Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제38권1호
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pp.39-47
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2014
본 연구에서는, 자동으로 조작되는 밸브의 제어기로 사용되는 유압모션 제어기의 한계점인 설정치 추종성능과 외란 억제성능을 개선하기 위한 방법으로 기존의 PID 제어기에 피드-포워드 제어기를 추가한 2자유도(DOF) PID 제어기를 이용하였다. 이 제어기의 제어인자(Parameter)를 최적화시키는 도구로 실수코딩 유전알고리즘(Real Coded Genetic Algorithm, RCGA)을 이용하고 시뮬레이션을 통해 제어기의 성능을 검증하였다.
탄성 선형 경화 재료로 구성된 복합 구조물의 자유 경계면에서 나타나는 응력 특이도를 평면 변형률 상태에서 계산하였다. 자유 표면력 경계조건과 계면 연속조건을 만족해야하는 지배 탄성 방정식은 2점 경계치문제로 정의되며, 일반 고유치 문제의 해인 고유치가 응력 특이도가 될 것이다. 자유경계면 근처에서 응력 성분을 r/sup s-1/에 비례한다고 가정하여 특정한 s(고유치)를 구하는 고유치 문제를 뉴톤향상법과 사격법을 사용하여 수치적으로 해를 구하였다.
본 연구의 목적은 평판의 모서리 둔각이 135도까지를 갖는 재료적 비선형 경사평판을 해석하기 위해 C°-계층적 평판요소를 개발하는 것이다. 기하학적 변환을 통해 경사진 경계조건은 직각좌표계의 좌표변환을 이용하여 해결할 수 있다. 여기서, 경사경계는 경사진 변 전체 또는 경사교량의 교좌위치와 관련된 몇 개의 선택지점만을 고려할 수 있게 하였다. 이 목적을 위해 경사교량의 교좌장치의 이동방향을 설명할 수 있도록 1차 전단변형을 갖는 Reissner/Mindlin 평판이론에 기초를 둔 5-자유도 경사평판요소가 정식화되었다. 한편, 평판의 극한내하력을 추정하기 위해 von-Mises 항복기준에 기초를 둔 소성유동법칙을 갖는 증분소성이론이 채택되었다. 또한, ADINA 소프트웨어에 의한 h-version 모델과 제안된 p-version 모델을 사용하여 경사각, 경계조건과 하중의 변화에 따른 영향을 조사하였다. 해석결과는 이론값과 문헌에 보고된 수치해석값과 비교되었다. 자유도 수에 따른 정확도를 비교기준으로 한다면, 본 연구에서 제안된 해석모델은 지금까지 개발된 가장 효율적 도구의 하나라고 할 수 있다.
강착장치에 의한 지면반력은 착륙과 이륙시 지면과의 상호작용을 나타내며 고도를 감지하여 지면에 접촉하였을 때 지면의 반력을 헬리콥터에 전달해주는 역할을 한다. 비행시뮬레이션에 있어서 강착장치는 비행 중 비행특성에 미치는 영향이 없기 때문에 비행특성 분석용 또는 비행제어용 비행시뮬레이션 프로그램에서는 강착장치를 생략하여 시뮬레이션 하는 경우가 많다. 하지만 훈련의 목적으로 사용하는 경우 착륙과 이륙은 큰 비중을 차지하며 무인기의 함상 착륙과 같은 시뮬레이션에서는 필수적인 요소로 대두되고 있다. 본 논문에서 강착장치는 1자유도의 mass, spring, damper의 간단한 진동시스템을 택하였고, 강착장치의 접촉점인 지면은 고도 0인 평탄한 지면으로 가정하였다. 추후 지면을 6자유도를 가지는 움직이는 평면으로 쉽게 대체할 수 있도록 벡터형식으로 된 모델을 선택하였다.
본 논문에서는 우선 밸브 기구의 동적 특성을 보다 정교하게 묘사하기 위해서 4 자유도 집중 질량 모델을 세우고 시뮬레이션 결과와 실험 결과를 비교하여 실험을 더 잘 묘사할 수 있도록 모델을 개선하였다. 그리고 수립된 모델을 사용하여 밸브 변위, 속도, 가속도 특성 및 밸브 기구의 작동 오차를 정의하였다. 이 평균 자승 오차를 최소함으로써 중어진 캠 변위는 크게 변화시키지 않으면서 가속도 및 속도를 최소화한 캠을 설계하였다.
본 연구에서는 회전대우(revolute joint)들로 이루어진 1자유도 평면기구들의 특성을 파악하고 그래이프이론(graph theory)을 이용하여 기구의 형태를 행렬로 표시 하여 체이터베이스에 저장하였다. 또한 기구의 특성중의 하나인 작업조건(function specification)에 따른 무오차점(precision point)의 최대 개수를 알아내는 프로그램 을 개발하여 이로써 얻은 정보를 또 다른 데이타베이스에 저장하였다. 이와같이 구축 된 데이터베이스들로부터 설계자의 요구에 적합한 기구를 선택하여 형태합성 문제를 해결하였다.
무선충전은 전선 없이 전자기기를 충전할 수 있다는 사용자의 편의적인 측면에 장점이 커 활발히 연구개발되고 널리 보급되었다. 하지만 무선충전패드에서 수신기의 중심이 어긋날 경우에 충전이 되지 않아 수신기의 중심을 잘 맞춰야 한다는 점은 사용자의 편의성이라는 무선충전의 효용성을 크게 저감시킨다. 본 논문은 이러한 무선충전의 한계를 극복하고자 수신기의 위치 자유도를 향상시키기 위한 코일 설계를 진행하였다. Tx 코일이 Rx 코일과 사이즈가 비슷할 때보다 외경 크기가 클 때 중심에서 효율은 다소 저하되었지만, 중심이 어긋날 경우의 효율이 개선되어 Rx 코일의 위치 자유도가 향상됨을 알 수 있었다. 이 때, Tx 코일에 내측 코일이 추가로 구성된 이중코일 구조를 제안하여 효율을 추가적으로 향상시킬 수 있었다. 자유도 개선 결과를 시뮬레이션과 측정을 통해 효율을 확인하였고, 경향성이 일치함을 볼 수 있었다. 측정 결과, 105~210 kHz 동작 주파수에서 송수신 코일의 전송거리 3 mm, 오정렬 15 mm일 때, 수신 코일에 전류가 1A 흐를 때 기준으로 기존 Tx 코일의 전송 효율은 37 %, 외경 크기를 키운 코일의 효율은 45 %, 내측 코일을 추가한 이중 코일은 47 %로 효율이 향상되었다.
본 연구에서는 자유학기제 과학과 평가를 실행하면서 과학 교사들이 겪은 어려움과 이에 대한 해결 방안을 알아보았다. 본 연구는 자유학기제 과학과 수업 및 평가 경험이 있는 과학 교사 15명을 편의 표집하여 설문과 개인 면담을 실시하였다. 본 연구 참여 과학 교사들은 평가 주체 영역에서의 어려움으로 학생 자기평가 학생 동료평가시 정확한 평가 불가능을 가장 많이 언급하였고 이를 해결하기 위한 방안으로 구체적인 평가 항목 제시, 학생의 평가 능력 향상을 위한 연습 기회 제공 등을 제시하였다. 또한, 평가 내용 영역에서 객관적인 평가 기준 부족으로 인한 정의적 영역 평가 어려움을 해결하기 위하여 평가 실시 전 학생에게 평가 기준 제시, 교사 간 협의를 통한 기준 선정 등을 제시하였다. 평가 방법 영역의 수행 평가시 어려움으로 관련 자료 및 평가 도구 개발 보급 미흡을 가장 많이 선택하였다. 평가 결과 영역 중 피드백을 제공하는 과정에서의 어려움으로 많은 수의 학생에게 피드백을 해야 하는 부담을 가장 많은 교사들이 선택하였고, 교사 1인당 학생 수 감소 또는 교사의 수업 시수 감소 등의 해결 방안이 제시되었다. 평가 결과 서술식 기재의 어려움으로 가장 많은 교사들이 언급한 학생의 특성 파악의 어려움을 해결하기 위하여 교사 1인당 학생 수 감소와 행정 업무 경감 등의 해결 방안이 제시되었다. 자유학기제 과학과 평가를 위한 교과 협의회에서는 과정 중심 평가에 대한 동료 교사의 이해 부족과 소극적 태도로 인한 어려움이 언급되었는데 꾸준한 토론과 평가에 대한 교사의 인식 개선이 해결 방안으로 제시되었으며 자유학기제 과학과 평가를 위한 연수 관련 어려움으로 학생 수 과다 및 시간 부족으로 연수 내용의 현장 적용의 어려움이 언급되었다. 자유학기제 과학과 평가에서 겪는 어려움을 해결하기 위한 교사 스스로의 노력뿐 아니라 제도적 지원이 함께 이루어졌을 때 자유학기제 과학과 평가의 성공적 운영을 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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