[논문]기준 슬립 발생기 및 적응 슬라이딩 모드 기법을 이용한 철도차량 제동력 제어

임태형; 김승수; 최정주; 이병룡; 양순용

기준 슬립 발생기 및 적응 슬라이딩 모드 기법을 이용한 철도차량 제동력 제어
Adhesive Force Control of Railway Rolling Stock Using Reference Slip Generator and Adaptive Sliding-mode Technique 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.24 no.5 = no.194, 2007년, pp.56 - 61

임태형 (울산대학교 기계자동차 대학원) , 김승수 (울산대학교 산학협력단) , 최정주 (울산대학교 산학협력단) , 이병룡 (울산대학교 기계자동차공학부) , 양순용 (울산대학교 기계자동차공학부)

Abstract ▼ AI-Helper

In the braking of railway rolling stock, the slip that is the relative velocity between train body and its wheel affects the adhesive force which is connected to the braking force. The coefficient of the adhesive force changes in accordance with the slip and the condition of a rail road. Namely, its value increases upon the maximum on a rail condition, and there it declines conversely while the magnitude of slip keeps rising on. First, this paper introduced a reference slip generator so that can utilize maximum adhesive forces with a disturbance observer for estimating unmeasurable current adhesive forces which is as an input of the generator. And, an adaptive sliding-mode control system has been synthesized for minimizing the error between reference and current slip. Finally the effectiveness of the proposed control system is evaluated by computer simulation.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

따라서 이 논문에서는 제동 효율을 높이기 위하여 기준 슬립 발생기를 이용하는 제동제어 시스템을 제안하였다. 슬립 발생기를 설계하기 위해서 외란 관측기를 사용하였고, 이를 바탕으로 슬라이딩모드 제어시스템을 설계하였다.
이러한 점착력은 노면의 조건에 따라 그 특성이 상이하므로 이 논문에서는 노면 조건 변화에 대해 최대 점착력의 크기를 얻을 수 있는 기준 슬립발생기를 제안하였다. 제안된 기준 슬립 발생기의성능을 평가하기 위해 기계식 제동 시스템에서 슬립 속도 변화에 따른 철로 노면과 차량 바퀴 사이에서 발생하는 점착력의 특성 변화를 고려하였다.

제안 방법

이때, 차량 모델 식에 포함되어 있는 미지의 파라미터들을추정하기 위한 알고리즘을 추가하였다. 마지막으로제안된 제어시스템에 대해서 컴퓨터 시뮬레이션을통해 그 성능을 검증하였다.
슬립 발생기를 설계하기 위해서 외란 관측기를 사용하였고, 이를 바탕으로 슬라이딩모드 제어시스템을 설계하였다. 슬라이딩 모드 제어기는 비선형 강인제어기법으로서, 간단한 구조의차량 모델에 대해서 이에 포함되지 않은 모델 불확실성에도 그 안정성을 보장하도록 하였다. 이때, 차량 모델 식에 포함되어 있는 미지의 파라미터들을추정하기 위한 알고리즘을 추가하였다.
제안하였다. 슬립 발생기를 설계하기 위해서 외란 관측기를 사용하였고, 이를 바탕으로 슬라이딩모드 제어시스템을 설계하였다. 슬라이딩 모드 제어기는 비선형 강인제어기법으로서, 간단한 구조의차량 모델에 대해서 이에 포함되지 않은 모델 불확실성에도 그 안정성을 보장하도록 하였다.
이 논문에서는 강인 슬립제어 시스템을 설계하기 위해서, 최대 점착력을 얻기 위한 기준 슬립속도 알고리즘을 고려하였고, 이 기준 슬립과 실제슬립의 오차를 제어하는 비선형 슬라이딩모드 제어기를 제안하였으며, 이에 대한 블록선도는 Fig. 3에나타내었다. 우선, 슬라이딩 평면은 식 (8)과 같이선정하였다.
슬라이딩 모드 제어기는 비선형 강인제어기법으로서, 간단한 구조의차량 모델에 대해서 이에 포함되지 않은 모델 불확실성에도 그 안정성을 보장하도록 하였다. 이때, 차량 모델 식에 포함되어 있는 미지의 파라미터들을추정하기 위한 알고리즘을 추가하였다. 마지막으로제안된 제어시스템에 대해서 컴퓨터 시뮬레이션을통해 그 성능을 검증하였다.
제안된 기준 슬립 발생기의성능을 평가하기 위해 기계식 제동 시스템에서 슬립 속도 변화에 따른 철로 노면과 차량 바퀴 사이에서 발생하는 점착력의 특성 변화를 고려하였다. 이를 바탕으로 비선형 강인제어기법인 슬라이딩모드 제어기를 이용한 슬립제어 시스템을 설계하였다. 제안된 슬라이딩 모드제어기는 시스템 파라미터 변화에 대해서도 강인 제어 성능을 얻을 수 있도록 적웅제어 기법을 이용하였다.
이러한 점착력은 노면의 조건에 따라 그 특성이 상이하므로 이 논문에서는 노면 조건 변화에 대해 최대 점착력의 크기를 얻을 수 있는 기준 슬립발생기를 제안하였다. 제안된 기준 슬립 발생기의성능을 평가하기 위해 기계식 제동 시스템에서 슬립 속도 변화에 따른 철로 노면과 차량 바퀴 사이에서 발생하는 점착력의 특성 변화를 고려하였다. 이를 바탕으로 비선형 강인제어기법인 슬라이딩모드 제어기를 이용한 슬립제어 시스템을 설계하였다.
이를 바탕으로 비선형 강인제어기법인 슬라이딩모드 제어기를 이용한 슬립제어 시스템을 설계하였다. 제안된 슬라이딩 모드제어기는 시스템 파라미터 변화에 대해서도 강인 제어 성능을 얻을 수 있도록 적웅제어 기법을 이용하였다. 제안된 제어 시스템의 성능을 평가하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을수행하여 기준 슬립속도 생성 알고리즘이 노면 변화에 대해서 최대 점착력을 이용할 수 있는 슬립속도를 생성하는 것을 확인하였고, 고정 슬립에 대한 제동 성능과 비교했을 때 그 제동 성눙이 향상됨을 확인할 수 있었다.
철도차량의 슬립 현상을 해석하기 위해서, 1/4 차 보기(bogie) 모델 식을 도입하였고, 차량은 고정된 레일 위를 달리므로 주행방향에 대한 거동만을고려하였다. 1/4차 보기 모델에 대한 개략도를 Fig.

데이터처리

제안한 제어시스템의 성능을 평가하기 위해서 MathWorks사의 Matlab 6.1의 시뮬링크를 이용하여시뮬레이션을 수행하였다. 시뮬레이션을 위해 사용된 차량의 보기 모델 파라미터는 Table 1에 나타내었다.

성능/효과

제안된 슬라이딩 모드제어기는 시스템 파라미터 변화에 대해서도 강인 제어 성능을 얻을 수 있도록 적웅제어 기법을 이용하였다. 제안된 제어 시스템의 성능을 평가하기 위해 컴퓨터 시뮬레이션을수행하여 기준 슬립속도 생성 알고리즘이 노면 변화에 대해서 최대 점착력을 이용할 수 있는 슬립속도를 생성하는 것을 확인하였고, 고정 슬립에 대한 제동 성능과 비교했을 때 그 제동 성눙이 향상됨을 확인할 수 있었다.

참고문헌 (9)

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상세보기
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