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동적파라미터 변동을 고려한 윈치 및 부하 운동제어시스템설계에 관한 연구
A study on winch and load motion control system design considering dynamic parameter variation 원문보기

한국어업기술학회지 = Journal of the Korean Society of Fisheries Technology, v.53 no.3, 2017년, pp.293 - 301  

박환철 (부경대학교 실습선 가야호) ,  김영복 (부경대학교 기계시스템공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a winch and load motion control system design method is introduced. Especially, the winch and load (moving cart) are connected with long wire rope which is extended to few kilometers long. Therefore, the rope length changes such that many dynamic parameter values are changed as well b...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 결국 식 (1)의 모델은 로프 길이가 크게 변화하지 않는 다소 정적인 경우를 고려한 것이며, 광산입구에서 채굴지점까지 운행되는 작업환경을 고려하지 않은 모델이다. 따라서 본 연구에서는 수십미터에서 시작하여 6 km에 이르는 구간에서 운전되는 상황을 적극적으로 반영한 모델을 구축하고, 로프 길이변화에 대해서도 능동적으로 대응하여 제어성능을 확보할 수 있는 방법을 제안하도록 한다.
  • 따라서 본 연구에서는 이러한 경우에 대처할 수 있는 제어기 설계법을 도입하고, 길이변화에 적극적으로 대응하여 양호한 제어성능을 달성할 수 있도록 한다.
  • 본 논문에서는 로프 길이변화가 윈치시스템 등 제어대상의 운동특성에 상당히 큰 영향을 미치는 점을 고려하여, 이를 적극적으로 반영할 수 있는 모델을 구축한다. 또한 이러한 물리적 특성변화를 능동적으로 반영하여 시스템의 안정성과 제어성능을 개선할 수 있는 제어계 설계법을 제안하도록 한다. 시뮬레이션을 통해 제안하는 설계법의 유효성을 검증하도록 한다.
  • 본 논문에서는 로프 길이변화가 윈치시스템 등 제어대상의 운동특성에 상당히 큰 영향을 미치는 점을 고려하여, 이를 적극적으로 반영할 수 있는 모델을 구축한다. 또한 이러한 물리적 특성변화를 능동적으로 반영하여 시스템의 안정성과 제어성능을 개선할 수 있는 제어계 설계법을 제안하도록 한다.
  • 본 논문에서는 윈치시스템 운전을 위한 제어시스템 구축에 대해 고찰하고 있다. 윈치시스템은 로프를 감고 풀어 부하를 제어하는 용도로 사용되며 그 활용범위는 지극히 넓다.
  • 예를 들어 트롤윈치의 경우, 윈치에서 그물까지 연결된 와이어 로프는 수백미터 이상에 이르고, 선박의 운항속도 및 파도 등의 외적요인은 로프의 물리적 특성을 변하게 하여 윈치조작에 상당한 부담이 된다. 본 연구에서는 트롤윈치 운전보다는 다소 나은 환경인 광산용 윈치시스템을 대상으로 하여, 로프 길이변화를 모델링과 제어시스템 설계에 적극적으로 반영함으로써 보다 개선된 제어성능을 달성할 수 있는 방안에 대해 고찰한다.
  • 본 연구에서는, 윈치, 로프 및 부하 운반용 대차로 구성되는 제어대상 시스템의 운동제어문제에 대해 고찰하였다. 특히 윈치와 대차를 연결하는 로프 길이가 긴 경우에 있어서, 로프 길이변화에 의해 물리파라미터가 변하고, 이에 따라 동적특성이 변하는 경우에도 제어성능을 확보할 수 있는 제어기 설계법에 대해 고찰하였다.
  • 본 연구에서는, 윈치, 로프 및 부하 운반용 대차로 구성되는 제어대상 시스템의 운동제어문제에 대해 고찰하였다. 특히 윈치와 대차를 연결하는 로프 길이가 긴 경우에 있어서, 로프 길이변화에 의해 물리파라미터가 변하고, 이에 따라 동적특성이 변하는 경우에도 제어성능을 확보할 수 있는 제어기 설계법에 대해 고찰하였다.

가설 설정

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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
윈치부와 부하 사이의 길이에 따른 특성은 어떠한가? 로프 재질은 물론 로프 길이는 윈치 조작 및 부하를 다루는 문제에 직접적으로 영향을 미친다. 즉 윈치부와 부하 사이의 길이가 짧을 경우에는 로프 재질 등에 의한 탄성특성 등은 거의 무시할 수 있으나, 길이가 길어지게 되면 소재 특성상 늘어남과 처짐으로 인한 물리적 특성변화가 발생하게 된다. 이것은 탄성 및 댐핑 특성으로 모델링에 반영해야 하고, 처짐 현상은 시간지연 항으로 고려하여 제어시스템 설계 시에 반영해야 한다.
본 논문에서 윈치시스템 운전을 위한 제어시스템 구축하기 위해 고찰한 부분은 무엇인가? 본 연구에서는, 윈치, 로프 및 부하 운반용 대차로 구성되는 제어대상 시스템의 운동제어문제에 대해 고찰하였다. 특히 윈치와 대차를 연결하는 로프 길이가 긴 경우에 있어서, 로프 길이변화에 의해 물리파라미터가 변하고, 이에 따라 동적특성이 변하는 경우에도 제어성능을 확보할 수 있는 제어기 설계법에 대해 고찰하였다.
해양 관련 분야에서 윈치시스템이 이용되는 장치는 무엇인가? 예를 들어, 광산에서 채굴한 광석을 운반하거나, 작업자들이 입구에서 작업현장까지 이동하는 목적으로 이용된다. 해양관련분야에서는, 예인선으로 선박을 예인하거나,크레인으로 화물 등을 이송하는 장치에도 필연적으로 이용된다. 윈치로 감고 푸는 로프 소재는 금속으로 된 것과 섬유질로 만들어진 것 등 다양하다.
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참고문헌 (10)

  1. Apkarian K and Gahinet P. 1995. A convex characterization of gain-scheduled $H_{\infty}$ controller, IEEE Trans. AC, 40(5), 853-865. 

  2. Boyd S and Ghaoui LE. 1993. Linear Algebra and Its Applications, SIAM Book, 63-111. 

  3. Kang JK and Sul SK. 2000. Vibration control of elevator using estimated car acceleration feedback compensation, IEEE Transactions on Industrial Electronics 47(1), 91-99. 

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  5. Milutinovic M, Kranjcevic N and Deur J. 2014. Multi-mass dynamic model of a variable-length tether used in a high altitude wind energy system, Energy Conversion and Management 87, 1141-1150. (DOI:10.1016/j.enconman.2014.04.013) 

  6. Moon S, Huh J, Hong D, Lee S and Han C. 2015. Vertical motion control of building facade maintenance robot with built-in guide rail, Robotics and Computer-Integrated Manufacturing, 31, 11-20. (DOI:10.1016/j.rcim.2014.06.006) 

  7. Oguchi S, Liu K, Sato S and Mita T, 1998, Mine train control system by $H_{\infty}$ control, Trans. on SICE of Japan 34(3), 225-231. 

  8. Packard A. 1994. Gain scheduling via linear fractional transformations, Systems & Control Letter 22, 79-92. 

  9. Takeuchi H, Liu KZ and Oguchi S. 1996. Velocity control of a mine truck system using rationally scaled control, Proceedings of the 35th IEEE Conference on Decision and Control, 767-772. 

  10. Tran AMD and Kim YB. 2016. Dynamic identification and robust control performance evaluation of towing rope under rope length variation, Journal of the Korean Power System Engineering 20(2), 58-65. (DOI:10.9726/kspse.2016.20.2.058) 

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