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크레인의 정밀한 정지와 잔류진동 억제를 위한 개선된 입력 성형기법
An Improved Input Shaping Method for Precise Stopping and Residual Vibration Reduction of Cranes 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.30 no.7, 2013년, pp.717 - 724  

배규현 (금오공과대학교 기전공학과 대학원) ,  홍성욱 (금오공과대학교 기전공학과)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Industrial cranes are indispensable equipment in heavy industry. However, unwanted vibrations in cranes often cause accidents. Input shaping is widely accepted as a useful tool for removing residual vibration in cranes. A unity magnitude zero vibration (UMZV) input shaper is often used for cranes dr...

주제어

#입력성형기법   #천장형 크레인   #잔류진동   #입력성형기  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 7(b)의 해를 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 본 연구에서는 짧은 지속시간을 갖는 입력성형기를 고려하였다. 그러나 τ 가 증가하여 T/6에 접근하면 두 개의 임펄스가 동일한 시간에서 겹쳐지는 현상이 발생하므로 식(8)의 조건을 만족시켜야 할 필요가 있다.
  • 본 연구에서는 On-off 형 모터로 구동되는 크레인이 원하는 위치에서 정지할 수 있는 입력성형기를 설계하는 방법을 제안하였다. 여기서는 설계된 입력성형기를 적용하여 진동이 제거되는 것을 확인하고 최종적인 위치를 확인하는 시뮬레이션을 실시하였다.
  • 본 연구에서는 가장 널리 사용되고 있는 저가의 천장형 크레인을 대상으로 입력성형기법을 적용함에 있어 정지위치명령 보상기능을 추가하여 사용자가 위치하고 싶어하는 곳에 정지할 수 있도록 정지기능을 강화한 입력성형기를 제안하였다. 이 방법은 기존의 UMZV를 보완하기 위해 임펄스의 개수를 늘리는 방식으로 구성되었으며 이론적인 해석을 통해 임펄스 시간간격을 최적으로 결정하는 방법을 제안하였다.
  • 본 연구에서는 기존 UMZV 입력성형기의 단점을 보완하여 On-off 형 모터를 탑재한 크레인에 효과적으로 적용되는 입력성형기를 제안하였다. UMZV 입력성형기를 적용할 경우 정지명령이 입력된 후에도 잔류진동을 상쇄시키기 위해 추가 이동이 발생하는데 제안된 방법은 이 추가 이동분을 상쇄시킴으로서 정지명령이 인가된 위치에서 정지할 수 있도록 입력을 수정하는 방법이다.
  • 그림에서 보여지는 것과 같이 입력성형으로 인하여 희망정지위치로부터 벗어나 추가이동이 발생하는 것을 알 수 있다. 본 연구에서는 이를 해결하기 위하여 원하는 정지위치로 회귀하는 역방향 입력을 인가할 수 있도록 개선된 입력성형기를 제안하였다.

가설 설정

  • (b)의 해를 사용하는 것이 바람직하다.
  • 만약α가 γ보다 작다면 감속이 완전히 이루어지기 전에 가속하므로 입력성형의 적용이 불가능한 경우이고, β가 γ보다 작다면 가속이 이루어지기 전 감속이 발생하므로 이 또한 불가능하다. 따라서 입력시간과 두 개의 입력 간 시간간격은 가감속 시간보다 커야 하며 이 같은 조건이 만족된다고 가정 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
입력성형기법의 장점은? 7-15 특히 산업체에 많이 도입되어 있는 저가형 크레인의 경우 On-off 형 모터를 채용하고 있는데 입력성형기법 중 UMZV (Unity Magnitude Zero Vibration)가 효과적이다.1,7 일반적으로 입력성형기법은 시스템에 추가적인 하드웨어가 필요없어 간단하게 실현이 가능하며 기존의 크레인에 이 같은 기능을 할 수 있도록 상업화된 제품이 유통되고 있다.1 그러나 이 같은 장점에도 불구하고 UMZV를 적용하는 경우, 크레인에 정지명령이 내려진 후 잔류진동의 상쇄를 위해 추가적인 운동이 발생하게 되어 목적하는 위치에 정지하는 것을 어렵게 하는 문제점이 있어 크레인 작업 능률이 나빠질 수 있다.
UMZV 입력성형기는 어떻게 구성되는가? On-off 모터형 크레인의 진동을 저감하는데 적용 가능한 입력성형기는 UMZV (Unity Magnitude Zero Vibration) 성형기7이다. UMZV 입력성형기는 3개의 단위크기 임펄스, 즉 두개의 1과 한 개의 -1인 임펄스로 구성된다. Fig.
펜던트를 통해 크레인에 모터 운동명령이 가해질 때 트롤리(Trolley)가 그 입력에 그대로 동기해서 운동하는 것은 불가능한 이유는? 펜던트를 통해 크레인에 모터 운동명령이 가해질 때 트롤리(Trolley)가 그 입력에 그대로 동기해서 운동하는 것은 불가능하다. 모터 및 트롤리의 동적 특성에 따라 트롤리는 가속 또는 감속운동 구간이 존재하기 때문이다. Fig.
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참고문헌 (15)

  1. Park, S. W. and Hong, S. W., "Application of Input Shaping Method to Industrial Cranes," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 28, No. 9, pp.1032-1039, 2011. 

  2. Kim, H. H. and Lee, G., "An Analysis of the Accident Types and Causes of Construction Cranes," Proc. of KIC Spring Conference, Vol. 7, No. 1, pp. 109-112, 2007. 

  3. Lee, H. H. and Cho, S. K., "Position and Swing Angle Control for Loads of Overhead Crane," Trans. KSME A, Vol. 21, No. 2, pp. 297-304, 1997. 

  4. Lee, H. H. and Cho, S. K., "Position and Load-Swing Control of a 2-Dimensional Overhead Crane," Trans. KSME A, Vol. 21, No. 10, pp. 1683-1693, 1997. 

  5. Yoon, J. S., "Comparison Study of Various Control Schemes for the Anti-Swing Crane," Trans. KSME, Vol. 19, No. 9, pp. 2399-2411, 1995. 

  6. Hekman, K. A. and Singhose, W. E., "Feedback Control for Suppression of Crane Payload Oscillation Using On-Off Commands," Proc. of the American Control Conference, pp. 1784-1789, 2006. 

  7. Singhose, W. and Seering, W., "Command Generation for Dynamic Systems," http://www.Lulu.com, 2007. 

  8. Khalid, A., Huey, J., Singhose, W., Lawrence, J., and Frakes, D., "Human Operator Performance Testing Using an Input-Shaped Bridge Crane," J. of Dynamic Systems, Measurement, and Control, Vol. 128, No. 4, pp. 835-841, 2006. 

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  9. Singhose, W., Porter, L., Kenison, M., and Kriikku, E., "Effects of Hoisting on the Input Shaping Control of Gantry Cranes," Control Engineering Practice, Vol. 8, No. 10, pp. 1159-1165, 2000. 

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  10. Sorensen, K. L., Singhose, W., and Dickerson, S., "A Controller Enabling Precise Positioning and Sway Reduction in Bridge and Gantry Cranes," Control Engineering Practice, Vol. 15, No. 7, pp. 825-837, 2007. 

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  11. Vaughan, J. and Singhose, W., "Input Shapers for Reducing Overshoot in Human-operated Flexible Systems," Proc. of the American Control Conference, pp. 178-183, 2009. 

  12. Kim, B. G. and Hong, S. W., "Input Shaper Design for Tower Crane in Consideration of Nonlinear Coupled Motions," J. Korean Soc. Precis. Eng., Vol. 26, No. 9, pp. 88-95, 2009. 

  13. Garrido, S., Abderrahim, M., Gimenez, A., Diez, R., and Balaguer, C., "Anti-Swinging Input Shaping Control of an Automatic Construction Crane," IEEE Transaction on Automation Science and Engineering, Vol. 5, No. 3, pp. 549-557, 2008. 

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  14. Masoud, Z. N. and Daqaq, M. F., "A Graphical Approach to Input-Shaping Control Design for Container Cranes With Hoist," IEEE Control Systems Technology, Vol. 14, No. 6, pp. 1070-1077, 2006. 

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  15. Sorensen, K. L., "A Combined Feedback and Command Shaping Controller for Improving Positioning and Reducing Cable Sway in Cranes," M.Sc. thesis, Department of Mechanical Engineering, Georgia Institute of Technology, 2005. 

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