초록 ▼

초음파 모터는 종전의 전자기를 사용한 모터와는 달리 초음파 영역의 기계진동을 마찰력을 통함으로써 기계적 출력으로 변환하는 것이다. 이는 초음파진동을 구동 원으로 한 새로운 원리의 모터로써 저속회전에 적합하며 기어헤드를 사용하지 않아Noise 억제에 용이하다 또한 내구성과 내환경성이 뛰어나며 자기의 영향을 받지 않는 내자기성을 갖는다. 이러한 이유 때문에 Noise에 의한 영향이 기존 전자기형의 모터에 비해서무시할 수 있을 정도로 감소된다. 초음파 모터는 외부 온도의 변화나 연속운전에 의한 발열에 의하여 모터 자체 온도가

초음파 모터는 종전의 전자기를 사용한 모터와는 달리 초음파 영역의 기계진동을 마찰력을 통함으로써 기계적 출력으로 변환하는 것이다. 이는 초음파진동을 구동 원으로 한 새로운 원리의 모터로써 저속회전에 적합하며 기어헤드를 사용하지 않아Noise 억제에 용이하다 또한 내구성과 내환경성이 뛰어나며 자기의 영향을 받지 않는 내자기성을 갖는다. 이러한 이유 때문에 Noise에 의한 영향이 기존 전자기형의 모터에 비해서무시할 수 있을 정도로 감소된다. 초음파 모터는 외부 온도의 변화나 연속운전에 의한 발열에 의하여 모터 자체 온도가 부단히 변하고 있다. 진동자의 공진성은 온도에 따라 변화하므로 적정한 진폭을 얻기 위한 발진주파수는 온도에 영향을 받는다. 상온(+20∼30℃)에서 모터의 운전은 특성의 변화가 없지만 그 이외의 온도 영역에 있어서는 모터의 특성의 저하가 발생한다 즉 모터의 속도, 구동주파수 및 구동전류가 감소되어 큰 토크를 낼 수가 없게 된다.본 연구는 이러한 온도 상승의 조건하에서도 원래의 구동주파수를 추종할 수 있도록 퍼지제어기를 도입하였다. 초음파 모터 자체의 개발은 일본 및 선진국에서 이뤄져 시제품이나와 있지만 기존의 제어방법 및 온도 보상을 고려치 않는 제어기를 사용하고 있다. 초음파 모터의 구동을 위해 20㎑이상의 고주파전원을 필요로 하여 이에 관한 구동원으로써는 고주파 2상 공진형 인버터를 제작하여서 대체하고자 하며 공진주파수와 발진주파수의 비가 1인 것을 따져서 제어기법이 결정되므로 이에 관한 데이터는 엔코더의 피드백치를 통해서 퍼지제어기로써 보상하고자하며 이를 초음파모터 운전시 발생하는 온도상승의 보상을 고려하기 위한 새로운 제어기법의 제어기로써 사용하였다.본 연구에서는 초음파모터 운전시 온도 보상을 고려한 새로운 기법의 제어기를 개발하여서 효율 및 고토크를 얻을 수 있었다. 이를 위해 본 연구에서는 초음파모터의 운전시 마찰에의한 온도상승과 이에따른 속도 및 토크변동을 보상하기위해서 주파수 및 위상제어방법을 퍼지제어기법을 도입하였고 전용제어기로서 80C196KC 마이크로컨트롤러를 채택하였다.C언어를 이용한 프로그램을 구성하였고, 초음파모터가 온도상승시 원래의 속도에 20%이상의 편차를 가지고서 운전할 때 제어기의 동작으로 속도 및 토크보상을 얻었다. 이와같이본 연구의 결과는 로보트 액추에이터로 사용되는 초음파모터의 온도상승에대한 보상기로서운전 및 시스템 안전운전에 기여할 것이다.

Abstract ▼

The electromechanical energy conversion conditioning andprocessing implementation in USM direct motion control system is generally dividedinto two power stages : the two-phase high-frequency ac power inversion stage fordriving piezoelectric ceramic PZT transducer array off the USM

The electromechanical energy conversion conditioning andprocessing implementation in USM direct motion control system is generally dividedinto two power stages : the two-phase high-frequency ac power inversion stage fordriving piezoelectric ceramic PZT transducer array off the USM stator and themechanical thrust power conversion stage based on the frictional force between thepiezo electric stator array and the rotary slider of the USM.However, the dynamic and steady-state mathematical modeling of the USM isextremely default from a theoretical point of view because it contains many complicatedan nonlinear characteristics dependant on operation temperature.In +20℃∼30℃, the USM motor operation character has represented normalcondition. But the other temperature, USM operation characteristic has abnormalcondition, that is driving frequency, drive current and r.p.m is down. The recent USMhas controller without temperature compensation. This study aimed at fuzzy controllerwhich must follow the driving frequency at operation temperature and then r.p.m andtorque increase.In this research, 80C196KC controller is used in fuzzy controller - frequency, phasecontrol method - , and C language is adopted program language. When the Ultrasonicmotor decrease about 20 percentage of normal speed, the controller has to operate, andthen the USM overcome normal speed.The results analysis method developed in this study was applied to USM, the resultof which proved to be satisfactory. The results obtained during this research willcontribute actuator of Robot and other industry and improved compensation of speed andtorque with USM temperature.

목차 Contents

• 1. 서론...10
• 1.1 연구배경...10
• 1.2 연구목적...12
• 1.3 연구의 내용, 범위 및 방법...12
• 2. 초음파 모터...14
• 2.1 초음파 모터 원리...14
• 2.1.1 슬라이더 구동형 초음파 액추에이터의 구동원리...14
• 2.1.2 평면형 초음파 액추에이터...15
• 2.1.3 6각형 평면형 초음파 액추에이터...16
• 2.2 시스템 개요...18
• 2.2.1 초음파모터의 구조...18
• 2.2.2 진행파 발생과 동작원리...18
• 2.3 초음파모터의 온도특성...27
• 3. 퍼지논리제어기...29
• 3.1 퍼지화부...29
• 3.2 의사결정논리...31
• 3.3 비퍼지화부...35
• 4. 초음파 모터의 속도 구현...37
• 5. 퍼지제어기개발...39
• 5.1 퍼지제어기를 이용한 주파수 제어...39
• 5.2 퍼지제어기를 이용한 위상각 제어...41
• 6. 시뮬레이션 및 고찰...44
• 7. 적용 실험 및 결과 검토...46
• 7.1 PI제어에 의한 속도제어...46
• 7.2 주파수제어에 의한 속도제어...46
• 7.3 위상차제어에 의한 속도제어...50
• 7.4 결과검토...56
• 8. 결론...57
• 인용문헌...58
• 연구수행관련 논문발표 목록서...61
• 자체평가서...62
• 부록...63