본 논문에서는 Sub-nano 수준의 위치정밀도와 분해능을 갖는 Piezo actuator 의 제어기 설계를 목적으로 하였다. 이산 시간 상태 공간에서의 Piezo actuator를 이용한 1 축 스테이지 드라이브 시스템 SISO 제어기를 설계하였다. Piezo actuator 의 소재 자체의 특성으로는 Hysteresis 가 있으며, 이는 정상상태에서 Piezo actuator 의 위치 오차를 발생하는 주요 원인이 된다. 제어기의 설계는 극점 배치 방법을 기본으로 하여 Hysteresis 에 대한 보상을 목적으로 적분제어방식과 외란 추정기를 각각 적용하였다. 모의실험을 통하여 제어기의 설계 및 시뮬레이션 하였으며, Hysteresis 에 대한 보상이 이루어짐을 보았고, 실험을 통하여 이를 증명하였다.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.38
no.9
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pp.869-874
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2010
Recently, a piezo actuator based linear motor has been actively studied because of its higher power density, compactness and quick response. However, the characteristic of small displacement makes the application of a piezo actuator limitative. In order to overcome this limitation, some actuation mechanisms using a piezo actuator are designed by bi-metal composite or more than two piezo actuators. Therefore, it enables to generate large displacement and have high resolution. In the proposed piezo motor, we have designed a bi-directional linear motor that can be operated by only one piezo actuator. In addition, it is activated with low frequency of the applied voltage, since, we utilize first mode shape of structure of motion generator to vibrate. Finally, moving direction can be simply controlled by changing the ratio of input frequency to natural frequency of structure of motion generator.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.14
no.4
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pp.164-173
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2006
In the electro-hydraulic injector for the common rail Diesel fuel injection system, the injection nozzle is being opened and closed by movement of a injector's needle which is balanced by pressure at the nozzle seat and at the needle control chamber, at the opposite end of the needle. In this study, the piezo actuator was considered as a prime movers in high pressure Diesel injector. Namely a piezo-driven Diesel injector, as a new method driven by piezoelectric energy, has been applied with a purpose to develop the analysis model of the piezo actuator to predict the dynamics characteristics of the hydraulic component(injector) by using the AMESim code. Aimed at simulating the hydraulic behavior of the piezo-driven injector, the circuit model has been developed and verified by comparison with the experimental results. As this research results, we found that the input voltage exerted on piezo stack is the dominant factor which affects on the initial needle behavior of piezo-driven injector than the hydraulic force generated by the constant injection pressure. Also we know the piezo-driven injector has more degrees of freedom in controlling the injection rate with the high pressure than a solenoid-driven injector.
Scent diffuser using micro-pore piezo actuator achieved a commercial success because of its cheap production cost, but it is easy to be use for IT-based contents due to difficulty of scent intensity control. To solve this problem, we control the emission amount of scent diffuser by changing amplitude and frequency of input voltage applied to micro-pore piezo actuator. And, we analyzed the effect of density of cotton core on emission amount and a relationship between hole-size of mesh in piezo actuator and viscosity of scents to design a mechanically optimal scent device.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2000.11a
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pp.118-122
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2000
Recently, High accuracy and precision are required in various industrial field especially, semiconductor manufacturing apparatus, Ultra precision positioning apparatus, Information field and so on. Positioning technology is a very important one among them. For composition of this technology, the development of system with high speed and high resolution is needed. At start point and end position vibration must be repressed on this system for composition of position control. This vibration is arisen nose, is increased setting time, is reduced accuracy. Especially, repressed for the lead with high speed. The small actuator with high speed and high resolution is need to repression against this residual vibration. This actuator is, for example, piezo actuator, piezoelectric material that converting from electronic signal to mechanical force is adequate material, beacause of control of control to position and force. In this study, piezo electric material is used to actuator, ultra precision positioning apparatus with stage of hinge structure is designed, simulation is performed, control performance is tested by producing apparatus. For easy usage and stability in industrial field, we perform to simulation and to position control test by digital PID controller.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11a
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pp.371-375
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2001
The concept of a new linear motor that uses piezo-stack actuator is demonstrated. The working principle is far different from the conventional inchworm motor. This motor is based on the self-moving cell concept. The linear motor has three cells and each cell is constructed with one piezo-stack actuator and a shell structure. A cell train is constructed by connecting these cells and the cell train is fitted into a guide way with a proper interference. The cell train moves along the guide way, by activating each cell in succession. The moving motion of the motor is tested. Since this linear motor uses piezo-stack actuator with unified clamping cell, it can produce fast speed, high resolution and large push force.
The purpose of the present study is to develop lightweight and simple smart actuators in order to replace conventional hydraulic/pneumatic actuators, and to apply the developed actuators to the actuation systems of a small unmanned air vehicle. This research describes the procedures of design, manufacturing of the piezo-composite actuator, and the performance evaluation. From the test results of the developed devices, we found the possibility of piezo-composite actuator could be used as a control surface of a small UAV system. We have designed and manufactured two kinds of piezo-composite actuators, unimorph actuator and bimorph actuator. The manufactured actuators were evaluated through the performance testes. It was found that the bimorph type actuator showed more linear angle change for the same excitation voltage variation than unimorph type. It is expected that piezo-composite actuator has a possibility to be used not only as a control surface of small unmanned flying vehicle but also as a control surface actuator of a guided missile fin through the miniaturization of power supply and control system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.1
s.244
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pp.84-89
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2006
A wireless capsule endoscope has been developed to replace the conventional endoscope. However, the commercialized capsule endoscope moves passively by peristaltic waves, which has some limitations for doctors to diagnose more thoroughly and actively. In order to solve this problem, a locomotive mechanism is proposed for wireless capsule endoscopes. Based on the tests of various actuators, a piezo actuator is selected as a micro actuator for capsule endoscope. In general, piezo actuators are known to have limited displacement with high voltage supply. In order to overcome the limitation of common piezo actuator, the impact based piezo actuator, is developed to realize long stroke up 11mm. By using the impact based piezo actuator, a prototype of an earthworm-like locomotive mechanism was developed. In addition, the proposed locomotive mechanism has engraved clamps mimicked the claw of an insect. The earthworm-like locomotive mechanism has 15 mm in diameter and 30mm under retraction stage and 41 mm under elongation stage in total length. Hollow space is allocated to comprise essential endoscope components such as a camera, a communication module, bio sensors, and a battery. For the feasibility test of proposed locomotive mechanism, a series of experiments were carried out including in-vitro tests. Based on results of the experiments, we conclude that the proposed locomotive mechanism is effective to be used for micro capsule endoscopes.
Park, Jae-Hak;Jung, Jong-Chul;Huh, Kun-Soo;Chung, Chung-Choo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.3
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pp.472-477
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2003
A piezo-actuator is an important component for an E-beam lithography system. But it is very difficult to model its characteristics due to nonlinearities such as hysteresis and creep, to the input voltage. In this paper, one-axis micro stage with a piezo-actuator is modeled including the nonlinear properties. Hysteresis and creep are modeled as the first order differential equation and a time-dependent logarithmic function, respectively. The dynamic motion of the stage is also modeled as a mass-spring-damper system and the parameters are determined by utilizing the system identification technique. The simulation tool for a micro stage is constructed using the commercial software and its simulation results are compared with the experimental data.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2003.11a
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pp.649-654
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2003
This paper is focused on the research of the ultra precision linear motor by using piezo stack actuators. The development of linear motor which can be controlled nano or micro scale is necessary for the precision manufacturing. Self-moving-cell principle is used for the design of linear motor Self-moving-cell linear motor is consisted of three cell structures, and each cell has two shells and one piezo-stack actuator. Each cell can do clamping and moving by two shell structures. The shell structure deformation by piezo stack actuator can move the linear motor by losing the clamping between the shall and guideway. This paper presents the design, manufacturing and test of the motor.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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