[논문]다채널 제어알고리듬을 이용한 음향 가진된 밀폐계 평판의 능동진동제어

홍진석; 박수홍; 김흥섭; 오재응; 정진태

doi:10.22634/ksme-a.2000.24.6.1390

[국내논문] 다채널 제어알고리듬을 이용한 음향 가진된 밀폐계 평판의 능동진동제어
Active Vibration Control of Acoustically Loaded Flexible Plate Enclosure Using Multi-Channel Control Algorithm 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.24 no.6 = no.177, 2000년, pp.1390 - 1397

홍진석 (한양대학교) , 박수홍 (한양대학교) , 김흥섭 (한양대학교) , 오재응 , 정진태

Abstract ▼ AI-Helper

This paper presents the multi-channel active vibration control of a flexible plate of the acoustically loaded enclosure. The flexible plate was excited acoustically with sinusoidal and white noise input. The control was performed by two piezo ceramic actuators and two accelerometers. The experimental results were compared with the single channel control results. In the case of white noise input, 20 dB of vibration reduction was achieved below 300Hz frequency range. The experimental results demonstrate that multi-channel filtered-x LMS algorithm is effective than single-channel filtered-x LMS algorithm in active vibration control of plate.

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제안 방법

본 연구에서는 실험적으로 유연한 구조물의 진동 제어기로 분포제어기인 PZT를 사용하고 다채 널 filtered-x LMS 알고리듬과 고속의 신호처리 보드를 이용하여 백색 잡음 음향 외란 입력을 받는 유연한 평판의 진동을 실시간으로 제어할 수 있는 능동 제어 시스템을 구성하였다. 복잡한 진동 형을 갖는 평판의 전역적인 진동 저감을 위해서 1개의 센서, 가진기를 사용하는 단일채널 제어알고리듬과 다수의 센서, 가진기를 갖는 다채널 제어알고리듬을 이용한 비교실험을 수행하였다.
본 연구에서는 실험적으로 유연한 구조물의 진동 제어기로 분포제어기인 PZT를 사용하고 다채 널 filtered-x LMS 알고리듬과 고속의 신호처리 보드를 이용하여 백색 잡음 음향 외란 입력을 받는 유연한 평판의 진동을 실시간으로 제어할 수 있는 능동 제어 시스템을 구성하였다. 복잡한 진동 형을 갖는 평판의 전역적인 진동 저감을 위해서 1개의 센서, 가진기를 사용하는 단일채널 제어알고리듬과 다수의 센서, 가진기를 갖는 다채널 제어알고리듬을 이용한 비교실험을 수행하였다. 또한 최적의 제어 효과를 얻기 위하여 압전 가진기 의 제어감도를 구하여 압전 가진기의 최적 위치도 구하였다.
복잡한 진동 형을 갖는 평판의 전역적인 진동 저감을 위해서 1개의 센서, 가진기를 사용하는 단일채널 제어알고리듬과 다수의 센서, 가진기를 갖는 다채널 제어알고리듬을 이용한 비교실험을 수행하였다. 또한 최적의 제어 효과를 얻기 위하여 압전 가진기 의 제어감도를 구하여 압전 가진기의 최적 위치도 구하였다. 실험은 밀폐계에 평판의 고유진동 수에 해당하는 정현파 신호와 백색잡음으로 음향 가진하여 평판을 가진하고 평판 위에 PZT 가진 기를 부착하여 제어력을 발생시켰다.
또한 최적의 제어 효과를 얻기 위하여 압전 가진기 의 제어감도를 구하여 압전 가진기의 최적 위치도 구하였다. 실험은 밀폐계에 평판의 고유진동 수에 해당하는 정현파 신호와 백색잡음으로 음향 가진하여 평판을 가진하고 평판 위에 PZT 가진 기를 부착하여 제어력을 발생시켰다. 그리고 평판 위에 가속도계를 부착하여 오차센서로 사용했 다.
실험에 사용된 평판과 PZT 및 밀폐계의 제원을 Table 1에 나타내었다. 밀폐계의 음향가진을 위해 신호 발생기 (sine/noise generator, B&K Type 1054)에서 정현파 및 백색잡음을 발생시킨 후 신호 증폭기 (power amplifier, B&K Type 2706)에서 증폭하여 스피커로 입력하였다. 그리고 진동제어력을을 발생하는 압전 가진기 부착 위치와 오차신호를 검줄하는 가속도계 (accelerometer, B&K Type 4374)의 부착위치를 Fig.
밀폐계 평판의 진동제어를 위하여 백색잡음 음향가진 했을 때 오차센서 1, 2번에 대하여 각각 제어 전, 단일채널제어(가진기 1, 가진기 2) 후, 다채널 제어 후의 오차 센서 신호를 비교하여 보았다.
이상과 같이 정현파 및 백색 잡음의 외란 입력을 받는 밀폐계 평판에 압전 세라믹과 다채널 filtered-x LMS 알고리듬을 이용하여 실시간 능동 진동 제어를 수행한 결과 다음의 결론을 얻을 수 있었다.

성능/효과

그리고 평판 위에 가속도계를 부착하여 오차센서로 사용했 다. 동일한 조건에서 단일, 다채널 제어알고리듬을 이용하여 오차센서 위치에서의 진동의 저감량을 비교하여 다채널 제어알고리듬의 적용 타당성 을 보였다
제어는 TMS 320c 30 DSP Board가 장착된 IBM 호환 PC를 이용하여 수행하였다. 밀폐계 평판의 모델링에 사용된 유한 임펄스응답 (FIR : finite impulse response) 계수는 150차이고 샘플링 주파수는 1 kHz인 상태에서 적절한 모델링을 수행할 수 있었다. 제어 알고리듬은 어셈블리 언어로 작성됐고 다운로드 프로그램은 C 언어로 작성됐다.
식 (1) 에 의한 각 가진주파수별 제어 전후의 목 적함수값을 Table 3에 나타내었다. 이 결과로부터 저차 모드인 80, 92 Hz에서는 단일채널 및 다채널제어 모두 제어효과가 좋은 것으로 나타났으며 고차 모드인 112, 135Hz에서는 단일 채널 제어에서 는 제어효과가 작으나 다채널제어에서는 좋은 제어효과를 보인다.
둘째, 정현파 음향가진의 제어 결과로 단순한 진동형을 갖는 고유진동수 80, 92 Hz에서는 단일 채널제어 및 다채널제어 모두 좋은 제어 성능을 나타내지만, 복잡한 진동형을 갖는 112, 135 Hz에 서는 단일채널제어에서는 좋지 않거나 오히려 진동레벨이 증가한 경우도 있다. 그러나 다채널제 어에서는 진동형과 무관하게 대부분의 고유진동 주파수에서 20 ~ 50 dB의 진동저감이 있었다.
셋째, 백색잡음 음향가진에서는 단일채널 제어시 오차센서 2에서는 거의 모든 주파수 대역에서 제어가 이루어지지 않았으나 다채널 제어의 경우 전주파수 영역에서 10 dB이상의 진동저감이 있었다. 이것은 복잡한 진동형을 가지는 평판과 같은 구조물의 진동저감을 위해서 다채널 제어기의 가진기와 센서가 상호 보완적인 작용을 수행하기 때문이다.

참고문헌 (12)

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박수홍, 1998, '다채널 능동제어기법에 의한 밀폐계 평판의 외부방사소음 저감,' 한양대학교 박사학위 논문

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