Journal of the Institute of Electronics Engineers of Korea SC (전자공학회논문지SC)

The Institute of Electronics and Information Engineers (대한전자공학회)
권호 표지

Active Vibration Control of a Cantilever Beam Using Fuzzy Control Scheme and PID Controller

퍼지 기법과 PID 제어기를 이용한 외팔보의 능동 진동 제어

  • 최수영 (성균관대학교 정보통신공학부) ;
  • 김진태 (삼성종합기술원) ;
  • 박기헌 (성균관대학교 정보통신공학부)
  • Published : 2003.01.01
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Abstract

This paper is concerned with the fuzzy control scheme and PID controller for the vibration suppression control of a cantilever beam equipped with a laser sensor and an electromagnetic actuator. The PID controller is being widely used in industrial applications. However, it is difficult to determine the appropriate PID gains in nonlinear systems and systems with time variant characteristic and so on. In this paper, we design the fuzzy based PID controller of which output gains are adjusted automatically and the designed controller is applied to active vibration control of a cantilever beam using electromagnetic actuator with strong nonlinearity. The tuning PID parameters of proposed controller are determined by using Fuzzy algorithm. Effectiveness and performance of the designed controller are verified by both simulation and experiment results. Experimental results demonstrate that better control performance can be achieved in comparison with the PID cotroller.

본 논문에서는 외팔보 시스템의 능동 진동 제어를 위하여 퍼지 기법으로 동조한 PID 제어기 설계기법을 제시하였다. 직접 제작된 전자석은 작동기로 사용되었으며, 레이져 감지기가 보의 굽힘 변위를 측정하는데 사용되었다. 작동기와 감지기의 물리적 제한 때문에 실험 시스템이 비동위치(Noncollocated) 형태가 되었으며 비접촉식 제어 시스템을 이룬다 시스템의 모델링은 자유진동 방정식에 의한 모달 해석 방법으로 구하였으며 작동기로부터 감지기까지의 전달함수는 전자석 자동기차 보의 역학 방정식을 조합하여 구하였다. 일반적으로 PID 제어기는 산업 현장에서 널리 사용되고 있으나, 비선형성이 강한 시스템이나 시변 특성을 갖는 시스템에서 적절한 PID 이득값을 결정하는 것은 어렵다. 이에 본 논문에서는 자동적으로 PID 이득 값을 조절하는 퍼지 기법으로 동조한 PID 제어기를 설계하여 비선형성이 강한 전자석을 작동기로 사용하는 외팔보 시스템의 진동 제어에 적용하였다. 시뮬레이션과 실험적 결과를 통하여 설계된 제어기의 진동 감쇠 효과와 성능을 검증하였으며, PID 제어기의 경우와 비교하여 더 나은 진동 제어 성능을 가짐을 실험적 결과로부터 증명하였다.

Keywords

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