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입력성형기법을 이용한 핵연료이송시스템의 수중이동 시의 진동제어
Input Shaping Control of a Refueling System Operating in Water 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.20 no.4, 2014년, pp.402 - 407  

박명욱 (부산대학교 인지메카트로닉스공학과) ,  샤 우머 하미드 (부산대학교 인지메카트로닉스공학과) ,  전재영 ,  홍금식 (부산대학교 인지메카트로닉스공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, residual sway control of objects that are moved underwater is investigated. The fuel transfer system in a nuclear power plant transfers the nuclear fuel rods underwater. The research on the dynamics of the loads transferred in different mediums (water and air) and their control method...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서 세 가지 속도선도가 기준명령으로 이용되어 input shaper가 없는 시스템의 응답을 연구하였다. 최소한 잔류진동이 발생하여 최소한 시간에 막대를 전송하는 기준명령을 얻기 위해 입력성형기법을 이용하였다.
  • 본 논문에서는 수중에서 마스트의 진동을 줄이기 위해 핵연료이송시스템 수중운동의 동특성을 해석하고 수중 이송시스템의 수학적 모델을 구하였다. 핵연료이송시스템 수중운동의 실험환경을 만들고 여러 제어방법을 이용해서 수조실험을 실시하였다.
  • 본 논문에서는 수중에서 핵연료봉을 목표위치로 직선경 로를 따라 이송하기 위해서 핵연료봉을 내장하고 있는 막대(rod) 및 수직으로 막대를 매단 트롤리로 구성된 연료이송시스템을 고려하였다. 이송 후 남아 있는 잔류진동은 시스템 전체의 효율을 저하하게 됨으로 이를 최소화해야 한다.
  • 본 논문에서는 핵연료봉을 수중에서 이동할 때와 이동이 끝난 직후의 시스템 응답을 연구하였다. 이의 핵심은 진동 시스템이 이동할 때와 이동이 끝난 후에 생기는 잔류진동을 최소화하는 것이다[7].
  • 이송 후 남아 있는 잔류진동은 시스템 전체의 효율을 저하하게 됨으로 이를 최소화해야 한다. 본 논문의 목적은 적절한 제어기를 설계하여 트롤리가 목표위치에 도달했을 때 막대의 흔들림이 최소한 시간 안에 감쇠되도록 하는 것이다. 막대가 수중에서 이동하므로 유체로 인한 항력을 받을 수 있다.
  • Cd와 Cm의 값은 후류가 완전히 발달하기 전까지 일정하지 않고 계속 변한다. 본 논문의 촛점은 막대의 잔류진동을 줄이기 위하여 제어법칙 개발하는 것이다. 그리고 Cd와 Cm의 수치는 트롤리를 따라 이동할 때 변화하지 않는다고 가정한다.

가설 설정

  • 본 논문의 촛점은 막대의 잔류진동을 줄이기 위하여 제어법칙 개발하는 것이다. 그리고 Cd와 Cm의 수치는 트롤리를 따라 이동할 때 변화하지 않는다고 가정한다. 이제, 막대가 수중에서 이동할 때 유체역학적인 힘의 영향을 살펴보기 위해 수조실험을 실행한다.
  • 연료이송시스템의 수학적 모델은 Lagrange 방법을 사용하여 얻을 수 있다. 막대가 수중에서 이동할 때 롤운동이 없고 흔들림만 있는 것으로 가정하면 핵연료이송시스템은 2자유도를 갖는 시스템이 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
핵연료이송장치란 무엇인가? 핵연료이송장치는 원자로에서 핵연료봉을 교체하는 장비이다. 집합체의 수평/수직운동 시 진동이 발생하게 되며 매질에 따른 저항차이로 인해 공기 중에서 이송 시와는 진동이 달라진다.
입력성형기법은 어떤 기술인가? 수중연료이송시스템의 진동 제어를 위한 입력성형(input shaping) 기법의 사용에 초점을 맞추었다. 입력성형기법은 기준명령(reference command)과 임펄스의 조합에 의해 이송시스템의 잔류진동을 최소화하거나 제거하는 기술이다. 시스템의 진동모드를 알고 있다면, 이 모드에 따라 시스템의 진동을 최소화하기 위한 임펄스의 집합을 input shaper라고 부른다.
핵연료봉의 잔류진동은 어떤 문제를 야기하는가? 핵연료봉이 물의 저항과 이를 이송하는 기계시스템으로부터 외란을 받아서 트롤리의 이동이 끝난 후에 봉의 잔류 진동이 발생할 수 있다. 이런 잔류진동은 핵연료이송시스템의 연료이송과정의 정확성, 경제성, 운전자의 피로와 안전성에게 위해가 됨으로 이러한 잔류진동을 효과적으로 제어하여야만 한다.
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참고문헌 (14)

  1. Y. Sakawa and Y. Shindo, "Optimal control of container cranes," Automatica, vol. 18, no. 3, pp. 257-266, May 1982. 

  2. Y. Fliss, J. Levine, and P. Rouchon, "A simplified approach of crane control via generalized state-space model," Proc. of 30th Conference on Decision and Control, England, pp. 736-741, Dec. 1991. 

  3. P. Boustany and B. D'Andrea-Novel, "Adaptive control of non-comlpetely controlled mechanical systems using dynamic feedback linearization and estimation design," Int. J. Adaptive Control and Signal Processing, vol. 6, pp. 589-610, Jul. 1992. 

  4. K.-S. Hong, S. C. Sohn, and M. H. Lee, "Sway control of a container crane (Part I): Modeling, control strategy, error feedback control via reference velocity profiles," Journal of Control, Automation, and Systems Engineering (in Korean), vol. 3, no. 1, pp. 23-31, Feb. 1997. 

  5. C. Hyun, "Decoupled conroller design of an autonomous underwater vehicle and performance test results," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 19, no. 9, pp. 768-773, Sep. 2013. 

  6. J. Noh, J. Park, K.-S. Son, D.-H. Kim, "Reliability analysis of redundant architecture of dependable control system," Journal of Institute of Control, Robotics and Systems (in Korean), vol. 19, no. 4, pp. 328-333, Sep. 2013. 

  7. K. T. Hong, C. D. Huh, and K.-S. Hong, "Command shaping control for limiting the transient sway angle of crane systems," International Journal of Control, Automation, and Systems, vol. 1, no. 1, pp. 43-53, Mar. 2003. 

  8. J. Brogan, J. Fortgang, and W. Singhose, "Experimental verification of vibration absorbers combined with input shaping for oscillatory systems," Proc. of the American Control Conference, pp. 3160-3165, Jun. 2003. 

  9. J. Fortgang and W. Singhose, "Concurrent design of vibration absorbers and input shapers," ASME Journal of Dynamic Systems, Measurement, and Control, vol. 127, no. 3, pp. 325-335, Sep. 2005. 

  10. W. Singhose, "Command shaping for flexible systems: A review of the first 50 years," International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, vol. 10, no. 4, pp. 153-168, Oct. 2009. 

  11. T. Singh and W. Singhose, "Input shaping/time delay control of maneuvering flexible structures," Proc. of the American Control Conference, vol. 3, pp. 1717-1731, May 2002. 

  12. M. Rahman and D. D. Bhatta, "Evaluation of added mass and damping coefficient of an oscillating circular cylinder," Applied Mathematical Modeling, vol. 17, no. 2, pp. 70-79, Feb. 1993. 

  13. T. W. McLain, Modeling of Underwater Manipulator Hydrodynamics with Application to the Coordinated Control of an Arm/Vehicle System, Ph.D. dissertation, Department of Mechanical Engineering, Stanford University, Aug. 1995. 

  14. M. Piao, U. H. Shah, J.-Y. Jeon, and K.-S. Hong, "Input shaping control of a refueling system operating in water," Proc. of the ICROS/KROS/KIIS Busan, Ulsan, and Kyoungnam Joint Conference, pp. 23-26, Aug. 22, 2013. 

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