벨트구동 시스템은 저렴한 비용, 고속 그리고 긴 이송행정 등의 이유로 screw 구동 시스템을 이용하는 것보다 더 바람직하다. 그렇지만 벨트구동 시스템은 벨트의 유연성, 마찰, 진동, 뒤틀림 등의 다른 비선형 특성으로 인하여 근본적으로 제어하기가 어려워진다. 본 연구에서 벨트구동 시스템에 적용할 제어기의 서보제어 알고리즘과 설계방법을 제시한다. 본 논문에서, 벨트구동 시스템에 대한 개선된 제어시스템의 최적 설계를 실현할 수 있는 LQ서보제어기를 제안하였다. 제어시스템에 대한 이러한 수학적 모델 기법은 상태 공간 형식으로부터 구할 수 있다. 끝으로, 제안한 서보제어기의 효율성을 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 통하여 검증하였다.
벨트구동 시스템은 저렴한 비용, 고속 그리고 긴 이송행정 등의 이유로 screw 구동 시스템을 이용하는 것보다 더 바람직하다. 그렇지만 벨트구동 시스템은 벨트의 유연성, 마찰, 진동, 뒤틀림 등의 다른 비선형 특성으로 인하여 근본적으로 제어하기가 어려워진다. 본 연구에서 벨트구동 시스템에 적용할 제어기의 서보제어 알고리즘과 설계방법을 제시한다. 본 논문에서, 벨트구동 시스템에 대한 개선된 제어시스템의 최적 설계를 실현할 수 있는 LQ 서보제어기를 제안하였다. 제어시스템에 대한 이러한 수학적 모델 기법은 상태 공간 형식으로부터 구할 수 있다. 끝으로, 제안한 서보제어기의 효율성을 컴퓨터 시뮬레이션 결과를 통하여 검증하였다.
Because of their lower cost, higher speed, and longer travel, a belt drive system are quite desirable over screw driven system. However, a belt drive system are inherently difficult to control due to belt flexibility, friction, vibration, backlash and other non-linearities. This thesis presents serv...
Because of their lower cost, higher speed, and longer travel, a belt drive system are quite desirable over screw driven system. However, a belt drive system are inherently difficult to control due to belt flexibility, friction, vibration, backlash and other non-linearities. This thesis presents servo control algorithm and the designing method of controller appliable to a belt drive system. In this paper, a LQ servo controller for a belt drive system is proposed to accomplish an optimal design of improved control system. In this scheme a mathematical model for the control system is obtained in state space form. Finally, the effectiveness of the proposed servo controller was verified through the computer simulation results.
Because of their lower cost, higher speed, and longer travel, a belt drive system are quite desirable over screw driven system. However, a belt drive system are inherently difficult to control due to belt flexibility, friction, vibration, backlash and other non-linearities. This thesis presents servo control algorithm and the designing method of controller appliable to a belt drive system. In this paper, a LQ servo controller for a belt drive system is proposed to accomplish an optimal design of improved control system. In this scheme a mathematical model for the control system is obtained in state space form. Finally, the effectiveness of the proposed servo controller was verified through the computer simulation results.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
따라서 본 연구에서는 벨트 구동 시스템을 대상으로 구동부를 모델링하고, 고속에서도 정밀한 주종 제어성능을 만족하는 LQ 서보제어기 [3][4]를 설계하고자 한다. 제어시스템의 기준 변위에 대한 추종 오차를 최소화하는 서보제어 기를 제안하고, 제안한 LQ 서보제어기에 대해 스텝 상의 목표치에 대한 추종성과 외란 등의 제어환경 변화에도 강인함을 기존의 PID 제어기⑸[6] 와 비교하여 시뮬레이션을 통해 검토하였다.
정밀제어 시스템에 주로 사용되는 벨트 구동 시스템은 산업 전반에 걸쳐 다양하게 적용되고 있으나 벨트의 유연성, 진동, 마찰, 뒤틀림 등의 비선형성으로 인하여 정상 상태 오차나 큰 오버슈트가 발생하게 되어 정밀제어가 어렵게 된다. 따라서 본 연구에서는 이러한 영향을 해결하기 위해서 벨트 구동 시스템을 대상으로 구 동부를 수학적으로 모델링하고, 그것을 기반으로 고속에서도 정밀한 추종 제어성능을 만족하는 LQ 서보제어기를 제안하였다.
제안 방법
따라서 본 연구에서는 벨트 구동 시스템을 대상으로 구동부를 모델링하고, 고속에서도 정밀한 주종 제어성능을 만족하는 LQ 서보제어기 [3][4]를 설계하고자 한다. 제어시스템의 기준 변위에 대한 추종 오차를 최소화하는 서보제어 기를 제안하고, 제안한 LQ 서보제어기에 대해 스텝 상의 목표치에 대한 추종성과 외란 등의 제어환경 변화에도 강인함을 기존의 PID 제어기⑸[6] 와 비교하여 시뮬레이션을 통해 검토하였다.
데이터처리
시뮬레이션은 2장에서 구한 벨트 구동 시스템의 상태방정식을 바탕으로 Matlab의 SimuHnk 를 이용하였으며, 제안한 LQ 서보제어기에 대해 목표치의 스텝 입력에 대한 변위 응답의 추종 성능과 외란에 대한 응답 특성을 기존의 PID 제어기와 비교 검토한다. 시뮬레이션에 사용된 벨트 구동 시스템의 파라미터와 상수 값은<표 1>에 나타내었다.
이론/모형
4[两을 인가하고 PID 제어기를 사용한 경우 벨트 구동 시스템의 변위웅 답을 그림 4에 나타내었다. 이 경우 PID 제어기의 계수 값의 선정은 Ziegler-Nichols 조정법을 이용하여 7弓 =3.6, % = 16, 电 = 0.1로 선택하였다.
성능/효과
또한 외란 이 있는 경우에 LQ 서 보제어기에서는 만족할 만한 수준의 제어성능을 보이지만 PID 제어기에서는 큰 오버슈트와 목표치 도달 시간이 길게 주어졌다. 따라서 제안한 LQ 서보제어기의 응답이 기존의 PID 제어기의 응답보다 제어성능이 우수함을 확인할 수 있었다.
시뮬레이션 결과 PID 제어기는 큰 오버슈트와 상대적으로 느린 정착 시간을 나타내었고, 제안한 LQ 서보제어기는 빠른 정착 시간과 오버슈트가 없는 응답을 얻을 수 있었다. 또한 외란의 변화에 의해 발생하는 정상 상태 오차를 효과적으로 최소화 할 수 있다는 것을 시뮬레이션을 통하여 확인할 수 있었다.
시뮬레이션 결과 PID 제어기는 큰 오버슈트와 상대적으로 느린 정착 시간을 나타내었고, 제안한 LQ 서보제어기는 빠른 정착 시간과 오버슈트가 없는 응답을 얻을 수 있었다. 또한 외란의 변화에 의해 발생하는 정상 상태 오차를 효과적으로 최소화 할 수 있다는 것을 시뮬레이션을 통하여 확인할 수 있었다.
이상의 시뮬레이션 결과를 보면 PID 제어기의 응답은 큰 오버슈트 60.9[%]와 상대적으로 느린 정착 시간(3.25초)을 나타내었으며, 제안한 LQ 서보제어기의 웅답은 오버슈트 이% ]가 거의 없이 빠른 정 착시 간(0.53초)을 나타내었다. 또한 외란 이 있는 경우에 LQ 서 보제어기에서는 만족할 만한 수준의 제어성능을 보이지만 PID 제어기에서는 큰 오버슈트와 목표치 도달 시간이 길게 주어졌다.
후속연구
향후 연구과제로는 실제 실험을 통하여 시뮬레이션 결과와 같이 정밀한 과도응답이 주어지 는 지를 확인할 필요가 있으며, LQ 서보제어 기의 가중치 행렬 Q와 7? 값의 선정에 대한 체계적이고 효율적인 설정 방법을 개선하면 벨트 구동 시스템의 정밀제어 분야에 도움이 되리라 본다.
향후 연구과제로는 실제 실험을 통하여 시뮬레이션 결과와 같이 정밀한 과도응답이 주어지 는 지를 확인할 필요가 있으며, LQ 서보제어 기의 가중치 행렬 Q와 7? 값의 선정에 대한 체계적이고 효율적인 설정 방법을 개선하면 벨트 구동 시스템의 정밀제어 분야에 도움이 되리라 본다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.