램제트 추진 시스템 제어를 위한 모델링 기법에 대한 연구를 수행하였다. 연료공급시스템은 동적 메커니즘을 묘사하기 위해 전형적인 2차 시스템 모델을 사용하였으며, 이로부터 연료공급시스템의 계단 응답특성을 계산하고 이에 상응되는 연소실 압력섭동과 종말 충격파의 위치 변화 관계를 파악하였다. 압력섭동과 종말 충격파 간의 상관관계를 도출하기 위하여 연소실 압력은 일정한 주기와 진폭을 갖는 사인파로 모델링하여 종말충격파의 거동에서 나타나는 위상차를 확인하였다. 본 연구를 통해 시스템의 작동에 대한 물리적인 이해를 도모하며, 시스템의 동적 특성이 엔진 작동에 미치는 영향을 살펴보았다.
최근 화학, 연소, 동력, 제철 등의 각종 플랜트에서 조업압력이 고압화되어 가고 있으며, 이에 수반하여 배관계를 통하는 고압가스 유동에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 배관계를 통하는 고압가스의 유동에 있어서 유량의 적절한 제어, 유동에 의하여 야기되는 배관계의 소음·진동, 그리고 배기가스의 적절한 처리법 등은 공학적으로 매우 중요한 문제로 알려져 왔다. 일반적으로 정상운전을 하는 플랜트에서 고압 배기가스의 문제는 배기가스 Expander에 의하여 에너지를 회수하는 방법이 생각될 수 있으나, 실제 공업현장에서는 배기가스를 안전하고, 또 소음·진동을 발생시키지 않도록 적절하게 처리하는 것이 매우 중요한 기술적 과제로 남아 있다. 일반적으로 배기가스의 압력이 임계압력(critical pressure) 이상으로 되는 경우(실제 대부분의 플랜트에서 배기가스의 압력은 임계압력보다 매우 높다), 배관계 내부에서 충격파(shock-wave)가 발생하여 난류와동 혹은 난류경계층과 간섭하게 됨으로써 강력한 공기역학적 소음이나 진동을 발생시키게 된다. 이와 같은 소음·진동에 대한 대책으로는 현재 가스배출부에 감압밸브를 직렬로 설치하거나, 유로에 다공판(porous plates)들을 삽입하여 감압과정을 공간적으로 분산시킴으로써, 충격파가 발생하지 않도록 하는 방법을 주로 채택하고 있다. 그러나 이러한 방법을 적용하는 경우 배기가스 유동에 대한 유량의 제어기능이 저하되는 문제가 발생한다.
충격파 개념을 이용하는 유체 추력벡터 제어는 빠른 벡터링 응답, 간단한 구조 및 낮은 무게로 인하여 큰 벡터링 성능을 달성하는데 많은 이점을 제공한다. 본 논문에서는 전산유체역학 기법을 사용하여 슬롯 인젝터를 가진 3차원 직사각형 초음속 노즐에 대하여 연구를 수행하였다. 계산 방법론을 검증하기 위하여 수치 결과를 실험 데이터로 비교하였다. 대칭 평면에서의 상부 및 하부 노즐벽을 따르는 압력분포는 시험 결과와 잘 일치하였다. $k-{\omega}$ SST 난류모델을 기반으로 한 수치해석을 통하여, 운동량 플럭스 비율의 영향을 철저히 조사하여 추력의 성능 변화를 명확하게 나타내었다.
충격 잡음은 전력선 통신 시스템의 성능을 열하시키는 대표적인 채널 특성 중 하나이다. 이는 배경잡음에 비해 많게는 수십 dB 이상의 레벨을 가지며, 임의 시간적으로 발생하기 때문에 추정 및 제어가 어렵다. 최근 전력선 통신 시스템이 고속화 되면서 한정된 주파수 대역상에서 한정된 신호 전력으로 대용량의 데이터를 전송하기 위해서 대역효율을 높이기 위한 변복조 기법과 오류정정 코드가 적용되고 있으나, 충격 잡음에 의해서 그 성능이 현저하게 열하된다. 일반적으로 충격잡음은 수신단에서 레벨 제한에 의해 그 영향 정도를 줄일 수 있다. 본 논문에서는 전력선 통신 시스템의 성능 향상을 위해 제안되고 있는 LDPC 부호화 OFDM 시스템에 대해 충격 잡음 수신 레벨 제한에 의한 성능 열하의 완화 정도에 대해 연구하였으며, 시뮬레이션을 통해 최적 성능을 위한 수신 레벨 제한 지표를 제시하였다.
다목적 공간 및 공연장은 공연 또는 강연을 위한 공간뿐만 아니라 상점, 식당 및 체육 공간 등 다양한 용도의 공간이 인접되고 있다. 다양한 공간이 인접할 경우 기존의 다목적 공연장에서는 발생하지 않았던 다양한 소음 진동 문제들이 발생한다. 본 연구는 강연 및 공연을 위한 다목적 공간 상부에 식당 및 체육 시설로 활용되는 공간이 배치되어 바닥충격음 문제가 발생할 가능성이 있었다. 바닥충격음의 강당으로의 전달을 차단하기 위하여 기본 구조체에 대한 바닥충격음 차단성능을 측정하여 적절한 저감 대책을 수립하였다. 저감대책으로는 상층부 철골 슬래브와 강당의 철골 구조의 구조적 분리, 유연한 마감재 적용, 슬래브로의 충격진동 차단을 위한 제진재 적용, 이중천장 구조 및 천장내부 흡음구조 형성 등의 종합적인 대책을 수립하였다. 이를 통해 경량충격음 및 중량충격음을 효율적으로 차단하였다. 또한 강당 공간은 강연 및 집회의 공간으로 활용될 수 있도록 하기 위하여 적절한 잔향시간 및 음성 명료도 확보가 필요하다. 플러터 에코, 과도한 잔향시간, 음의 사각지대 등을 최소화하기 위하여 측벽 형태 개선, 천장 반사판 형태를 개선하였다. 또한 측벽에서 진동 등의 영향으로 발생되는 떨림현상을 억제하기 위하여 측벽 내부를 흡음재로 충전하는 등의 대책을 수립하여 적용하였다.
플립칩과 같은 정밀한 전자부품을 일반적인 표면실장방법에 의해 고속으로 장착 시킬 경우에는 칩의 표면이 PCB 실장면에 닿는 순간 접촉력(Contact Force)이 크게 발생한다. 과도한 접촉력에 의해 솔더 볼의 표면에 크랙이 가거나 솔더 볼이 변형되어 좁은 피치 내에서 인접해 있는 솔더 볼이 서로 붙는다든지, 또한 리드가 손상된다든지 하는 등과 같은 현상이 발생하여 표면 실장 불량의 원인이 될 가능성이 높아진다. 또한, 유연한 재질로 구성된 PCB 실장면에 과도한 힘을 가할 시에는 실장면의 국부적인 탄성변형이 발생하여 칩의 장착위치가 변경되어 정확한 위치에의 장착이 어렵게 된다. 따라서 CSP 나 플립 칩과 같은 고정도 칩을 고속으로 정확한 위치에 실장하기 위해서는 칩을 장착할 때 플립칩과 실장면의 자세를 평형상태로 제어할 필요가 있으며, 특히 발생하는 충격을 감소시키기 위한 충격 제어와 충돌 후 일정한 접촉력 유지를 할 수 있는 힘 제어가 필수적임을 알 수 있다. 따라서 본 논문에서는 상기와 같은 자세제어 및 힘제어를 요구하는 플립 칩 장착을 위한 엑츄에이터와 거리/힘 센서 시스템을 개발하였다. 제안된 시스템의 효율성을 입증하기 위해 다양한 환경에서 성능시험을 수행하였으며, 그 결과 제안된 시스템의 만족할 만한 실험결과를 보여주었다.
높은 정지 비행 마하수를 갖는 로우터에 대해서 고속 충격 소음을 전산 유체역학파 Kirchhoff 공식의 결합으로서 해석하였고 그 해석 결과들이 실험값과 비교되었다. 첫째로, 고전적인 선형 Kirchhoff 공식이 제어면들의 위치와 지연시간의 방정식에 대해서 고려되었으며 이의 결과들은 기본적인 유동장의 물리적인 성질과 일치하는 것으로 나타났다. 제어면이 비선형 유동장의 바깥에 위치하였을 경우,선형 Kirchhoff 공식은 진폭과 파형이 실험 data와 잘 일치하는 것을 알 수 있었다. 또 제어면이 깃끝에 매우 가깝게 있을 경우 비선형 Kirchhoff 공식을 사용해서 좋은 결과들을 가져올 수 있었는데 즉 정확하게 음향학장(acoustic field)를 묘사할 수 잇는 것은 비선형 Kirchhoff 공식이라는 결론을 얻었다.
탄도 수정탄은 기존의 포탄에 조종 kit를 장착하여 목표를 정밀 타격할 수 있게 하는 무기 체계이다. 롤제어시스템은 조종 kit의 구성품으로 유도조종부와 탄체부 사이에 위치하며 포발사시 횡방향으로 5,000g 상당의 가속도 하중을 받게 된다. 따라서 내고충격 설계를 하는게 중요하다. 선진국에서는 탄도 수정탄의 개발과정에서 실사격 또는 포발사 회수 시스템을 이용하여 부품의 성능 및 강도를 평가하고 있으나 많은 시간과 비용이 든다는 단점이 있다. 따라서 본 연구에서는 CAE 해석적 방법으로 설계단계에서 롤제어시스템에 대한 충격 강도 평가를 할 수 있도록 해석 모델을 개발하였다. 충격 현상을 구현하기 위하여 Explicit code를 이용한 Dynamic 해석 기법을 적용하였고, 고변형률 물성 특성을 Johnson-Cook material model을 이용하여 구현하였다. 또한 베어링을 인너, 아우터 레이스, 리테이너, 볼 등으로 상세적으로 구현하여 충격시 베어링의 거동 특성이 분석될 수 있도록 하였다. 개발된 해석 모델은 가스건 충격시험을 통해 그 신뢰성이 있음을 검증하였다.
무인지능형로봇 시스템에 있어서 자세의 정확도를 향상시키기 위한 많은 연구가 이루어져 왔다. 시스템의 자세 제어는 사용되는 모터의 위치 제어로 대응된다. 이와 같은 시스템은 운용 시에 충격 진동이 발생하게 된다. 이러한 충격 진동 외란을 잘 제거해야 요구되는 위치 정도로 제어를 수행할 수 있다. 로봇 제어 분야에서 불확실한 로봇에 대한 자세 제어 분야는 가장 기본적이면서 중요한 분야중의 하나이다. 이러한 문제를 다루기 위하여 계산 토크 방식에 기초한 선형 제어 기법이나 적응 제어 기법, 강인 제어 기법 등을 이용한 연구 결과들이 발표되고 있다. 그러나 그러한 기법은 일반적으로 로봇의 정확한 동력학식을 알아야 하며, 구현하기 복잡하다. 따라서 본 논문에서는 적응 규칙에 의하여 모델의 불확실성, 시스템의 변화, 외란으로 인해 발생하는 공칭 플랜트와의 오차를 보상하도록 제어 입력을 생성하는 내부 루프 부분과 공칭 플랜트 모델의 명령을 추종하도록 하는 제어 입력을 생성하는 외부 루프 부분으로 구성되는 방법인 외란관측기(Disturbance OBserver : DOB) 제어 알고리즘을 제안한다. 또한 프로세서의 신뢰성과 수치 연산 및 알고리즘의 빠른 처리를 위해 현재 사용 빈도가 높은 TI사의 DSP시리즈 중에서 부동 소수점 연산 기능을 가지면서 모터 제어에 적합한 TMS320C2000계열의 TMS320F2812을 사용하여, 운용 시 발생되는 진동 둥에 대한 외란 제거를 목적으로 한다. 본 논문은 규명된 시스템 모델식을 바탕으로 DOB 제어 시뮬레이션을 수행하고 PMSM 모터모델 시뮬링크 블록을 구성하여 검증된 외란 관측기 제어 알고리즘을 검증한다. 시뮬레이션으로 검증된 DOB 모터 자세 제어 알고리즘을 DSP에 적용하기 위해 코드변환하고 모터 실험 시스템에 실제 적용함으로써 타당성을 검증하여 상용 제어기로 실제 현장에 적용 가능함을 입증한다.
본 연구에서는 능동소음제어(ANC) 기술을 층간소음 분야에 적용하기 위하여 40~500 Hz 대역의 중량충격음을 제어하기 위한 ANC 시스템을 구성하였다. ANC 시스템에는 Fx-LMS 알고리즘 기반의 적응형 필터를 활용한 피드포워드 방식의 제어기술을 도입하였다. ANC 시스템 설정을 위해 가상 시뮬레이션을 통해 ANC를 구성하는 변수 연구를 실시하였고, 이를 통해 최적 필터와 시스템 배치 방법을 정립하였다. 또한 본 연구에는 개발된 ANC 시스템을 한국건설생활시험연구원(KCL)의 층간소음 시험실에 설치한 후 표준시험방법에 따라 ANC 시스템 구동 전후 4 dB의 층간소음 저감효과를 확인하였다. 시험결과를 통해 본 연구에서 개발한 ANC 시스템이 중량충격음에 대한 등급 기준을 한 단계를 상향시킬 수 있는 수준의 효과가 있음을 확인하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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