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비례제어 솔레노이드 액추에이터의 응답성 향상 연구

A Study on Response Improvement of a Proportional Solenoid Actuator

드라이브ㆍ컨트롤 = Journal of drive and control, v.13 no.3, 2016년, pp.47 - 52  

윤소남 (Extreme Mechanical Engineering Research Division, Korea Institute of Machinery & Materials) ,  함영복 (Extreme Mechanical Engineering Research Division, Korea Institute of Machinery & Materials) ,  박중호 (Extreme Mechanical Engineering Research Division, Korea Institute of Machinery & Materials)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents a control method for the performance improvement of a proportional solenoid actuator using a Pulse Width Modulation (PWM) signal. It is very difficult to obtain excellent response performance from a proportional solenoid actuator using a simple proportional controller with no PWM...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러나, 밸브 혹은 비례솔레노이드 액추에이터를 설계하는 입장에서 보면, 이론적으로 가동자의 마찰 특성을 예측하기가 매우 어렵고, 심지어는 가동자 전단에 있는 스풀 혹은 포핏(Poppet)의 형상과 사용 유체 및 온도 변화에 따라서 달라지는 밸브 시스템의 고유진동수를 정확히 예측하기가 어렵기 때문에 이론적인 결과만을 적용하는 데는 한계가 있다8)~9). 본 연구는 전술한 문제점들을 해결하기 위한 기초연구로, 고정 구동전압에서 단순히 구동 PWM 신호주파수 및 PWM 신호 듀티비를 가변하면서 비례제어용 솔레노이드 액추에이터를 구동하여 흡인력 특성 및 동특성에 미치는 결과를 조사하고, PWM 신호가 비례솔레노이드에 미치는 경향을 분석하기로 한다. 이를 위하여 PWM 회로를 설계/제작하고, 비례제어용 솔레노이드 액추에이터 성능 측정용 장치도 제작하는 것으로 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
비례솔레노이드 액추에이터의 특징은 무엇인가? 산업계에 널리 사용되고 있는 비례제어밸브에 있어, 비례솔레노이드 액추에이터는 가동자(Plunger) 변위의 임의 구간 내에서 언제나 일정한 흡인력을 낼 수 있도록 하기 위하여 일반 솔레노이드 액추에이터의 구조와는 다른 독특한 구조를 하고 있으며1)~2), 비례솔레노이드 액추에이터의 동특성 향상을 위한 연구들이 많은 연구자들에 의하여 수행되고 있다. 많은 문헌에 소개되고 있는 바와 같이, 가동자는 비례솔레노이드 액추에이터의 응용 대상, 작동력 및 작동 변위에 따라서 구조나 질량이 달라지고, 동시에 튜브와의 마찰력도 달라지기 때문에 단순한 제어기를 이용하여서는 우수한 응답 특성을 얻는데 많은 어려움이 있다.
가동자가 단순한 제어기를 이용해서 우수한 응답 특성을 얻는데 어려움이 있는 이유는 무엇인가? 산업계에 널리 사용되고 있는 비례제어밸브에 있어, 비례솔레노이드 액추에이터는 가동자(Plunger) 변위의 임의 구간 내에서 언제나 일정한 흡인력을 낼 수 있도록 하기 위하여 일반 솔레노이드 액추에이터의 구조와는 다른 독특한 구조를 하고 있으며1)~2), 비례솔레노이드 액추에이터의 동특성 향상을 위한 연구들이 많은 연구자들에 의하여 수행되고 있다. 많은 문헌에 소개되고 있는 바와 같이, 가동자는 비례솔레노이드 액추에이터의 응용 대상, 작동력 및 작동 변위에 따라서 구조나 질량이 달라지고, 동시에 튜브와의 마찰력도 달라지기 때문에 단순한 제어기를 이용하여서는 우수한 응답 특성을 얻는데 많은 어려움이 있다. 따라서, 응답 성능 향상을 위하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 주파수를 가변하거나 PWM 신호 듀티비(Duty ratio)을 가변하는 방식들이 많이 사용되고 있다.
가동자의 응답 성능 향상을 위해 어떤 방법이 사용되고 있는가? 많은 문헌에 소개되고 있는 바와 같이, 가동자는 비례솔레노이드 액추에이터의 응용 대상, 작동력 및 작동 변위에 따라서 구조나 질량이 달라지고, 동시에 튜브와의 마찰력도 달라지기 때문에 단순한 제어기를 이용하여서는 우수한 응답 특성을 얻는데 많은 어려움이 있다. 따라서, 응답 성능 향상을 위하여 PWM(Pulse Width Modulation) 신호 주파수를 가변하거나 PWM 신호 듀티비(Duty ratio)을 가변하는 방식들이 많이 사용되고 있다. 또한, 최근에는 PWM 신호에 디더(Dither)를 추가하여 보다 더 우수한 응답성을 얻으려는 연구들이 이루어지고 있다3)~5).
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참고문헌 (12)

  1. Vickers, "Industrial hydraulics manual", Vickers, pp. 14-1-14-10, 1989. 

  2. Achim greis, "Electromagnetic actuators", Thomas magnete GMBH, pp. 39-47, 2000. 

  3. S. N. Yun, D. W. Yun, "Performance improvement strategy of solenoid valve and magnetic material technique", Journal of the KFPS, Vol. 6, No. 3, pp. 28-34, 2009. 

  4. N. Ye, S. Scavarda, M. Betemps, A. Jutard, "Models of a pneumatic PWM solenoid valve for engineering applications", Transactions of ASME, Vol. 114, pp. 680-688. 1992. 

  5. J. Badertscher, K. A. Cunefare, A. A. Ferri, "Braking impact normal dither signals", Journal of vibration and acoustics, Vol. 129, pp. 17-23, 1991. 

  6. Gert G. Roeker, "A digital switching hydraulic control valve with pulse-modulated control", Proceedings of the 45th national conference on fluid power, pp. 195-205, 1992. 

  7. Jack L Johnson, "Design of electrohydraulic systems for industrial motion control", Milwaukee school of engineering, pp. 82-83, 1995. 

  8. Parker, "Introduction to Electro-hydraulic Proportional and Servo Valves", http://insidepenton.com/machinedesign/BruceBesch-Int roElectrohydraulic.pdf, 2016. 

  9. R. B. Walters, "Hydraulic and electro-hydraulic control systems", Elsevier applied science, London, pp. 173-178, 1991. 

  10. Rexroth Bosch Group, "Valve amplifier for proportional directional valves and proportional pressure valves" https://dc-kr.resource.bosch.com/, 2016 

  11. Y.H. Jeong and T. J. Park, "THD analysis of a hydraulic servo valve using CFD", Journal of the Korean Society for Fluid Power and Construction Equipment, Vol. 11, No.1, pp.8-13, 2014. 

  12. D. M. Kim et al., "Development and Verification of Analytical Model of the Main Control Valve", Journal of Drive and Control, Vol.12, No.2, pp.39-48, 2015 

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