• Title, Summary, Keyword: 진동제어

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압전재료를 이용한 지능구조물의 능동 진동제어

  • 곽문규
    • Journal of KSNVE
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    • v.5 no.3
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    • pp.292-302
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    • 1995
  • 압전재료를 이용한 능동진동제어에 관한 연구동향과 연구결과를 살펴보았다. 능동 진동제어에 사용되고 있는 감지기/작동기들 중 압전세라믹은 몇 가지 장점을 지니고 있어 그 적용에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있는 것이 현실이며 실제 구조 물로의 적용이 이루어지고 있다. 압전세라믹을 이용한 진동제어는 박판으로 이루어진 국부구조물의 진동제어에 적합하며 그래서 자동차의 진동소음제어, 위성체 태양판의 진동제어에 사용할 수 있고 또한 겹쳐놓은 형태의 압전세라믹은 트러스 구조물의 능동 멤버로 활용할 수 있다. 이렇게 겹쳐놓은 압전세라믹 구조는 진동 고립(vibration isolation)을 원하는 장비의 지지대로 사용할 수 있어 그 응용분야가 넓다. 최근까지 도 압전세라믹을 이용한 진동제어는 주로 외팔보, 또는 평판과 같은 단순한 기하학적 형상을 가진 구조물에 국한되어 연구가 진행되어 왔고 제어기법 또한 그동안 전기 제어분야에서 개발되어 온 기법들을 적용하는 현상을 보였는데 구조물의 자유도가 무한대임을 고려할때 앞으로 구조물에 합당한 제어기법의 개발이 요망된다고 하겠다. 이 논문에서 선보인 PPF와 SRF 제어 기법은 필자가 간단히 회로를 구성하여 실험을 수행하였는데 압전재료의 진동제어 기법으로 단순하면서도 효율적인 제어기법이라고 말할 수 있다. 압전재료를 이용한 진동제어에 관한 국내의 연구활동이 미미한 상태 이으로 이분야에 대한 연구자들의 관심을 모을 필요가 있다. 압전세라믹 감지기와 작동기의 설치는 그동안 압전세라믹 판을 직접 구조물에 접착시킨 형태로 진행되었 는데 새로운 형태의 압전세라믹 작동기의 개발이 시급하다. 이는 높은 전압을 필요로 하는 진동제어는 필수적으로 커다란 부대시설을 요구하게 됨으로 전압을 높이지 않고 도 진동제어를 효율적으로 할 수 있는 압전세라믹의 제조가 필요하다고 하겠다. 필자 는 이런 목적으로 다층 압전세라믹(multilayer piezoceramic plate)을 제작한 적이 있었는데 실험결과는 신통치 않았다. 또한 압전세라믹을 길고 얇은 조각으로 잘라 사용하는 방법로 있었으나 세라믹의 절단시 다이아몬드 컷터를 사용해야 되어 제작이 곤란했다. 또한 압전세라믹이 부서지기 쉬운점을 개선한다면 진동제어에 있어 아주 효과적인 감지기/작동기가 될 수 있을 것이다.

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A Design Method Suboptimal Control of Flexible Structure Vibration (유연한 구조물의 진동제어를 위한 부최적제어기의 설계방법에 관하여)

  • 조영준;조형석
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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    • v.9 no.2
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    • pp.222-231
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    • 1985
  • 유연한 구조물의 진동은 이론적으로는 무한개의 진동모우드를 포함하고 있기 때문에 진동을 감 소시키기 위한 제어시스탬을 설계할 때에는 유한개의 진동모우드로 진동하고 있다는 가정하에서 제어기를 설계하는 것이 보통이다. 그러나 이러한 방법으로 구조물 진동을 제어할 때에는 설계 시에 제외된 잔류 진동모우드에 의해서 오히려 구조물의 진동이 더욱 심하게 되어 안정성을 해 치는 결과를 낳는 수가 있다. 본 연구에서는 잔류 모우드에 의한 불안정성을 제거하기 위해 최 적제어 이론을 바탕으로 제어이론을 개발하였다. 구조물 진동이 안정화되기 위한 필요조건을 제시하였고 외팔보 진동의 예를 시뮬레이션하여 제어이론을 증명하였다.

헬기 로터시스템 진동 제어를 위한 신기술 동향- TEF (Trailing Edge Flap) 중심으로-

  • Kim, Deok-Gwan;Kim, Do-Hyeong;Hong, Dan-Bi;Gi, Yeong-Jung;Lee, Je-Dong;Kim, Seung-Ho
    • Current Industrial and Technological Trends in Aerospace
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    • v.4 no.1
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    • pp.34-43
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    • 2006
  • 헬기는 비행에 필요한 추력, 모멘트 및 조종력을 회전하는 로터시스템에서 발생시키기 때문에 근본적으로 진동이 많이 생기는 항공기이다. 로터시스템의 회전에 의해 발생되는 진동소스를 제어함으로써 헬기 동체에 전달되는 진동을 감소시키고자 하는 연구들이 지금까지 수많이 진행되었다. 이러한 연구들을 크게 두 가지로 분류하면, 수동적 진동제어 방법과 능동적 진동제어 방법으로 나눌 수 있다. 수동적 진동제어 방법은 그간 오랫동안 연구되어 현재 운용 헬기에 실제적으로 적용되고 있으나 능동적 진동제어 방법은 최근까지 활발한 연구가 진행되고 있는 상태이다. 본 논문의 서론에서는 헬기 진동제어를 위한 일반적인 방법에 대한 개요를 소개하였다. 본문은 로터시스템 진동제어 기술 중 최근까지 연구가 진행되고 있는 능동적 진동제어 방법을 중심으로 기술하였다. 특히 최근 비행시험에 성공하여 거의 실용화 단계에 이르고 있는 PZT를 이용한 Trailing Edge Flap 기술, Active Twist Rotor 등을 중점적으로 소개하였다. 마지막으로 유로콥터 BK117의 ADASYS 로터 시스템 성공사례 및 향후 해결해야 할 기술적 제한사항 등을 간략하게 기술하였다.

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Active vibration control of 2 D.O.F model by electromagnetic actuator (전자기 액튜에이터에 의한 2자유도 모델의 능동 진동제어)

  • Hur, Shin;Ha, Seong-Do;Choe, Kang-Youn
    • Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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    • pp.252-257
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    • 1995
  • 전자기력을 이용한 능동 진동제어는 1979년 Ellis 및 Mote가 원형 톱의 횡 진동의 감쇠에 관한 연구를 수행하였고, 1990년 Hong Su 및 T.S.Sankar등은 시스템의 절대 위치, 절대 속도 및 상대 위치 등의 제어 변수에 대하여 전자기 액튜에이터의 동적 특성이 진동 절연 성능에 미치는 영향에 관한 연구를 하였다. 본 연구는 상부질량과 하부질량이 스프링으로 연결된 2자유도 모델의 능동 진동제어에 대하여 이론해석과 실험해석을 수행하고 각각의 결과를 비교하였다. 실험모델은 직선운동 가이드에 설치된 2개의 질량과 하나의 전자기 액튜에이터를 이용하였다. 진동제어 방법으로서는 모우드 해석에 의한 제어, 스카이 훅 감쇠 제어, Viscous damping 제어 방법을 적용하였다. 본 연구의 목적은 이론해석 결과와 실험 결과를 비교하고 비슷한 제어효과에 대해서 에너지 소비가 작은 효율적인 제어방법을 찾는데 있다.

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Torsional Vibration Control of a Rotating Shaft in Starting and Stopping Process (회전축의 기동.정지시의 비틀림 진동제어)

  • 김중배;이상조;박영필
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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    • v.16 no.3
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    • pp.459-467
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    • 1992
  • 본 연구에서는 비틀림 진동계에 있어서의 비틀림 진동현상을 억제하도록 제어 하기 위하여 최적제어 이론에 기초한 모델추종법을 비틀림 진동계에 적용하였다. 디 지탈 컴퓨터에 의한 제어를 위하여 제어 알고리즘은 디지탈 설계로 되어 있다. 제어 는 각속도와 비틀림 진동제어의 양면으로 수행되며, 축의 각속도는 모델의 출력을 추 종하게 되며 이와 동시에 비틀림각도 감소하게 된다.

A study on the vibration Control System of Ship Superstructure wit Dynamic Characteristics (가변 동 특성을 갖는 선박 거주구의 진동제어 시스템에 관한 연구)

  • 엄재광;조대승;한성용
    • Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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    • pp.963-972
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    • 2002
  • 선박 거주구는 승무원 및 여객들이 상주하는 곳으로서 대형 상선의 경우 주선체 상부에 건물형태의 높은 구조이므로, 선박의 불균형력과 프로펠러 기진력으로 인해 주 선체와 연성되어 진동이 발생한다. 대형상선의 거주구는 육상구조물과는 달리 주선체와 마찬가지로 강성은 일정하나 화물적재량의 변화에 따라 선박 거주구의 유효질량이 변화함으로 가변적인 진동특성을 갖는 구조물 중의 하나이다. 본 연구에서는 가변 동특성을 갖는 대형상선의 거주구 진동을 수동형 및 능동형 흡진장치를 통하여 제어할 경우 거주구의 고유진동수 변화에 따른 제어성능의 변화를 반영할 수 있으면서도 제어성능과 안정성이 뛰어난 강건제어 시스템의 설계 가능성을 수치 시뮬레이션을 통하여 확인하고자 하였다. 적용대상은 진동문제가 많이 발생하는 컨테이너 운반선과 초대형 원유운반선의 거주구 진동특성을 3차원 유한 요소법을 이용하여 검토하고, 실험적인 방법으로는 거주구 형태의 구조물의 질량변화에 대한 동조형 흡진기의 제어성능을 시험과 선형이차 진동제어 장치의 진동제어성능 실험결과를 소개하고자 한다.

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고층건물의 진동제어

  • 윤정방;김상범
    • Computational Structural Engineering
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    • v.7 no.1
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    • pp.25-30
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    • 1994
  • 본 고에서는 강한 바람이나 지진에 의한 고층 구조물의 진동을 감소시키기 위하여, 능동제어장치가 효과적으로 사용될 수 있음을 보이었다. 그러나 능동제어장치를 실제 구조물에 널리 적용하기에는 아직 많은 문제점들이 남아있다. 첫째, 효과에 비해 고가의 진동제어장치가 필요하며 유지관리에도 많은 비용이 필요하다. 또한 진동제어장치가 원활히 작동하기 위해서는 계속된 에너지의 공급이 있어야 하는데, 지진과 같은 과도한 구조물의 진동시 이를 보장할 수는 없다. 그러므로 극한상황에서는 진동을 오히려 증폭시킬 수도 있다. 둘째, Control Force의 산정시 사용되는 목적함수의 가중행렬을 결정하는 정형화된 방법이 아직 존재하지 않으며 효율적인 산정을 위해서는 많은 시행착오가 필요하다. 그밖에도 복잡한 실제 구조물의 단순한 모형화에 따라서 여러 문제점들이 발생하기 쉬우며, 실제 제어시에는 시간지연효과나 측정되지 못한 거동에 의한 문제 등이 있다. 구조물의 진동 저감방안에 대한 지금까지의 연구결과로는, 일반적인 경우에 있어서는 Base Isolator와 같이 재료의 감쇠특성을 이용하는 방법이 추천되고 있으나, 현재 내진설계된 고층건물과 같은 대형 구조물의 진동제어 등의 몇몇 경우에 있어서 능동제어의 필요성이 인정되고 있다. 좀더 안정적이고 효율적인 제어기법의 개발에 의해 많은 실제 구조물에 적용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대된다.

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Performance Estimation of Semi-active Real-time Feedback Vibration Control System (준능동형 실시간 Feedback 진동제어시스템의 성능평가)

  • Heo, Gwang Hee;Jeon, Joon Ryong
    • Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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    • v.15 no.1
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    • pp.85-94
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    • 2011
  • This paper is concerned to constitute a semi-active realtime feedback vibration control system and evaluate it through experiments in order to control in realtime the vibration externally generated, specially on the bridges which is structurally flexible. For the experiment of vibration control, we built a model bridge structure of Seohae Grand Bridge in a 1/200 reduced form and inflicted El-centro wave on the model structure also in a reduced force considering the lab condition. The externally excited vibration was to be controled by placing a shear type MR damper vertically on the center of bridge span, and the response (displacement and acceleration) of structure was to be acquired by placing LVDT and Accelerometer at the same time. As for the experiment concerning controlling vibration, a realtime feedback vibration control experiments were performed under each different condition largely such as un-control, passive on/off control, Lyapunov stability theory control, and Clipped-optimal control. Its control performance under different condition was quantitatively evaluated in terms of the peak absolute displacements, the peak absolute accelerations and the power required for control on the center of span. The results of experiments proved that the Lyapunov control and clipped-iptimal control were effective to decrease the displacement and acceleration of the structure, and also to decrease the power consumption to a great extent. Finally, the semi-active realtime feedback vibration control system constituted in this research was proven to be an effective way to control and manage the vibration generated on bridge structure.

On the Vibration Control of Ship (선박진동 제어기술에 관한 소고)

  • 이호섭
    • Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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    • pp.11-21
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    • 1996
  • 선박은 화물 및 여객을 수송하는 해상교통 수단으로써 여객 및 승무원의 안락성, 탑재장비, 기기의 성능 보전 상, 화물 및 구조부재의 안전성 차원에서 진동제어가 주요 해결 기술의 하나이다. 또한 최근 선박의 대형화, 고속화로 인해 엔진과 프로펠러의 기진력은 커지는데 반해 구조 강도계산 기술의 발달로 인해 선체구조 경량화가 촉진되어 선체의 유연성이 커질 뿐 아니라 전통적인 선체 구조와 기관, 축계 강성사이의 균형이 깨어짐으로 선박의 진동제어는 더욱 중요시 되고 있다. 선박의 경우 건조 후에 진동제어를 위한 조치를 취하는 일은 매우 제한적이고 많은 비용이 들기 때문에 설계단게에서 선박진동제어를 위한 사전 노력이 충분히 이루어지는 것이 중요하다. 따라서 선박의 주 기진원인 프로펠러, 주기관 등의 기진력 자체를 적정화하는 노력과 함께 그로 인한 응답을 극소화하기 위해 설계 단계부터 인도까지 단게별로 많은 노력을 기울이고 있다. 단계별 진동제어의 한 예를 Fig.1에서 보여주고 있다[1]. 선체와 같이 복잡한 대형구조물의 진동특성 및 응답을 계산함에 있어서 컴퓨터의 발달과 유한요소법과 같은 해석기술의 발달로 실제 구조와 매우 유사한 3차원 모델링이 가능하게 되어 해석의 정도를 높일 수 있게 되었다. 그러나 프로펠러 기진력, 유체와의 연성효과, 감쇠특성 등을 정도 높게 산정하는 데는 아직도 많은 어려움이 있다. 이와같은 문제는 진동응답의 계산정도를 저하시키는 주요 요인이 되어 설게단계에서 충분히 진동 제어가 이루어졌다 하더라도 건조 후 실제운항 시 진동문제가 발생되는 경우가 있다. 건조 후 진동문제 발생시 구조변경을 통한 해결은 한계가 있기 때문에 각종 진동제어 장치의 연구개발이 최근에 활발히 이루어지고 있다[2]. 본 고에서는 설계단계에서부터 건조 후까지의 선박진동제어 과정[1,2,5,6]을 단계별로 고찰하여, 점점 까다로워져 가는 선박 진동규제[3,4]에 대처하고 승무원의 안락성에 대한 욕구, 구조물의 안전성, 장비의 성능보존이 만족되는 저진동 선박의 건조를 위해 향후 해결해야할 과제들을 도출하여 선박진동분야이 연구개발 방향을 제시하고자 한다.

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A Study on Noncontact Vibration Control of Cantilever Beam using Electromagnetic Force (전자석을 이용한 외팔보의 비접촉식 진동 제어에 관한 연구)

  • Ko, Kang-Woong;Choi, Soo-Young;Park, Ki-Heon
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • pp.244-247
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    • 2001
  • 진동을 감소시키는 방법에는 최적의 설계 변수를 선정하는 수동 제어 방법과 피드백 루프(Feedback loop)를 이용하는 능동제어 방법 두 가지가 있다. 이 중 능동제어에 대한 연구가 최근에 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 능동제어를 위한 진동시스템의 동적해석과 시스템의 모델링에 대해 연구하고자 한다. 진동체로는 외팔보를 선택하였으며 진동체의 진동을 제어하는 장치로는 제어코일과 베이스코일로 구성된 Push-Pull 타입의 전자석 제어회로를 직접 제작하였고 시스템을 모델링하여 전달함수를 구하고자 한다.

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