본 논문에서는 제어모멘트자이로 내 짐벌과 모멘텀 휠의 제어로직에 대해 기술하였다. 우선 소모전력과 안정도(이득여유, 위상여유)를 고려하여 모멘텀 휠의 제어로직을 설계하였다. 두 번째로는 진동흡수장치의 공진과 안정도를 고려하여 짐벌의 제어로직을 설계하였다. 세 번째로는 제어 모멘트자이로에서 발생하는 힘과 토크를 측정하기 위한 장치 구성에 대해 기술하였으며, 네 번째로는 모멘텀 휠과 짐벌의 주파수응답 및 시간응답 시험 결과를 나타내었다. 그리고 마지막으로 제어 모멘트자이로를 통해 발생한 힘과 토크를 실험적으로 측정하여 나타내었다.
본 논문에서는 제어모멘트자이로 내 짐벌과 모멘텀 휠의 제어로직에 대해 기술하였다. 우선 소모전력과 안정도(이득여유, 위상여유)를 고려하여 모멘텀 휠의 제어로직을 설계하였다. 두 번째로는 진동흡수장치의 공진과 안정도를 고려하여 짐벌의 제어로직을 설계하였다. 세 번째로는 제어 모멘트자이로에서 발생하는 힘과 토크를 측정하기 위한 장치 구성에 대해 기술하였으며, 네 번째로는 모멘텀 휠과 짐벌의 주파수응답 및 시간응답 시험 결과를 나타내었다. 그리고 마지막으로 제어 모멘트자이로를 통해 발생한 힘과 토크를 실험적으로 측정하여 나타내었다.
This paper presents the control logic for the momentum wheel and gimbals in the CMG system. First, the design of the control logic for the momentum wheel is described in consideration of the power consumption and stability. Second, the design of the control logic for the gimbals considering the reso...
This paper presents the control logic for the momentum wheel and gimbals in the CMG system. First, the design of the control logic for the momentum wheel is described in consideration of the power consumption and stability. Second, the design of the control logic for the gimbals considering the resonance of the vibration absorber and stability is explained. Third, the measurement configuration for the force and torque generated by the CMG is described. Fourth, the results of the frequency and time response test of the momentum wheel and gimbals are shown. Last, the measurements of the force and the torque generated through the CMG are explained.
This paper presents the control logic for the momentum wheel and gimbals in the CMG system. First, the design of the control logic for the momentum wheel is described in consideration of the power consumption and stability. Second, the design of the control logic for the gimbals considering the resonance of the vibration absorber and stability is explained. Third, the measurement configuration for the force and torque generated by the CMG is described. Fourth, the results of the frequency and time response test of the momentum wheel and gimbals are shown. Last, the measurements of the force and the torque generated through the CMG are explained.
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문제 정의
주파수 응답 결과를 통해 M&S와 실험의 유사성을 증명하였으며, Step과 ramp 입력에 대한 시간응답 결과(제어 타입 포함)를 기술하였다. 그리고 이렇게 제어될 때의 CMG발생토크에 대해 시간응답 결과로 보여주었다.
본 논문에서는 위성 SAR 시스템에 적용되는 Variable speed CMG의 모멘텀 휠과 짐벌의 제어 로직에 대해 기술하였다. 모멘텀 휠은 소모전력을 고려하여 대역폭이 0.
제안 방법
대형급 개발 CMG는 모멘텀 휠(이하 MWA), 짐벌 (이하 GMA), 진동흡수장치, 제어기로 구성되는데 (Fig. 2 참조), 본 논문에서는 모멘텀 휠과 짐벌의 제어 로직을 간략히 기술하였으며[3, 4], Matlab/Simulink 를 이용하여 모델링 및 시뮬레이션 하였으며[5-14], 시험결과에 대해 기술하였다[15-19].
대해 기술하였다. 모멘텀 휠은 소모전력을 고려하여 대역폭이 0.5Hz 이하가 되도록 설계하였으며, 짐벌은 진동흡수장치의 공진을 고려하여 대역폭이 11.4Hz 근방이 되도록 설계하였다. 주파수 응답 결과를 통해 M&S와 실험의 유사성을 증명하였으며, Step과 ramp 입력에 대한 시간응답 결과(제어 타입 포함)를 기술하였다.
3과같이 설계하였다. 이때 GMA의 각속도 제어는 MWA 의 제어와 동일하게 PI 제어를 적용하였으며, 제어 루프의 타입은 1로 설계하였다.
이때, 진동흡수장치의 5개 축 상 최소공진주파수가 16Hz와 GMA의 반응속도를 고려하여 대역폭을 11.3Hz 근방이 되도록 설계하였다(Fig. 8 참조). 그리고 Fig.
이로 인해 모멘텀 휠은 대역폭이 0.5Hz를 초과하지 않아 정상상태에서의 제어기 출력의 표준편차가 적게 되도록 설계하였다. 그리고 Fig.
4Hz 근방이 되도록 설계하였다. 주파수 응답 결과를 통해 M&S와 실험의 유사성을 증명하였으며, Step과 ramp 입력에 대한 시간응답 결과(제어 타입 포함)를 기술하였다. 그리고 이렇게 제어될 때의 CMG발생토크에 대해 시간응답 결과로 보여주었다.
진동흡수장치는 고무 재질을 사용하여 설계를 하였으며, 모멘텀 휠 회전 주파수에서 X, Y, Z 축 방향 및 X, Y의 회전 방향에 대해 –3dB 이하가 되도록 설계하였다. 이때, 진동흡수장치의 5개 축 상 최소공진주파수가 16Hz와 GMA의 반응속도를 고려하여 대역폭을 11.
대상 데이터
힘과 토크를 측정하기 위해서 Kistler 사의 9255C 를 사용하였으며, 바닥으로부터 전달되는 외력을 배제하기 위해 Newport사의 S-2000A를 사용하였다. 그리고 9255C의 값을 획득하기 위해 NI사의 DAQ 를 사용하였다.
이론/모형
MWA의 각속도 제어는 정상상태 오차를 없애기 위해 PI 제어를 적용하였다(Fig. 3 참조). 정상 상태에서의 노이즈 및 외란으로 인한 떨림을 최소화하기 위해 D는 적용하지 않았다.
그리고 주파수응답 시험 수행을 위해 Keysight사 Dynamic signal analyzer인 35670A를 사용하였으며, 흡진기는 Off상태로 수행하였다.
성능/효과
그리고 본 연구에서는 진동흡수장치의 사용으로 짐 벌의 속도제어의 대역폭을 상대적으로 낮게 설계하였으나, 진동흡수장치를 사용하지 않는다면 보다 높은 이득을 확보하여 토크의 정확도를 확보할 수 있다. 이에 실제 위성에 적용 시에는 보다 면밀한 검토가 필요할 것으로 판단된다.
11참조). 그리고 위상여유 76.5deg, 이득 여유 21.7 dB의 시스템 안정도를 확보하였다(Fig. 12 참조).
본 시험의 결과는 진동흡수장치가 장착되지 않은 상태에서 측정된 값이며, 진동흡수장치가 장착되면, MWA의 회전 주파수로 인해 발생하는 진동은 1/10 이하로 줄어들 것으로 기대된다.
후속연구
이는 GMA 가 진동/충격 등의 환경조건을 고려하여 높은 강성을 가지도록 설계하여 베어링 마찰토크 및 모터의 토크 리플 값이 컸기 때문으로 판단된다. 향후 적용 위성 및 이에 따른 환경조건(진동, 충격)이 결정되면 강성을 상대적으로 낮출 필요가 있을 것으로 판단된다.
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