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기어 백래쉬로 인한 응답지연 및 추종오차 억제방안에 관한 연구
A Study on Response Time Delay and Tracking Error Suppression Strategy in Gear Mechanism : Control System Design Approach 원문보기

한국동력기계공학회지 = Journal of the korean society for power system engineering, v.21 no.4, 2017년, pp.77 - 83  

만손트란 (부경대학교 대학원 기계시스템공학과) ,  최은호 (부경대학교 대학원 기계시스템공학과) ,  김영복 (부경대학교 기계시스템공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The aim of this paper is to solve the chattering and delayed response problems caused by gear backlash. In the gear mechanism based systems, for example, in robot systems, the actuators provide the reduction gear with motors to transfer effectively electric power to mechanical power. Therefore, the ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 3~5) 그렇기 때문에 실제 시스템에 적용했을 경우, 이론적 결과와는 달리 기대했던 수준의 바람직한 결과를 얻지 못하는 것이 사실이다. 따라서 본 연구에서는, 지금까지의 연구결과를 참고로 하여, 큰 백래시를 갖는 실제 시스템을 대상으로 제어특성을 개선하기 위한 방안에 대해 고찰하고자 한다. 주된 연구내용 및 개선방안은 제어계 구축에 중점을 두고 있다.
  • 본 논문에서는 기어 백래시로 인해 직면하게 되는 문제해결방안에 대해 고찰하였다. 백래시는 시간지연으로 추종성능을 저하시킬 뿐만 아니라, 정상상태에서는 채터링 현상을 유발시키는 등 다양한 문제발생의 근원이기도 하다.
  • 본 연구에서는 5자유도 로봇 암 중, 첫 번째 자유도에 해당되는 말단 부 구동장치의 백래시를 억제하기 위한 방안에 대해 고찰하였다. 제어기 설계법을 통해 백래시에 의한 시간지연현상을 억제함으로써 추종오차를 줄여 결국 제어성능을 개선할 수 있었다.
  • 속도제어문제가 아닌 경우에는 단순 폐루프시스템을 구축하여 시스템응답을 구하는 것이 일반적이다. 본 연구에서는 개루프상태에서 펄스형의 입력신호를 인가하고 이에 대한 응답으로부터 적절한 모델을 구한다. 여기서 모델링 대상은 구동모터, 감속기 및 로봇 전체 구조물이 된다.
  • 본 연구에서는 설계한 제어계의 비교평가를 통해 저자가 달성하고자 하는 수준의 제어성능을 달성할 수 있는 제어기를 선정하도록 한다. 비교평가 대상인 제어기는
  • 주된 연구내용 및 개선방안은 제어계 구축에 중점을 두고 있다. 즉 백래시의 영향을 억제하여 제어성능을 확보할 수 있는 효과적인 제어계 설계방법을 고려한다. 다양한 제어계 설계법을 적용하고, 그 결과로부터 가장 효과적인 제어기법을 실제 시스템에 적용하여 그 유효성을 검증한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
기어 메커니즘은 무엇인가? 기어 메커니즘은 동력을 전달하거나, 운동방향과 운동특성을 변환하는 장치로, 자동차, 선박, 로봇 등 산업전반에 걸쳐 이용되고 있는 중요한 기계요소이다. 기어의 기본적인 적용목적은 회전수의 변화와 동력의 증감이다.
기어의 기본적인 적용목적은 무엇인가? 기어 메커니즘은 동력을 전달하거나, 운동방향과 운동특성을 변환하는 장치로, 자동차, 선박, 로봇 등 산업전반에 걸쳐 이용되고 있는 중요한 기계요소이다. 기어의 기본적인 적용목적은 회전수의 변화와 동력의 증감이다. 이를 대표하는 것이 감속기이며, 감속기는 주요 동력전달장치로 활용된다.
백래시는 어떤 시스템에서 심각한 문제를 일으키는가? 백래시는 안정적인 운전조건에서, 일정한 방향 및 일정한 속도유지를 목적으로 운전되는 동력전달장치에는 큰 문제를 발생시키지 않을 수도 있다. 그러나 빈번한 속도변화, 연속적인 회전방향 변화가 요구되는 운동제어시스템 등에서는 심각한 문제를 일으킨다. 예를 들어 로봇암의 각도제어 문제에서, 설정된 목표값을 추종하기 위해서는, 제어출력신호를 실시간으로 확인하여 제어기는 보정신호를 생산하게 된다.
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참고문헌 (9)

  1. R. M. R. Bruns, J. Diepstraten, X. Schuurbiers and J. Wouters, 2006, "Motion control of systems with backlash", Eindhoven: Technische Universiteit Eindhoven, pp. 1-27. 

  2. S. J. Kim, D. H. Moon and Y. B. Kim, 2014, "Synchronized control of active harmonic gear system", Journal of the Korean Society for Power System Engineering, Vol. 18, No. 2, pp. 112-119. 

  3. J. E. Normey-Rico and E. F. Camacho, 2007, "Control of dead-time processes", London: Springer, pp. 131-137. 

  4. R. Merzouki and J. C. Cadiou, 2005, "Estimation of backlash phenomenon in the electromechanical actuator", Control Engineering Practice, Elsevier, Vol. 13, pp. 973-983. 

  5. T. S. Wu, M. Karkoub, H. Wang, H. S. Chen and T. H. Chen, 2017, "Robust tracking control of MIMO underactuated nonlinear systems with dead-zone band and delayed uncertainty using an adaptive fuzzy control", IEEE Transaction on Fuzzy Systems, Issue 99, pp. 1-13 (on-line DOI: 10.1109/TFUZZ.2016.2586970). 

  6. G. Mahmoud, S. Nayera, R. Mohamed, A. Saoud and K. Ahmed, 2016, "Delay compensation using Smith predictor for wireless network control system", Alexandria Engineering Journal, Vol. 55, pp. 1421-1428. 

  7. D. Ma, H. Lin, and B. Li, 2017, "Chattering-free sliding-mode control for electromechanical actuator with backlash nonlinearity", Journal of Electrical and Computer Engineering, Vol. 2017, Article ID 6150750, pp. 1-8. 

  8. W. B. Lin and H. K. Chiang, 2013, "Super twisting algorithm second-order sliding mode control for a synchronous reluctance motor drive", Mathematical Problems in Engineering, Vol. 2013, Article ID 632061, http://dx.doi.org/10.1155/2013/632061. 

  9. C. Heng, Z. Jamaludian, A. Hashim, L. Abdullah and N. Rafanm 2017, "Design of super twisting algorithm for chattering suppression in machine tool", International Journal of Control, Automation and Systems, http://dx.doi.org/10.1007/s12555-016-0106-7. 

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