[논문]전자석 현가 시스템의 부상 공극 주파수 응답 해석

한형석; 임봉혁; 이남진; 문석준; 정정훈

[국내논문] 전자석 현가 시스템의 부상 공극 주파수 응답 해석
Frequency Analysis of an Electromagnetic Suspension System to Variations in the Height of the Guideway 원문보기

한형석 (한국기계연구원, e-엔지니어링연구센터) , 임봉혁 (충남대학교 대학원) , 이남진 ((주) 로템) , 문석준 (한국기계연구원, e-엔지니어링연구센터) , 정정훈 (한국기계연구원, e-엔지니어링연구센터)

Electromagnetic suspension, the suspension system used for Maglev trains, is now being applied to urban and inter-city transportation systems, offering environmental benefits. This suspension system is actively controlled to stabilize the suspended vehicle as it runs over an elevated guideway, which, for various reasons, may have deviations in its height. For this reason, frequency responses of the suspension to height deviations must be predicted in the system design cycle. The equations of motion of the electromagnetic suspension employing the 5 state feedback control law are derived for frequency analysis. The results of this paper could be used to determine design requirements for the urban Maglev transportation system currently under development in Korea.

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문제 정의

본 논문은 전형적 상태 피드백 제어 법칙을 사용하는 전자석 현가 시스템의 가이드웨이 높이편차에대한 공극 편차 주파수 응답을 해석하는데 목적이 있다. 공극 편차 응답 해석 결과는 가이드웨이의 불규칙도 수준, 가이드웨이 처짐량, 가이드웨이 고유진동수의 설계에 활용할 수 있는 것이다.

제안 방법

전자석 현가 시스템의 가이드웨이 높이 편차에 따른 공극 편차 주파수 응답을 해석을 위한 운동 방정식을 유도하였다. 그 결과를 통하여 가이드웨이 높이 편차 주파수가 높아질수록 공극의 편차도 전반적으로 증가하는 것을 알 수 있었다.

성능/효과

부상 공극 편차를 제한하기 위한 가이드웨이 높이 편차 요인들의 주파수 및 진폭 특성에 대한설계에 응용할 수 있다. 결과를 통하여 가이드웨이 높이 변동의 주파수는 낮을수록 좋은 것을 알 수 있다.
가이드웨이의 구조상 가이드웨이의 유연성 이 전자석 현가 시스템과 동적 상호작용을 일으켜 차량의 부상안정성을 비롯한 주행특성에 영향을 미친다. 결과적으로 차량 주행 시 가이드웨이의 정적 처짐, 동적 상호작용에 의한 진동 및 가이드웨이 조인트와 가이드웨이 표면 불규칙도에 의하여 가이드웨이 높이 편차가 발생한다, 이 높이 편차로 인하여 전자석 현가 시스템의 공극도 편차를 일으키며, 이 공극 편차를 일정한범위내로 유지하기 위하여 전압을 제어한다. 만일, 가이드웨이의 높이 편차를 추종하면서 미리 정해진공극 편차 범위를 만족하지 못한다면 현가 시스템은 불안정하게 된다.
유도하였다. 그 결과를 통하여 가이드웨이 높이 편차 주파수가 높아질수록 공극의 편차도 전반적으로 증가하는 것을 알 수 있었다. 약 12 Hz에서는 최대 공극 편차 응답을 보이기도 하였다.

후속연구

공극 편차 주파수 응답을 해석하는데 목적이 있다. 공극 편차 응답 해석 결과는 가이드웨이의 불규칙도 수준, 가이드웨이 처짐량, 가이드웨이 고유진동수의 설계에 활용할 수 있는 것이다. 현재, 국내에서 도시형자기부상열차 실용화사업이 진행 중이며, 새로 건설되는 가이드웨이의 진동특성, 가이드웨이 처짐 및 불규칙도 수준을 결정하기 위해서는 가이드웨이 높이 편차에 따른 공극 응답 해석이 요구된다.
약 12 Hz에서는 최대 공극 편차 응답을 보이기도 하였다. 본 논문의 결과는 적용하여 부상 공극 편차를 목표 범위 내로 유지하기 위한 차량 속도, 차량 중량, 가이드웨이 경간 길이, 가이드웨이 처짐량, 가이드웨이 고유 진동수를 결정하는데 활용할 수 있다.
정식화된 전달함수를 이용하여 주파수 응답 해석이 이루어진다: 마지막으로 해석 결과에 대한 분석이 이루어진다. 본 연구의 결과는 현재 진행 중인 도시형 자기부상열차 실용화사업에 응용하여 현가 시스템 및 가이드웨이 구조적 설계에 이용 가능할 것으로 기대한다.

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