[논문]선형자기액츄에이터를 장착한 능동동조질량시스템의 개발과 능동진동제어

이행우; 곽문규; 김기영

[국내논문] 선형자기액츄에이터를 장착한 능동동조질량시스템의 개발과 능동진동제어
Development of Active Tuned Mass Damper System Equipped Linear Magnetic Actuator and Active Vibration Control 원문보기

이행우 (동국대학교 기계공학과) , 곽문규 (동국대학교 기계로봇에너지공학과) , 김기영 (동국대학교 기계공학과)

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문제 정의

ATMD 를 구현하는데 있어 가장 중요한 부품은 질량을 구동하는 액츄에이터이다. 본 연구에서는 이전 연구에서 개발된 자기 액츄에이터(Linear Magnetic Actuator, LMA)를 이용해 동조질량감쇠기의 구현 가능성을 조사하였다. 본 연구에서 사용한 LMA 는 영구자석과 코일로 이루어져 있으며 간단한 구조로 되어 있어 보다 손쉽게 구조물에 적용할 수 있다.
본 연구에서 사용한 LMA 는 영구자석과 코일로 이루어져 있으며 간단한 구조로 되어 있어 보다 손쉽게 구조물에 적용할 수 있다. 본 연구에서는 LMA 를 이용해 ATMD 를 구성하고 이를 간단한 구조물에 부착시켜 능동진동제어 효과를 조사하였다. 능동진동제어 방법으로는 양변위 되먹임(Postive Position Feedback, PPF)와 PID 제어가 고려되었다.
본 연구에서는 이전에 개발된 LMA 를 이용하여 능동동조질량감쇠기를 구현하고 이를 구조물의 능동진동제어에 응용하는 방법을 조사하였다. 간단한 능동진동제어실험을 통하여 LMA 가 ATMD 의 부품으로 사용 가능함을 확인하였으며 능동진동제어 효과 또한 충분함을 확인하였다.

제안 방법

그림에서 알 수 있듯이 Linear Motion Guide 위에 일층 건축물과 유사한 일자유도 진동계 장치를 부착하고 이 구조물의 상단에 LMA 를 액츄에이터로 사용하는 ATMD 를 장착하였다. 자유진동실험을 통해 전체 구조물의 기본 진동수는 4.

대상 데이터

구조물을 수평 방향으로 가진 하기위해 함수발생기, 가진기 앰프, Mini Shaker(B&K, 2706)가 사용되었다.

이론/모형

PZT 센서의 신호는 Charge 앰프를 증폭되고 Charge 앰프의 신호는 dSpace 사의 DS1104 보드의 A/D 로 전달된다. 제어 알고리즘은 Simulink 를 이용해 구현되었으며 A/D 값을 이용 적절한 제어 값을 산출하게 되어 있다. 제어 값은 D/A 단자를 통해 구동 앰프(B & K , 2706)로 연결되어 LMA 를 움직이게 된다.

성능/효과

능동진동제어 방법으로는 양변위 되먹임(Postive Position Feedback, PPF)와 PID 제어가 고려되었다. 실험 결과는 LMA 가 ATMD 에 적합함을 보여준다. 본 연구를 통해 LMA 가 진동억제에 효과적으로 사용될 수 있음이 입증되었다.
실험 결과는 LMA 가 ATMD 에 적합함을 보여준다. 본 연구를 통해 LMA 가 진동억제에 효과적으로 사용될 수 있음이 입증되었다.
그림에서 알 수 있듯이 Linear Motion Guide 위에 일층 건축물과 유사한 일자유도 진동계 장치를 부착하고 이 구조물의 상단에 LMA 를 액츄에이터로 사용하는 ATMD 를 장착하였다. 자유진동실험을 통해 전체 구조물의 기본 진동수는 4.3Hz 임을 알 수 있었다. 구조물의 진동 변위를 감지하기 위해 PZT 센서를 구조물의 보 하단에 부착하였다.
3Hz로 가진하고 PPF 제어기를 구동한 후의 센서 응답을 보여준다. 제어된 후의 센서 진폭을 관찰해보면 원래 진폭의 25% 정도로 감소 되는 것을 확인할 수 있다.
본 연구에서는 이전에 개발된 LMA 를 이용하여 능동동조질량감쇠기를 구현하고 이를 구조물의 능동진동제어에 응용하는 방법을 조사하였다. 간단한 능동진동제어실험을 통하여 LMA 가 ATMD 의 부품으로 사용 가능함을 확인하였으며 능동진동제어 효과 또한 충분함을 확인하였다. 차후 LMA 의 이론모델을 정립하고 좀 더 나은 성능을 위한 구조로 개선할 예정이다.

후속연구

본 연구에서는 이전 연구에서 개발된 자기 액츄에이터(Linear Magnetic Actuator, LMA)를 이용해 동조질량감쇠기의 구현 가능성을 조사하였다. 본 연구에서 사용한 LMA 는 영구자석과 코일로 이루어져 있으며 간단한 구조로 되어 있어 보다 손쉽게 구조물에 적용할 수 있다. 본 연구에서는 LMA 를 이용해 ATMD 를 구성하고 이를 간단한 구조물에 부착시켜 능동진동제어 효과를 조사하였다.
간단한 능동진동제어실험을 통하여 LMA 가 ATMD 의 부품으로 사용 가능함을 확인하였으며 능동진동제어 효과 또한 충분함을 확인하였다. 차후 LMA 의 이론모델을 정립하고 좀 더 나은 성능을 위한 구조로 개선할 예정이다.

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