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엘리베이터 횡진동 동적 모델링 및 능동진동제어기 설계
Dynamic Modeling and Active Controller Design for Elevator Lateral Vibrations 원문보기

한국소음진동공학회논문집 = Transactions of the Korean society for noise and vibration engineering, v.21 no.2, 2011년, pp.154 - 161  

곽문규 (동국대학교 기계로봇에너지공학과) ,  김기영 (동국대학교 대학원 기계공학과, (주)현대엘리베이터) ,  백광현 (단국대학교 기계공학과)

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This paper is concerned with the modeling and active controller design for elevator lateral vibrations. To this end, a dynamic model for the lateral vibration of the elevator consisting of a supporting frame, cage and active roller guides was derived using the energy method. Free vibration analysis ...

주제어

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문제 정의

  • 이에 비해 엘리베이터 진동 문제에 대한 국내 연구는 거의 전무한 상태이다(2,3). 이 연구에서는 엘리베이터 횡진동 능동진동제어를 위한 동적 모델링 방법을 토의하고 이에 근거한 이론적인 제어기 설계 방법을 논하였다.

가설 설정

  • 2와 같은 수학모델로 변환하였다. 가이드 롤러의 외륜은 고무로 입혀져 있기 때문에 케이지를 지지하는 방진 고무와 함께 스프링-댐퍼로 가정하였다.
  • 5 m 아래에 프레임의 가속도를 계측할 수 있는 가속도계가 부착되어 있다고 가정하였다. 그리고 이 가속도계의 출력으로부터 제어력을 산출 하고 하단에 위치한 두 개의 액추에이터, M 3 , M 4를 동시에 구동한다고 가정하였다. 그림 2에 보이는 바와 같이 M 3 , M 4 의 방향이 반대이기 때문에 제어력, M c 를 계산한 후에는 M 4 = -M 3 = M c로 변환하여 액추에이터에 제어신호를 보내는 것으로 가정하였다.
  • 그리고 이 가속도계의 출력으로부터 제어력을 산출 하고 하단에 위치한 두 개의 액추에이터, M 3 , M 4를 동시에 구동한다고 가정하였다. 그림 2에 보이는 바와 같이 M 3 , M 4 의 방향이 반대이기 때문에 제어력, M c 를 계산한 후에는 M 4 = -M 3 = M c로 변환하여 액추에이터에 제어신호를 보내는 것으로 가정하였다. 실제 엘리베이터 진동제어시 식 (11)의 모든 상태 벡터를 계측하는 것은 불가능하기 때문에 이와 같은 단순한 가정을 수치계산에 도입하였다.
  • 실제 엘리베이터 진동제어시 식 (11)의 모든 상태 벡터를 계측하는 것은 불가능하기 때문에 이와 같은 단순한 가정을 수치계산에 도입하였다. 더 나아가서 엘리베이터 운행에 대한 가정이 필요한데 Fig. 4에 보이는 180m 레일을 처음 9초 동안 1080 m/min의 속도까지 가속하고 1초 동안 이 속도를 유지하고 그 다음 감속하는 것으로 운행 조건을 가정하였다. 초고층건물에 사용될 1080 m/min의 엘리베이터에 대한 능동진동제어 실험을 위해서는 보다 높은 타워에서의 실험이 요구되는데 현재 국내에서 실험에 사용될 수 있는 엘리베이터 타워의 최고 높이는 약 180 m이다.
  • 이 연구에서 고려한 능동진동제어기는 단일 입출력 PID 제어기이다. 먼저 엘리베이터 프레임의 질량 중심 1.5 m 아래에 프레임의 가속도를 계측할 수 있는 가속도계가 부착되어 있다고 가정하였다. 그리고 이 가속도계의 출력으로부터 제어력을 산출 하고 하단에 위치한 두 개의 액추에이터, M 3 , M 4를 동시에 구동한다고 가정하였다.
  • 초고층건물에 사용될 1080 m/min의 엘리베이터에 대한 능동진동제어 실험을 위해서는 보다 높은 타워에서의 실험이 요구되는데 현재 국내에서 실험에 사용될 수 있는 엘리베이터 타워의 최고 높이는 약 180 m이다. 이 점을 고려하여 이와 같은 엘리베이터 운행조건을 가정하였다. Fig.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
엘리베이터의 승차감을 저해하는 진동은 어떻게 구분하는가? 엘리베이터의 승차감을 저해하는 진동은 일반적으로 횡진동과 종진동으로 구분하며 이 논문에서는 횡진동을 억제하기 위한 엘리베이터의 동적 모델과 이에 따른 제어기 설계에 대한 내용을 다룬다. 일반적인 고속용 엘리베이터 구조는 Fig.
고속용 엘리베이터는 무엇으로 구성되는가? 일반적인 고속용 엘리베이터 구조는 Fig. 1과 같이 케이지와 프레임, 그리고 롤러가이드로 구성된다. 승객들은 케이지에 탑승을 하기 때문에 내부나 외부에서 전달 되는 진동을 줄이기 위해 프레임과 케이지 사이는 방진고무가 삽입되어 있다.
고속용 엘리베이터의 진동을 줄이기 위해 방진고무를 삽입하는 위치는? 1과 같이 케이지와 프레임, 그리고 롤러가이드로 구성된다. 승객들은 케이지에 탑승을 하기 때문에 내부나 외부에서 전달 되는 진동을 줄이기 위해 프레임과 케이지 사이는 방진고무가 삽입되어 있다. 케이지의 하부에 부착된 방진고무는 케이지의 상하 및 횡진동, 전후 진동을 감소시키는 역할을 감당하고, 케이지의 상부에 부착된 방진 고무는 주로 케이지가 흔들리지 않게 하는 역할을 감당한다.
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참고문헌 (6)

  1. Fumai, K., Araki, H. and Higaki, J., 2001, 

  2. Lee, S.-C., Kim, J.-H., Kim, D.-H., 1994, A 

  3. Kim, K. Y. and Kwak, M. K., 2008, Dynamic 

  4. Mutoh, N., Kagomiya, K., Kurosawa, T., 

  5. Teshima, N., Kamimura., K., Magai, M., Kou, 

  6. Yamazaki, Y., Tomisawa, M., Okada, K. and 

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