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[국내논문] 자기베어링 예측 제어 기법의 실험적 연구
An Experimental Study on the Prediction Control Technique for a Magnetic Bearing 원문보기

한국정밀공학회지 = Journal of the Korean Society for Precision Engineering, v.31 no.2, 2014년, pp.99 - 104  

김재실 (창원대학교 기계공학과) ,  정훈형 (창원대학교 대학원 기계공학과) ,  신민재 (부산대학교 Rolls-Royce 대학기술센터)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Active vibration control methods are required in the high speed rotor systems supported by magnetic bearings. A prediction control technique is one of the control methods. Gain and phase angle are primarily chosen with analyzing the responses for a certain rotor speed. The feasibility of this techni...

Keyword

#자기 베어링   #회전체   #예측 제어   #위상조절법  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 따라서 본 논문에서는 자기베어링을 엑츄에이터로 응용하고 Compact RIO에 의해 실시간 통신이 가능한 실험장치를 구성한다. 그리고 고속 회전체의 능동 진동 제어가 가능하도록 게인과 위상을 조절하는 기법으로 제어 전후에 대한 진동 변위를 비교하는 실험적 검증을 수행함으로써 예측 제어의 가능성을 확인한다.
  • 본 연구는 고속 회전체의 진동 감소를 위해 위상조절법을 적용한 예측 제어 알고리즘을 고안하고 이를 적용한 예측 제어 기법을 제안한다. 예측 제어 알고리즘은 회전속도가 변화할 때 회전체의 진동 변위를 감소시키기 위하여 사전에 P게인과 위상을 예측하여 자동적으로 제어력이 유지될 수 있도록 한다.
  • 본 연구에서는 고속 회전체의 진동 변위를 제어하기 위한 예측 제어 기법을 실험적으로 검증한다. 이를 위하여 자기베어링을 엑츄에이터로 하는 실험용 고속 회전체를 구성하였다.
  • 그리고 LabVIEW를 이용하여 제어 알고리즘을 구성하고 Compact RIO와 실시간 통신을 통해 게인과 위상을 조절하여 각각의 회전속도에서 제어효과를 확인하였다. 따라서 고속 회전체를 제어하기 위한 예측 제어 기법의 가능성을 확인하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
자기베어링을 엑츄에이터로 갖는 고속 회전체는 어떤 조건으로 운영되는가? 일반적으로 자기베어링을 엑츄에이터로 갖는 고속 회전체는 단일 운전속도에서 운영된다. 이러한 고속 회전체를 단일 운전속도에서 운용하기 위해서는 0 rpm부터 순차적으로 회전속도를 상승시키는 과정이 시스템의 설치 시 필연적이다.
유도식 자기베어링에 과도한 변위가 발생할 경우 어떤 문제가 발생하는가? 이를 위해 일반적으로 사용되는 유도식 자기베어링은 전자석이 회전체를 잡아당기는 자기력이 자기베어링 자극과 회전체 사이의 간극에 반비례하므로 회전체가 전자석 쪽으로 근접할수록 더욱더 유도력이 강해져서 결국 전자석에 붙어버리는 근원적으로 불안정한 시스템이다. 따라서 과도한 변위가 발생할 경우 고속에서 상당히 위험한 상황이 발생할 수 있다. 그리고 실제 고속 회전체는 회전속도가 상승할수록 인위적인 조작으로 순간적으로 변하는 회전속도를 대응하기는 매우 어렵다. 이에 고속 회전체의 설치 및 운영 시 시스템의 안정화하는 방법은 매우 중요하다.
자기베어링은 무엇인가? 자기베어링은 자기장에 의해 발생되는 자기력으로 물리적 접촉 없이 회전체를 부양시켜 그 위치를 제어하는 일종의 전자석이다. 이를 위해 일반적으로 사용되는 유도식 자기베어링은 전자석이 회전체를 잡아당기는 자기력이 자기베어링 자극과 회전체 사이의 간극에 반비례하므로 회전체가 전자석 쪽으로 근접할수록 더욱더 유도력이 강해져서 결국 전자석에 붙어버리는 근원적으로 불안정한 시스템이다.
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참고문헌 (7)

  1. Lee, W. C., Kim, S. W., Kim, J. S., and Choi, H. O., "A Study on the Active Control for Flexible Rotors Using Phase Control Method," Proc. of KSPE Spring Conference, pp. 280-283, 2005. 

  2. Na, J. B., Kim, S. W., Lee, W. C., and Kim, C. S., "Simulation of Active Vibration Control using Phase Adjusting Method with High Speed Flexible Rotor System," Proc. of KSPE Spring Conference, pp. 425-426, 2006. 

  3. Na, J. B., Lee, W. C., Joung, H. H., Kim, C. S., Kim, S. W., and Kim, K. Y., "Control of the High Speed Flexible-Rotor System using Multi-Body Dynamic Method," Proc. of KSPE Autumn Conference, pp. 265-266, 2006. 

  4. Kim, C. S., Jung, Y. G., Cho, S. Y., and Jung, H. H., "Vibration Control Simulation for a Multi-Body High Speed Flexible Rotor Model using a Phase Adjusting Method," Proc. of ICROS-SICE International Joint Conference, pp. 2286-2290, 2009. 

  5. Jung, H. H., Jo, H. M., Kim, C. S., and Cho, S. Y., "Multi-Body Dynamic Modeling for a Flexible Rotor and Vibration Control using a Novel Phase Adjusting Technique," Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers, Vol. 10, No. 1, pp. 87-92, 2011. 

  6. Kim, C. S., "Magnetic Bearing Eddy Current Effects on Rotordynamic System Response," Ph.D. Thesis, Mechanical Engineering, Texas A&M University, 1995. 

  7. Kim, C. S., Lee, J. W., and Park, J. K., "Optimal Design for a Heteropolar Magnetic Bearing considering Nonlinearities," Int. J. Precis. Eng. Manuf., Vol. 3, No. 1, pp. 13-19, 2002. 

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