어에 대하여 설계기준이 제대로 마련되어 있지 않아서 이러한 기술을 적용하는데 실제적으로는 많은 어려움을 겪기도 하는 것이 현실이다. 따라서 우리나라에서도 이러한 기술을 적용할 수 있는 법적 근거를 마련하는 것이 시급한 과제라고 볼 수 있다.
과소 구동 전동의수는 가벼우며 비교적 경제적이라는 장점이 있다. 본 연구에서는 적응파지가 가능한 과소 구동 전동의수를 대상으로 경제적인 파지력 제어 시스템을 제안하였다. 근전도 신호로 구동되는 메인 케이블의 장력으로 파지력이 결정되므로 장력에 따라 사용자의 피부에 부착된 진동모터를 구동하는 촉감기반 피드백 시스템을 구성하였다. 진동 신호에 대한 사용자의 감각적 판단을 기반으로 파지력을 추정하고 제어하기 위하여 파지력과 진동 신호 간의 적절한 변환 관계를 수립하고 시제품 성능시험을 하였다. 최소한의 훈련으로 사용자들은 비교적 정확하게 파지력을 제어할 수 있었다.
A new mechanical-electrical hybrid passive damping treatment is proposed to improve the performance of structural vibration control. The proposed hybrid passive damping system consists of a constrained layer damping treatment and a shunt circuit. In a passive mechanical constrained layer damping, a viscoelastic material damping layer is used to control the structural vibration modes in high frequency range. The passive electrical damping is designed for targeting the nitration amplitude in the low frequency range. The governing equations of motion are derived through the Hamilton's principle. The obtained mathematical model Is validated experimentally. The presented theoretical and experimental techniques provide invaluable tools for controlling the multiple modes of a vibrating structure over a wide frequency band.
본 논문에서는 생물학적 운동 메카니즘을 유사하게 구현하기 위해 신경 진동자를 이용한 로봇 팔 제어 시스템을 제안한다. 인간 및 동물의 주기적인 자율 운동을 관장하는 Central Pattern Generator (CPG)를 수학적으로 모델링한 신경 진동자는 그 중요 특성의 하나인 entrainment 효과를 보여준다. 일반적으로 우리는 이 기능을 이용하여 미지의 외부 환경 변화와 같은 외란에 적절히 상호 작용할 수 있는 운동을 생성해 낼 수 있다. 이러한 결과를 보이기 위해, 각 관절에 가상의 신경 진동자 모델을 결합하였고 외부 환경의 변화나 외란의 감지를 위한 F/T센서를 팔의 말단에 부착하여 시스템을 구현하였다. 신경 진동자 모델을 결합한 2축 링크 로봇 팔 시스템(real time)은 주어진 목적운동을 (원 운동) 수행함과 동시에 미지의 외부 환경의 변화(임의의 벽)를 인지하여 적절한 모션을 생성하는 지를 살펴본다.
A new mechanical-electrical hybrid passive dam ping treatment is proposed to improve the performance of structural vibration control. The proposed hybrid passive damping system consists of a constrained layer damping treatment and a shunt circuit. In a passive mechanical constrained layer damping, a viscoelastic material damping layer is used to control the structural vibration modes in high frequency range. The passive electrical damping is designed for targeting the vibration amplitude in the low frequency range. The governing equations of motion are derived through the Hamilton's principle. The obtained mathematical model is validated experimentally. The presented theoretical and experimental techniques provide invaluable tools for controlling the multiple modes of a vibrating structure over a wide frequency band.
최근의 경량화 췌ㅅ로 말미암아 승용차의 차체는 박판일체식 구조로 제작되어 구조적 강성의 약화를 가져 왔으며 이로 인하여 외부의 요인으로부터 발생되는 승용차의 진동문제는 더욱 악화되고 해결하기 어렵게 되어가고 있다. 이 논문에서는 이러한 여러가지 문제로 인하여 전륜구동형 승용차의 조향계에서 발생되는 Shake와 Shimmy를 2-모드 동흡진기를 사용하여 제어하고자 하며 실제적으로 시작품을 제작하여 실차상태에서 확인시험을 실시하였다.
본 논문은 일반적이 가진 시스템의 설계에 있어서 입력에 대한 추종과 비주기적인 외란이 발생하였을 때 주어진 입력을 추종하는 성능과 인가된 외란에 강인성을 가지도록 시스템을 설계하여야 한다. 이러한 제어기 설계에 가장 많이 이용되는 제어기가 PID 제어기이다. 본 논문에서는 일반적으로 널리 사용되고 있는 PID 제어기와 본 논문에서 비교하고자 하는 지적-PID(intelligent PID control) 제어기에 관하여 비교하였다. 이러한 제어기의 성능 검증을 통하여 가진기 시뮬레이터의 주 제어기로 사용하고자 한다.
본 논문은 드론 같은 움직임이 불규칙한 환경에서 깨끗하고 안정된 입체영상을 촬영하기 위해서는 드론용 짐벌 시스템 제어 안정화기 설계가 필요하다. 짐벌 시스템은 카메라 모듈을 지지하는 구조와 외부로 부터의 진동을 차단하면서 정확한 각도를 추종하는 센서 등으로 구성된다. 움직임이 불규칙한 촬영장비나, 비행중인 드론에는 매우 다양한 주파수 성분의 진동의 발생으로 인해 안정된 영상물을 촬영하기에 어려움이 많다. 이러한 다양한 주파수 성분의 진동을 제어하기 위해 일반적으로 rolling-pitching-yawing 운동에 대하여 일반적인 PID 제어기를 설계하여 안정적으로 제어하지만, 드론용 짐벌시스템 구조가 변경되거나 시스템 일부 요소가 변경되게 되면 기존에 설계된 PID 제어 파라미터를 재조정을 해야 되는 경우가 빈번하게 있다. 이런 문제점을 개선하기 위해 본 논문에서 제기된 제어 기법인 지적 PID제어를 통하여 움직임과 짐벌시스템의 진동제어를 수행하여 외부 환경의 변화에 강인한 제어기법을 제시하고자 한다.
본 글에서는 지진의 기본적인 성질, 지진파의 특성, 스펙트럼 및 내진설게시 고려되어아 할 사향에 대하여 알아보았다. 점점 고층화되어가는 건축구조물에 대한 내진설계의 필요성이 더욱 커지고 있는 때에, 발생한 일본 고베 지진의 피해는 국내 의 건축구조 학자와 저눈가에 큰 영향을 주었을 것으로 생각된다. 예를 들어, 콘크 리트 건물의 설계시 기둥의 대근(hoop)의 중요성이 드러났으며, 질량이 무거운 건물 이 관성력을 더 많이 받게 되어 큰 피해가 발생한 것을 알 수 있었다. 구조물의 재료 적인 성질의 변화와 구조시스템의 변화를 이용한 내진설계에 대한 연구가 더욱 활발 히 진행될 것으로 생각되며, 또한 지진에 따른 건물의 진동을 조절하기 위한 진동 제어분야도 더 많은 연구가 필요하다고 생각된다.
제어이론의 역사적 발전사를 고찰해보면 1930년대부터 1960년대까지를 고전 제어(classical control) 시대로 분류되고 이때 주로 사용되었던 용어들은 주파수역(frequency domain)에서 사용된 개념인 극점(pole), 영점(zero), Nyquist, 근궤적(root-Locus) 선도(plot)등으로 대표된다. 그 다음단계인 현대 제어(modern control) 시대 (1960년대-1980년대)때는 새로운 개념들이 도입 되었는데 시간역(time domain)에서 사용되는 상태공간(state-space) 모델, 가제어성(controllability), 가관측성(observability), Kalman 필터, LQG 제어 등이다. 1980년대부터 현재까지를 강인제어(robust control) 시대로 분류하는데 이것의 특징들은 극점이나 영점 대신 상태공간 모델을 사용하여 주파수역에서 정의되는 개념들인 H$_{\infty}$ 합성법, .$\mu$ 해석법, LQG/LTR 및 QFT, Lyapunov 등으로 대표된다. 현대제어시대때는 제어기 K는 공칭 플랜트 모델 G$_{0}$를 기준으로 설계되었으나 실제로 공칭 플랜트 모델은 실제 플랜트와 항상 같을 수가 없었다. 따라서 실제 플랜트 G는 G=G$_{0}$ + .DELTA.G로 표현되며 여기서 .DELTA.G는 플랜트 불 확실성(plant uncertainty), 즉 실제 플랜트와 공칭 플랜트의 차이를 나타낸 다. 이 플랜트 불확실성은 제어기가 실제 응용되어 사용되었을 때 제대로 작동하지 않는 주요 이유중에 하나이다. 이와 같은 상황에서 안정도 강인성 (stability robustness) 및 성능 강인성(performance rosubtness)의 보장은 상 당히 중요한 문제로 대두되었으며 주어진 플랜트 불확실성하에서 이러한 강이성들이 보장되는 제어이론들 중 H$_{\infty}$ 제어이론이 많이 연구/응용 되고 있다. 특히 공칭 플랜트 모델과 함께 사용되는 플랜트 모델과 함께 사용되는 플랜트 불확실성 모델은 직접적으로 성능 및 안정도에 영향을 미치므로 주의 깊게 선정해야 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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