[논문]'제어모멘트자이로'의 질량불균형 보정

이종국; 송태성; 강정민; 송덕기; 권준범; 서중보; 오화석; 전동익; 홍영곤; 이준용

doi:10.5139/jksas.2020.48.11.861

'제어모멘트자이로'의 질량불균형 보정
The Imbalance Compensation in CMG 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.48 no.11, 2020년, pp.861 - 871

이종국 (Seeker & EO) , 송태성 (Seeker & EO) , 강정민 (Seeker & EO) , 송덕기 (Seeker & EO) , 권준범 (Seeker & EO) , 서중보 (Defense Industry Technology Center, Agency for Defense Development) , 오화석 (Department of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University) , 전동익 (Revoluti) , 홍영곤 (Seeker & EO) , 이준용 (Department of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University)

초록
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'제어모멘트자이로' 내 모멘텀 휠의 속도가 커지게 되면 질량 불균형으로 인해 발생하는 의도하지 않은 힘과 토크가 증가하게 된다. 그리고 이러한 힘과 토크는 위성을 통해 촬영된 SAR 영상의 떨림을 유발하기 때문에 최소화하여야 한다. 본 논문에서는 '제어모멘트자이로' 내 모멘텀 휠의 질량불균형(정적질량불균형과 커플질량불균형)의 보상에 대해서 기술하였다. 우선 M&S를 통해 질량불균형의 발생에 따른 질량중심점에서 발생하는 힘과 토크의 발생을 예측하였다. 두 번째로는 힘과 토크의 측정 지점을 회전 중심에서 이격하였을 때, 질량불균형에 따른 힘과 토크의 발생을 예측하였다. 세 번째로는 질량불균형으로 인해 발생하는 힘과 토크를 측정하기 위한 장치 구성에 대해 기술하였으며, 네 번째로는 실제 구동하는 모멘텀 휠에 지정된 질량을 추가하였을 때, 힘과 토크의 변화량을 M&S와 비교하여 기술하였다. 그리고 마지막으로 이러한 분석을 바탕으로 24Nm급 '제어모멘트자이로'를 대기모드로 구동하였을 때의 보정 전과 후의 힘과 토크 변화를 기술하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Raising the speed of the momentum wheel in the CMG increases the unintended force and torque caused by mass imbalance. This unintended force and torque should be minimized to get the better quality of satellite SAR image because they lead to the vibration of the output image. This paper shows the works on compensating the static imbalance and couple mass imbalance in the CMG wheel. First, the force and torque at the center of mass generated by the mass imbalance were predicted through M&S analysis. Second, the force and torque were estimated similarly through the M&S analysis when the measurement point was moved from the rotation center. Third, the measurement configuration for the force and torque by the mass imbalance was described. Fourth, the change of the force and torque by adding the specified mass to the momentum wheel was observed after comparing the measurements with the results of the M&S. And finally, the effect of the compensation was analyzed by comparing the force and torque before and after the correction while 24Nm class CMG was running in the standby mode.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 위성 SAR 시스템에 적용되는 CMG의 모멘텀 휠의 질량불균형에 대해 기술하였다.

제안 방법

24Nm급 CMG 모멘텀휠은 질량불균형 보정을 위해 30도/상하 14mm 간격으로 회전반경 91mm에 최대 0.3g을 추가할 수 있도록 최초 설계하였다. 이 때 0.
이에 본 논문에서는 질량 불균형에 따라 발생하는 힘과 토크의 크기를 정의하고 리커다인 M&S를 통해 질량 불균형과 발생하는 토크와 힘을 정의하였다. 그리고 실제 CMG의 질량 불균형 보정 전/후 값을 통해 분석된 값의 정당성을 확인하였다.
이에 본 논문에서는 질량 불균형에 따라 발생하는 힘과 토크의 크기를 정의하고 리커다인 M&S를 통해 질량 불균형과 발생하는 토크와 힘을 정의하였다.
이 때, ‘실험2’~‘실험5’는 ‘실험1’ 대비의 차이를 나타내었으며, 각도 및 크기는 필터 사용에 따른 시간지연 및 크기를 보상하여 나타내었다. 커플질량불균형은 힘에는 영향을 미치지 않기 때문에 정적질량불균형은 힘을 바탕으로 결과를 해석하였다.
82%의 오차를 가짐을 확인할 수 있다. 커플질량불균형은 힘에는 영향이 없고, 토크에만 영향이 있기 때문에 토크를 기준으로 분석을 수행하였다.

대상 데이터

힘과 토크를 측정하기 위해서 Kistler사의 9255C를 사용하였으며, 바닥으로부터 전달되는 외력을 배제하기 위해 Newport사의 S-2000A를 사용하였다. 그리고 9255C의 값을 획득하기 위해 NI사의 DAQ를 사용하였다.

성능/효과

결과를 확인하면, 힘은 2.1.1장의 결과와 동일하지만, 토크는 차이가 발생함을 확인할 수 있다. 이는 발생된 힘이 토크를 발생하기 때문이다.
결과를 확인하면, 힘은 축이 변경된 것만 제외하면, 2.1.1장의 결과와 동일하지만, 토크는 차이가 발생함을 확인할 수 있다. 다만 중력의 영향이 한 축(X축)에서만 발생되는 것을 확인할 수 있다.
측정의 위치가 회전체의 회전 중심에서 이동될 때의 영향에 대해 M&S를 기반으로 수식적 분석을 수행하였으며, 실측값이 이와 일치된 값으로 나왔음을 확인하였다. 그리고 이러한 분석을 기반으로 정확한 보정 위치를 바탕으로 정확한 위치에 정확한 보정 질량을 사용하여 빠른 시간 내 보정을 수행할 수 있었다.
그리고 질량불균형을 98.05% 개선하였으며, 보정 이후의 질량불균형량은 정적질량불균형 0.10gcm, 커플질량불균형 3.47gcm²임을 확인하였다.
본 결과는 정적질량불균형 2회, 커플질량불균형 2회 보정을 통해 이루어졌으며, 힘은 99.12%, 토크는 98.05% 저감하였다. 그리고 질량불균형 보정 이후의 질량불균형량은 정적질량불균형 0.
0mm)로 나타낼 수 있다. 이때의 결과를 확인하면, 힘은 정적질량불균형으로 인해 발생하는 원심력임을 확인할 수 있으며, 위상은 0도 지연임을 확인할 수 있다.
이를 통해 수직 측정 시 Z축 상의 거리는 2.1.2장과 동일하게 정적질량불균형의 토크에만 영향을 주고, 정적질량불균형의 힘/커플질량불균형의 힘/커플질량불균형의 토크에는 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있다.
이를 통해 수평 측정 시 Z축 상의 거리는 정적질량불균형의 토크에만 영향을 주고, 정적질량불균형의 힘/커플질량불균형의 힘/커플질량불균형의 토크에는 영향을 주지 않는 것을 확인할 수 있다.
측정의 위치가 회전체의 회전 중심에서 이동될 때의 영향에 대해 M&S를 기반으로 수식적 분석을 수행하였으며, 실측값이 이와 일치된 값으로 나왔음을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	자이로스코픽 토크 원리란 무엇인가?	자이로스코픽 토크 원리란 빠르게 회전하고 있는 물체에 수직인 축으로 회전을 하게 되면 이 두 축의 수직인 축으로 토크가 발생하는 것이다. 이 때 Fig.
	CMG의 장점은 무엇인가?	CMG는 작은 에너지를 이용하여 순간적으로 높은 토크를 얻을 수 있는 장점이 있다. 이에 최근 위성과 선박의 자세 제어 등에 많은 활용이 되고 있다[1].
	자이로스코픽 원리는 어떤 방향으로 활용되고 있는가?	이러한 자이로스코픽 원리는 주로 2가지 방향으로 활용된다. 첫 번째는 DTG(Dynamic Tunned Gyroscope)로써, 모멘트(#)를 일정하게 하고 토크(#)를 측정하여 공간좌표상 각속도(#)를 측정하는 것이다. 두 번째는 ‘제어모멘트자이로’ (Control moment gyroscope, 이하 ‘CMG’)이며, 모멘트를 일정하게 하고 각속도를 발생시켜 토크를 얻는다.

참고문헌 (10)

Lee, S. H., Kim, D. K., Kim, Y. B., Yong, K. L., Choi, D. S., Park, D. H. and Kim, I. J., "Development of 100Nm-class Control Moment Gyroscopes for Industrial Applications," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 43, No. 2, February 2015, pp. 172-178.

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ISO 1925:2001, pp.10.
Jang, E. J., Song, T. S., Song, D. K., Jung, H. Y., Kang, K. H. and Seo J. B., "Study of Flywheel for Actuator of Satellite Attitude Control Considering Balancing of Static Imbalance," The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences Fall Conference, November 2017, pp. 364-365.
Cheon, D. I., Choi, D. G., Jang, E. J. and Oh, H. S., "Disturbance reduction on the small satellite actuator," 2011 2nd International Conference on Instrumentation Control and Automation, November 2011, pp. 31-34.
Kim, D. K., Oh, S. H., Yong, K. L. and Yang, K. H., "Numerical study on a Reaction Wheel and Wheel-Disturbance Modelling," Journal of the Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, 2010, pp. 702-708.
Lee, S. Y. and Song, M. S., "Study on the Dynamic Behavior Characteristics due to the Unbalance High Speed Railway Vehicle Wheel," Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, July 2016, pp. 175-181.
Koo, J. H., Kwon, S. G. and Kim, J. S., "Analysis of Dynamic Behavior and Balancing of High Speed Spindle," Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, Vol. 18, No. 1, 2017, pp. 238-244

원문보기 상세보기
Yeo, S. M., Park, T. G. and Kang, M. S., "Feedforward Compensation of Mass Unbalance Torque for 2-DOF Gimbal System," Korean Society for Precision Engineering, pp. 369-370.
Song, S. H., Park, Y. J. and Chung, S. C., "On-line Balancing of a Ultra-high speed Rotor with Residual Unbalance," Journal of the Korean Society of Machine Tool Engineers, Vol. 7, No. 1, February 1998, pp. 51-57.
Myung, H. S., Lee, H. J. and Bang, H. C., "Analytic Modeling of Control Momentum Gyro," The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, April 2006, pp. 822-825.

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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