[논문]전자비례감압밸브를 이용한 가변용량형 유압펌프의 다기능 제어

정동수; 김형의; 강이석

전자비례감압밸브를 이용한 가변용량형 유압펌프의 다기능 제어
Multi-function Control of Hydraulic Variable Displacement Pump with EPPR Valve 원문보기

한국자동차공학회논문집 = Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers, v.14 no.6, 2006년, pp.160 - 170

정동수 (한국기계연구원 유공압팀) , 김형의 (한국기계연구원 유공압팀) , 강이석 (충남대학교 기계설계공학과)

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If hydraulic pump controlled by mechanical type regulator has more than one control function, the construction of regulator will be very complicated and control performance falls drastically. It is difficult to have more than one control function for hydraulic pump controlled by electronic type hydraulic valve due to the inconsistency of controllers. This paper proposes a multi-function control technique which controls continuously flow, pressure and power by using EPPR(Electronic Proportional Pressure Reducing) valve in swash plate type axial piston pump. Nonlinear mathematical model is developed from the continuity equation for the pressurized control volume and the torque balance for the swash plate motion. To simplify the model we make the linear state equation by differentiating the nonlinear model. A reaction spring is installed in servo cylinder to secure the stability of the control system. We analyze the stability and disturbance by using the state variable model. Finally, we review the control performances of flow, pressure and power by tests using PID controller.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 러 한 문제 점 들을 해 결하기 위 하여 본 논문에 서는 비교적 가격이 저렴하고 환경에 둔감한 전자 비례 감압밸브(EPPR valve)를 이용하여 유량, 압력, 그리고 동력을 연속적으로 제어할 수 있는 다기능 제어 기술을 제안한다. 가압체적 에 대한 연속방정 식 과사판운동에 대한 토크평 형 (torque balance)으로부터유도된 비선형 수학적 모델¹⁰⁾을 최대 경사각에서 1 차 미 분하여 선 형 화된 상태모델을 구하고 이 로부터제어시스템의 안정성과 외란의 영향을 분석한다.
전자서보밸브에 비하여 열악한 작업환경에 적응력이 우수하고 가격이 저렴한EPPR 밸브를 이용하여 다기능 제어기능을 갖는 유압펌프에 대한 연구를 수행하였다. 가압체적 에 대한 연속방정식 과 사판운동에 대한 토크 평형식으로부터 유압펌프의 선형 화된 수학적 상태 변수모델을 유도하였으며 이로부터 제어시스템의 안정성과 외란의 영향을 분석하였다.

제안 방법

Schoenau 등^3,4)은 피스톤의 평균토크를 이용한 펌프의 운동학적인 모델링을 연구하여 작동조건에 따라 유압펌프의 동적거동 (dynamic behavior)을 연구하였다. G. Zeiger'는 밸브 판에서 그루브의 형상과 타이밍각도(timing angle) 의 변화에 대한 연구를 수행하여 피스톤이 사 판에 미치는 토크를 선형적으로 모델링하였다. A.
N. D. ManringD은 밸브판의 그루브(groove) 영 역에서 발생되는 피스톤들의 과도압력(transient pre- ssure)을 이론적으로 해석하였고 실험을 통하여 이를 확인하였다. S.
기술을 제안한다. 가압체적 에 대한 연속방정 식 과사판운동에 대한 토크평 형 (torque balance)으로부터유도된 비선형 수학적 모델¹⁰⁾을 최대 경사각에서 1 차 미 분하여 선 형 화된 상태모델을 구하고 이 로부터제어시스템의 안정성과 외란의 영향을 분석한다. 서 보실린더 에 반력 스프링(reaction spring)을 설치 하여 제어시스템의 안정성을 확보하고 PID 제어기를 이용한 실험을 통하여 유량, 압력, 그리고 동력의 제어 성 능을 검토한다.
수행하였다. 가압체적 에 대한 연속방정식 과 사판운동에 대한 토크 평형식으로부터 유압펌프의 선형 화된 수학적 상태 변수모델을 유도하였으며 이로부터 제어시스템의 안정성과 외란의 영향을 분석하였다. 결과로서 서보실린더 에 반력스프링을 추가하여 고속회전에서도 안정된 제어를 가능하게 하였다.
결과로서 서보실린더 에 반력스프링을 추가하여 고속회전에서도 안정된 제어를 가능하게 하였다. 개루프 전달함수의 극점들을 조사하여 유량제어에서는 PID 제어기가 그리고 압력제어에서는 PI 제어기가 적합함을 제시하였으며 계단입력에 대한 과도 응답 특성(오버슈트, 정착시간, 상승시간)을 분석하여 제어기의 게인들을 선정하였다. 그리고 스위 치 모드를 이용하여 유량, 압력, 그리고 동력을 연속적으로 제어할 수 있는 다기능 제어기술을 제안하였다.
개루프 전달함수의 극점들을 조사하여 유량제어에서는 PID 제어기가 그리고 압력제어에서는 PI 제어기가 적합함을 제시하였으며 계단입력에 대한 과도 응답 특성(오버슈트, 정착시간, 상승시간)을 분석하여 제어기의 게인들을 선정하였다. 그리고 스위 치 모드를 이용하여 유량, 압력, 그리고 동력을 연속적으로 제어할 수 있는 다기능 제어기술을 제안하였다.
가압체적 에 대한 연속방정 식 과사판운동에 대한 토크평 형 (torque balance)으로부터유도된 비선형 수학적 모델¹⁰⁾을 최대 경사각에서 1 차 미 분하여 선 형 화된 상태모델을 구하고 이 로부터제어시스템의 안정성과 외란의 영향을 분석한다. 서 보실린더 에 반력 스프링(reaction spring)을 설치 하여 제어시스템의 안정성을 확보하고 PID 제어기를 이용한 실험을 통하여 유량, 압력, 그리고 동력의 제어 성 능을 검토한다.
중간블록은 LVDT와 반력스프링(Reaction Spring)을 내장하고 있다. 실험장치에서 유압동력과 기계동력을참고적으로 비 교하기 위하여 입 력부에 토크 센서를 설치하였으며 LVDT에 의하여 연산된 유량의 정확도를 검 증하기 위 하여 토출부에 측정 센서 를 추가하였다.
압력 제어는 액추에 이 터가 과부하에 도달하였을 때 작동되기 때문에 외란신호에 대한 영향만 조사한다. Fig.

대상 데이터

모델이 3DREP6A-20/45E인 EPPR 밸브는 Bosch- Rexroth(주)의 제품으로서 입력신호에 대하여 제어압력을 선형적으로 출력한다 실험에 이용된 유압펌 프의 파라미 터 들은 Table 1 과 같다.
그리고 모든 극점들이 S-평면의 원점에서 멀리 떨어져 응답이 빠르기 있기 때문에 정상상태 오차가 없는 PI제어기가 적당하다. 압력제어는 빠른 응답성을 요구하므로 응답지 연을 일으키는 미분 동작을 사용하지 않는 것이 좋다 계단입력에 대한 응답 특성을 조사하여 적절한P, I 게인들을 선정한다. PI 제어기를 사용한 압력제어시스템에 서 기준입력 에 대한 응답은 다음과 같이 표현된다.
13은 압력제어에 관련된 시험 결과들로서 외 란신호가 응답에 미 치는 영 향을 보여 주고 있다. 제어기는 PI가 채택되었으며 P, I의 게인(gain)들은 각각 2.0와 1.3가 사용되었다. 이러한 게인들도 시뮬레이션과 실험을 통하여 최적인 것으로 선정되었다.

이론/모형

8의 실험장치는 실험대상용 유압펌프, 입력회전속도를 제어하는 400PS급 DC 전기모터, 토출압력을 제어하는 40MPa 비 례 압력 제 어 밸브, 유압펌프를 제어하는 EPPR 밸브, 일정압력을 공급하는 20MPa 유압장치, 누설유량을 측정하는 유량센서, 입 력회 전속도를 측정 하는 회 전속도센서, 공급압력, 제어압력 그리고 토출압력을 측정하는 세 개의 압력 센서, 그리고 서보실린더의 변위와 속도를 측정하는 LVDT 센서들로 구성되어 있다. 작동유는 MOBIL사의 VG32, 데이터취득과 시스템제어 장비로는 National Instruments(주)의 PCI6071E, 그리고 실험용 프로그램으로는 LABVIEW 7.1 이 이용된다.

성능/효과

가압체적 에 대한 연속방정식 과 사판운동에 대한 토크 평형식으로부터 유압펌프의 선형 화된 수학적 상태 변수모델을 유도하였으며 이로부터 제어시스템의 안정성과 외란의 영향을 분석하였다. 결과로서 서보실린더 에 반력스프링을 추가하여 고속회전에서도 안정된 제어를 가능하게 하였다. 개루프 전달함수의 극점들을 조사하여 유량제어에서는 PID 제어기가 그리고 압력제어에서는 PI 제어기가 적합함을 제시하였으며 계단입력에 대한 과도 응답 특성(오버슈트, 정착시간, 상승시간)을 분석하여 제어기의 게인들을 선정하였다.
첫째, 가능한 정상상태조건에서 전환이 이루어져야 한다. 둘째, 유량제어기는 적분 제어를 사용하여야 한다. 셋째, 유량제어는 압력을 외 란으로 하고 압력제어는 유량을 외란으로 하여야 한다.
둘째, 유량제어기는 적분 제어를 사용하여야 한다. 셋째, 유량제어는 압력을 외 란으로 하고 압력제어는 유량을 외란으로 하여야 한다. 일반적 으로 유압시 스템을 제어하는 유압펌프는 세 개 의 조건을 모두 충족하고 있다.
그리고 외 란에 대해서도 강인함을 나타내고 있다. 압력제어는 급변하는 외란에 대하여 변동률이 10%이내, 안정시간이 1초 이내로서 빠르게 안정화되는 현상을 보였다. 동력제어에서 유량은 압력 이 증가함에 따라 동력 선도를 양호하게 추종하였다.

참고문헌 (13)

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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