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초록
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상전도흡인식 자기부상열차전자석의 전류를 조정하여 차량과 선로 사이의 간극(공극)을 일정하게 유지한다. 이러한 능동현가장치를 사용하는 자기부상열차에 있어서는 다양한 외란에도 불구하고 부상제어기를 이용한 부상공극을 허용하는 범위 내로 유지하는 것이 핵심기술 중의 하나이다. 특히 차량과 유연한 가이드웨이 사이의 동적상호작용에 의해 발생되는 진동은 저속 및 정지상태에서 부상안정성을 방해하는 중요한 요인으로 작용한다. 본 논문에서는 가이드웨이의 유연성에도 강인한 부상제어기를 개발하기 위하여 차량과 유연 가이드웨이 사이의 연성 동역학 모델을 개발하고, 전자석 및 부상제어기도 포함시키는 통합모델링을 제안하였다. 개발된 통합동역학 모델을 이용하여 가이드웨이의 유연성을 고려한 부상공극 시뮬레이션을 수행하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In magnetic levitation vehicles, the clearance between the magnet and track should be maintained within an allowable range through a feedback control loop. The flexibility of the guideway would introduce additional modes in the overall suspension system, resulting in dynamic interaction between the ...

주제어

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

문제 정의

  • 이는 실제 시스템을 부상 제어하는 과정에서도 나타났다. 따라서 이번 절에서는 해석을 통해서 공진이 발생할 경우에 부상공극의 영향을 살펴보고, 부상제어기의 게인에 의한 민감도를 분석해 보았다.
  • 본 논문에서는 상전도 흡인방식의 자기부상열차의 부상공극 제어기술을 확보하기 위하여, 저속과 정지상태에서 차량과 유연한 가이드웨이 사이의 동적상호작용에 의해 발생되는 진동이 고려된 동역학 모델을 제안하였다. 제안된 동역학 모델은 3차원 다물체 동역학 기반으로 설계하였고, 가이드웨이의 진동 모드를 분석하여 콘크리트 거더와 스틸 레일의 유연성을 모두 고려하였다.
  • 본 논문에서는 차량과 유연 가이드웨이의 연성 동역학 모델을 개발하고, 부상전자석 및 부상제어기가 포함된 통합 모델링기법을 제안하였다. 제안된 모델은 상세설계를 지원하기 위하여 3차원 다물체 동역학 기법을 적용하였고 가이드웨이의 유연성 반영하기 위하여 모달중첩의 원리가 적용된다.
  • 위와 같은 공진에 의한 가이드웨이의 변위가 발생할 때, 차량과 부상공극의 동적 거동을 예측해 보았다. 해석에 사용된 조건을 Table 4에 명시하였다.
  • Kim [7] 등은 차량의 3차원 다물체 동역학 모델과 유연 가이드웨이의 통합 모델링 과정을 소개하였다. 이 논문에서는 이러한 유연 가이드웨이의 특성이 부상제어기의 설계 변수에 미치는 영향 분석은 수행되지 않았다.
  • 이번 절에서는 가이드웨이의 진동이 부상공극에 미치는 영향을 줄이기 위하여, 사용된 PID제어기 게인에 따른 부상공극의 민감도 분석을 수행하였다. Fig 14의 (a)~(c)는 각각의 P, D, I 게인을 기준에서 ±50% 증가, 감소 했을 때의 부상공극 결과를 보여준다.

가설 설정

  • 9. Definition of vectors with respect to electromagnet and rail.
  • 이렇게 얻어진 식 (4)에서 #는 모드 질량 행렬, #는 모드 뎀핑 행렬, #는 모드 강성 행렬을 각각 의미한다. 여기서, 뎀핑상수는 비례뎀핑으로 5%으로 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
이 상전도 흡인방식의 핵심기술은 무엇인가? 바퀴 대신에 전자석의 부상력을 이용하는 자기부상열차는 전자석의 전류를 조절하여 차량과 선로 사이에 일정한 공극(airgap) 을 유지하며 접촉 없이 주행한다. 이 상전도 흡인방식 (EMS, Electromagnetic suspension)은 전자석의 인력을 이용하기 때문에 선천적으로 불안정성을 가지며, 다양한 외란에도 불구하고 공극을 허용범위 내로 유지시키는 것이 핵심기술이다. 부상공극을 일정하게 유지하기 위한 난제 중 하나는 가이드웨이의 유연성에 의해서 차량과 가이드웨이 사이의 동적 상호작용에 의한 진동이다.
자기부상열차는 어떻게 주행하는가? 바퀴 대신에 전자석의 부상력을 이용하는 자기부상열차는 전자석의 전류를 조절하여 차량과 선로 사이에 일정한 공극(airgap) 을 유지하며 접촉 없이 주행한다. 이 상전도 흡인방식 (EMS, Electromagnetic suspension)은 전자석의 인력을 이용하기 때문에 선천적으로 불안정성을 가지며, 다양한 외란에도 불구하고 공극을 허용범위 내로 유지시키는 것이 핵심기술이다.
가이드웨이의 유연성으로 인한 진동을 해결하기 위해 무엇이 요구되는가? 가이드웨이의 유연성으로 인한 진동은 특히 자기부상열차가 저속으로 주행하거나, 또는 부상한 상태로 정지한 경우에 문제가 될 수 있다[1]. 따라서 가이드웨이와 부상제어기 설계를 위하여 가이드웨이의 유연성과 부상제어 기를 포함하는 모델을 통한 동특성 시뮬레이션이 요구된다.
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참고문헌 (14)

  1. D. Zhou, C. Hansen, J. Li, W. Chang (2010) Review of coupled vibration problems in EMS maglev vehicles, International Journal of Acoustics and Vibration, 15(10), pp. 10-23. 

  2. C.F. Zhao, W.M. Zhai (2002) Maglev vehicle/guideway vertical random response and ride quality, Vehicle System Dynamics, 38(3), pp. 185-210. 

  3. Y. Cai, S.S. Chen, D.M. Rote, H.T. Coffey (1994) Vehicle/guideway interaction for high speed vehicles on a flexible guideway, Journal of Sound and Vibration, 175(5), pp. 625-646. 

  4. Y. Cai, S.S. Chen, D.M. Rote, H.T. Coffey (1993) Vehicle/guideway dynamic interaction in maglev systems, Transactions of the ASME, 118(3), pp. 526-530. 

  5. G. Shu, M. Reinhold, G. Shen (2007) Modeling and simulation of Shanghai maglev train transrapid with random Track irregularities, Reinhold Meisinger, pp. 3-10. 

  6. G. Shu, M. Reinhold, G. Shen (2008) Simulation of a maglev train with periodic guideway deflections, 7th International Conference on System Simulation and Scientific Computing, pp. 421-425. 

  7. K.J Kim, H.S. Han, S.J. Yang (2013) Analysis of dynamic interaction between maglev vehicle and guideway. Tans. Korean Soc. Mech. Eng., 37(12), pp. 1559-1565. 

  8. H.S Han (2003) A study on the dynamic modeling of a magnetic levitation vehicle, JMST International, 46(3), pp. 1497-1501. 

  9. LMS Virtual Lab. Motion user's manual. 

  10. E.J. Haug (1989) Computer-Aided Kinematics and Dynamics of Mechanical System. Allyn and Bacon, USA, pp. 416-452. 

  11. Achieved at http://www.vibrationdata.com/tutorials/ModalMass.pdf 

  12. P. K. Sinha (1987) Electromagnetic suspension dynamics & control. Peter Peregrinus Ltd, London, pp. 52-70. 

  13. K.L. Cha, J.S Beak (2010) The optimal design for Super-structure of the MAGLEV train. Journal of the Korean Society for Railway, 13(3), pp. 35-45. 

  14. B.S. Kang, S.S Kim (1998) A study on the RC and PSC structure system of the transrapid in germany. Journal of the Korean Society for Railway, 1(1), pp. 112-121. 

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