압전 액추에이터(Piezoelectric actuator)는 빠른 응답 특성, 넓은 대역폭, 우수한 반복 정밀도, 그리고 높은 분해능의 특성으로 인하여 다양한 산업분야에서 폭넓게 사용되고 있다. 하지만, 압전 액추에이터에는 히스테리시스 효과(Hysteresis effect)가 발생되는 단점이 있으며, 이는 시스템의 성능을 저하시키는 주요한 원인으로 알려져 있다. Generalized Prandtl-Ishlinskii(GPI) model을 이용한 기존 연구에서는 히스테리시스 효과를 제거하기 위하여 히스테리시스를 수리적으로 모델링하고, 그 결과로부터 역 히스테리시스를 도출하였다. 하지만 모델링된 변수 값에 따라서는 역 히스테리시스 루프를 형성하지 못하는 치명적 문제점이 발생된다. 따라서 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 Inverse Generalized Prandtl-Ishlinskii(IGPI) model을 이용하여 역 히스테리시스를 직접 모델링하는 방법을 제안하였다. 또한 모델링 정밀도는 다양한 입력신호를 이용한 실험 결과를 기반으로 검증하였다.
압전 구동기는 여러 가지 적용에 있어서 높은 응답 속도와 큰 힘, 작은 크기 둥의 장점을 가지고 미세 구동에서 독보적인 위치를 차지하고 있다. 하지만, 히스테리시스, 크? 등의 압전 소자 자체의 비선형성과 이의 구동을 위한 증폭기 등의 한계로 압전 소자의 동적인 특성은 비교적 열악한 것으로 알려져 있다. 특히, 구동 속도가 빨라질 수록 히스테리시스 곡선의 모양이 달라게 되어 구동 궤적의 정확한 예측이 어려우며, 증폭기의 최대 발생 전류가 충분치 않을 경우 압전 구동기가 지령치를 따르지 못하게 된다.(중략)
본 논문에서는 무선 네트워크 환경에서 히스테리시스 특성을 이용한 이동 노드의 네트워크 가입 방법을 제안한다. 제안된 방법은 정적 히스테리시스 특성을 이용하여 이동 노드가 네트워크 전송 경계점에 위치했을 때 빈번히 가입과 탈퇴를 하게 되는 문제점을 해결한다. 그에 따라, 네트워크 가입 요청에 따른 주변 노드들의 응답 패킷을 줄여 에너지 소비를 효율적으로 관리 할 수 있다. 하지만 정적 히스테리시스 방법은 네트워크의 가입률을 감소시키게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 동적 히스테리시스 방법을 적용하여 가입률을 향상시킨다. 제안된 방법의 효용성을 증명하기 위해서 히스테리시스 모델들을 적용한 네트워크 가입 방법을 구현하여 이동 노드의 경로에 따라 효율적으로 네트워크 가입됨을 보였다.
본 논문에서는 전류 제이형 PWM 인버어터를 위한 새로운 전류 제어기법을 제안하였다. 종래 히스테리시스 제어기법은 우수한 과도 응답 특징을 갖지만 랜덤한 스위칭 패턴 때문에 저촉영역에서 스위칭 주파수가 높아지게 된다. 제안된 새로운 전류제어기는 3단계 히스테리시스 비교기의 출력에 따라 스위칭 EPROM 테이블을 통해 알맞은 인버어터 출력전압 벡터를 선택하는 제어기법이다. 시뮬레이션과 실험을 통해 종래 히스테리시스 전류 제어기와 비교 검토하였다.
본 논문은 신경회로망을 사용하여 PWM인버터의 스위칭주파수를 일정하게 유지시키기 위한 적응 히스테리시스 밴드 전류제어 방식을 제안하였다. 신경회로망의 지도신호로 중성점전압을 고려한 적응 히스테리시스 밴드 식을 유도하고, 이 전류제어에 적합한 신경회로망의 구조 및 학습 알고리즘을 제시하였다. 시뮬레이션을 통하여 전동기의 동작 상태에 관계없이 스위칭 주파수를 거의 일정하게 유지되며, 전류의 과도응답 특성의 우수함을 확인하였다.
배전급 STATCOM(Distribution-network STATic synchronous COMpensator)에 적용 가능한 공간 벡터 변조 (Space Vector Modulation, SVM) 기법을 이용한 히스테리시스 전류제어기를 제안하였다. 히스테리시스 전류제어기는 빠른 응답 특성, 쉬운 구현, 파라미터 변화에 대한 둔감성 등 많은 장점에도 불구하고 높은 스위칭 주파수와 제한되지 않는 전류 오차 때문에 스위칭 주파수에 영향을 받는 배전급 STATCOM 전류제어기로는 적합하지 않았다. 또한 전압 벡터의 인가방식에서도 뚜렷한 근거가 없어 전류오차가 제한되지 않았다. 이에 본 논문에서는 구역판별기, SVM, 그리고 외부와 내부 히스테리시스 제어기를 이용하여 높은 스위칭 주파수를 저감하고 특정 밴드 내에서 전류 오차를 줄인 개선된 SVM 기반의 히스테리시스 전류제어기를 제안하고 모의실험을 통해 제안한 기법의 유효성을 입증하였다.
SRM(Switched Reluctance Motor)의 토크는 인덕턴스의 기울기에 비례하여 발생하기 때문에 비선형 토크 특성을 가지며 토크 맥동이 크고 소음이 심한 단점을 가지고 있다. 특히 SRM의 상용화에 가장 큰 장해 요인으로 작용하고 있는 것은 회전축에서 발생하는 맥동 토크로 이에 의해 기기자체는 물론이고 주변장치에까지 여러 가지 악영향을 미친다. 따라서 맥동 토크를 저감시키는 방법으로 다양한 방안이 국내외 연구자들에 의하여 발표되었고 히스테리시스 제어기의 경우 초핑 제어에 비해 평활한 전류를 흘려줄 수 있다는 장점이 있다는 연구결과가 있다. 그러나 히스테리시스 밴드를 결정함에 있어서 밴드가 너무 작을 경우 많은 스위칭으로 인한 스위칭 손실과 엔코더의 사용 시 불안정한 초기 기동을 야기할 수 있는 둥의 단점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 속도오차에 따른 히스테리시스 밴드의 변화를 통하여 보다 안정적이고 빠른 속도응답을 가지면서 정상상태에서 토크 리플을 줄일 수 있는 가변 히스테리시스 제어기에 대하여 연구하였다.
본 논문에서는 스위치드 릴럭턴스 전동기 (SRM)의 히스테리시스 및 PI 전류제어기법의 응답특성에 관해 고찰하였다. SRM의 전류제어를 위해 가장 널리 적용되는 히스테리시스 제어기법은 전류응답특성이 빠르다는 장점이 있으나, 스위칭 주파수의 가변으로 인한 소음이 단점으로 알려져 있다. SRM의 전류제어를 위해 적용되는 다른 전류 제어기법으로는 PI 전류제어기법이 있으나, 비선형적인 특성으로 인해 일반적인 전동기 제어시스템과 같이 몇몇 고정된 변수들로 제어기를 설계하기가 용이하지 않다. 본 논문에서는 제한된 범위 내에서 전동기가 구동된다는 가정하에 선형화를 통한 PI 전류제어기를 설계하였다. 1마력 SRM을 적용하여 전류제어 및 속도제어 실험을 수행하였으며, 실험을 통해 얻어진 데이터는 적용 용도에 적합한 전류제어기법 선정을 위한 참고자료가 될 것으로 사료된다.
본 논문에서는 자기변형재료를 이용한 미세 구동기의 개발과 실시간 제어 알고리즘에 관한 내용을 다룬다. 자기변형재료는 빠른 응답속도, 미세변위동작, 높은 에너지 효율 등의 장점을 가지고 있어 미세 구동기의 재료로 적합하지만 히스테리시스 특성도 함께 갖고 있어 제어에 많은 어려움이 따른다. 본 논문에서는 자기변형재료의 히스테리시스를 제어하기위해 Preisach model을 바탕으로 구동기를 모델링 하였다. 기존의 Preisach 모델은 실험적 데이터를 바탕으로 하기 때문에 정밀한 제어를 하기 위해서는 많은 양의 데이터가 필요하고 결과적으로는 처리해야할 데이터의 양이 많아져 연산하는데 많은 시간이 걸리는 문제가 있다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위하여 기존의 Preisach 모델의 데이터를 선행 처리하여 일정구간 구동기의 움직임을 저장해 놓은 확장된 Preisach 모델을 제안하였다. 본 논문에서는 Tefenol-D라는 자기변형재료를 사용하여 미세구동기를 제작하고 제어 실험을 통하여 제안된 모델의 우수성을 증명하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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