새로운 개념의 인공위성 자세제어 작동기에 대한 타당성 연구를 수행하였다. 구체구동기는 단일장치로써 위성의 3축 자세제어가 가능한 구동기이며, 구체 플라이휠과 자기부상 및 회전구동을 위한 전자석으로 구성된다. 구체구동기에 대한 수학적 모델링 및 설계를 통하여 시제품을 제작하였으며, 자기부상이 적용된 조건에서 1축에 대한 구동성능 시험을 수행하였다. 구동성능은 최대속도 7,200rpm 그리고 최대토크 0.7Nm로 측정되었으며, 속도-토크 특성곡선을 이용한 개루프 속도제어를 통하여 우수한 가속 및 감속 속도제어 결과를 확인하였다. 본 구체구동기는 속도 및 토크 제어를 위한 추가적인 연구를 통하여 성능이 개선될 예정이다.
A magnetic levitation system requires a robustness to overcome a dynamic instability due to disturbances. In this paper a robust controller for a magnetically levitated fine manipulator is presented. The proposed controller consists of following two parts: a model reference controller and an $H_{\infty}$ controller. First, the model reference control stabilizes the motion of the manipulator. Then, the motion of the manipulator follows that of the reference model. Second, the $H_{\infty}$ control minimizes errors generated from the model reference control due to noise and disturbance since the $H_{\infty}$ control is a kind of robust control. The experiments of position control and tracking control are carried out by use of the proposed controller under the conditions of free disturbances and forced disturbances. Also, the experiments using PID controller are carried out under the same conditions. The results from above two controllers are compared to investigate the control performances. As the results, it is observed that the proposed controller has similar position accuracy but better tracking performances comparing to the PID controller as well as good disturbance rejection effect due to the robust characteristics of the controller. In conclusion. it is verified that the proposed controller has the simple control structure, the good tracking performances and good disturbance rejection effect due to the robust characteristics of the controller.
In this paper, a low loss magnetic levitation(Maglev) system is suggested and tested. The suggested Maglev system includes four hybrid magnets which consist of permanent magnet and coil. In the steady state, the levitated module system can be supported by attraction force generated by permanent magnet. The coil current controls only dynamic loads due to external disturbances. The module systems are designed by using finite element method(FEM) software tools such as MAXWELL and ANSYS. Also, digital control systems are designed to keep the magnet airgap at a constant value. The control systems include a VME(versa module europa)-based CPU(central processing unit) board, AD(analog to digital) board, PWM(pulse width modulation) board, 4-quadrant chopper, and sensors. In order to estimate the vertical velocity of the magnet, we use second order state observer with acceleration and gap signals as input and output signals, respectively. The characteristics of the suggested low loss Maglev system are demonstrated by experimental results showing coil current of 0A in the steady state of 3m airgap and performance specifications are satisfied for reference gap and force disturbance.
자기부상열차는 초기부상에서 정상상태에 이르는 짧은 시간동안 전류변화가 매우 큰 단점이 있다. 본 연구에서는 이를 안정적으로 제어하기 위해서 다중루프제어를 적용하였다. 제어기가 포함된 전체시스템에 상태방정식의 특성방정식을 구하여 원하는 특성의 제어이득을 쉽게 구할 수 있도록, Bessel function 원형모델을 도입하여 극점을 설정하였다. 설정된 극점을 바탕으로 제어기를 구성하고, 시스템의 특성방정식을 구하여 계수비교 함으로써, 시스템의 안정된 제어 특성을 확인하였다.
In this paper, a parallel fuzzy controller for one degree of freedom magnetic levitation is designed and its performance is compared with the performance of a PID controller. Input, output scaling factor of fuzzy controller and gain of PID controller were tuned using the GA algorithm. The designed controllers are validated by numerical simulations. So it's shown that parallel fuzzy controller can give the better performance for the plant than PID controller.
Conventional magnetic levitation systems could show unsatisfactory performance under air-gap disturbance due to rail irregularities. In this paper, we propose a feedback control system with discrete Kalman filter for air-gap disturbance attenuation. It is shown that excellent system performance can be obtained with the use of discrete Kalman filter, and that results from experiments agree well with those of simulations.
This paper presents a clean lifter design using a magnetic levitation system. Electromagnets are used as a levitation magnet attached to the clean lifter. The lateral forces are generated by the magnets so that non-contacting bearings are implemented. The clean lifter design specifications are suggested and the overall system is described.
제어로봇시스템학회 1993년도 한국자동제어학술회의논문집(국제학술편); Seoul National University, Seoul; 20-22 Oct. 1993
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pp.339-344
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1993
An H$_{\infty}$ control system design for a magnetic levitation system is presented. In the control system design, we consider the influence of both disturbances and uncertainties in the model. The main disturbances stem from the position sensors.The uncertainties are divided into electromagnetic and mechanical ones: the former are due to the gain change in the current amplifier, the influence of leakage flux and modelling error in the magnetic circuit and the latter are due to the changes of the mass and the moments of inertia of the vehicle. Therefore, the designed controller is indispensable to guarantee the robustness of this system for both stability and performance. The controller design is based on the standard H$_{\infty}$ optimal control problem. As the novel features in this paper :(1) there are two poles on j.omega.-axis in the control model;(2) an integrator is included in the controller so that equivalently there are three poles on j.omega.-axis in the model. Finally, several experiments and simulations are carried out to verify the high performance and robustness of the designed control system.m.
In recent year, desire and request fer micro automation are growing rapidly covering the whole range of the industry. This has been caused mainly by request of more accurate manufacturing process due to a higher density of integrated circuits in semiconductor industry. This paper presents a six d.o.f fine motion stage using magnetic levitation technique, which is one of actuating techniques that have the potential for achieving such a micro motion. There is no limit in motion resolution theoretically that the magnetically levitated part over a fixed stator can realize. In addition, it Is possible to manipulate the position and the force of the moving part at the same time. Then, the magnetic levitation technique is chosen into the actuating method. However, we discuss issues of design, kinematics, dynamics, and control of the proposed system. And a few experimental results fur step input are given.
In this paper, a suspension control of a magnetic levitation(MagLev) system with flexible rail is designed and presented. The numerical modelling for the electromagnetic system to be controlled as a target plant is carried out. And dome kinds of the hardware system including CPU board, AD board, DA board, sensors, and switching power amplifier are described. Using the derived model, the stabilizing controllers, such as PID and $H_{\infty}$ controller, for the MagLev system are designed using the MATLAB toolbox. The designed controllers are validated by some experimental results as well as numerical simulations. So it is shown that $H_{\infty}$ controller can give the better performance for the plant with flexible modes than PID controller.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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