이 논문에서는 제어 가능한 ER 마운트를 이용한 유연 구조물의 진동제어 성능을 실험적으로 고찰하였다. 압착 모드형 ER 마운트를 설계하고, 전기장 인가에 따른 댐핑력 특성을 실험적으로 평가하였다. 제작된 ER 마운트를 빔과 프레임 형태의 유연 구조물에 적용하였고, 최적 제어기를 사용하여 시간 영역과 주파수 영역에서 진동제어 성능을 평가하였다.
본 연구에서는 자동차 엔진에 적용되는 고무마운트의 성능을 극대화하여 시동초기 진동특성를 개선하기 위해 능동형 하이브리드 마운트를 제안하고 진동절연 성능을 실험적으로 고찰하고자 한다. 제안된 하이브리드 마운트는 수동형 고무요소와 능동형 압전작동기로 구성되었으며, 동적 특성과 제어력의 실험적 고찰을 통해 하이브리드 마운트가 제작되었다. 수직방향의 진동을 고려하여 관성질량을 갖는 압전-고무 하이브리드 마운트의 동적 지배방정식을 수학적으로 모델링하였으며 상태 공간 방정식으로 표현하였다. 본 연구에서는 진동을 절연하기 위해 강건한 슬라이딩 모드 제어기가 구성되어 진동제어 실험에 적용되었다. 마지막으로 넓은 주파수 영역에서 진동제어 성능을 실험적으로 고찰하였으며 주파수 영역에서의 전달율과 시간영역에서 진동절연 성능을 평가하였다.
화약류를 사용하여 암반을 절취하는 작업현장에서의 발파공해는 항상 발생하고 있다. 특히 폭약의 폭발로 인해 발생하는 지반진동은 크고 작은 문제를 야기하고 있다. 일반적으로 발파현장에서 사용하고 있는 일반발파와 진동제어(미진동)발파에 대한 의미와 구분 및 시공에 대해 인식시키고자 그동안의 경험과 이론을 토대로 하여 연구하게 되었다. 본 연구에서는 일반발파와 진동제어발파를 구분하는 요소로 암분류 및 진동속도를 지발당장약량과 관계, 암분류에 따른 비장약량 및 발파공당 암절취량 그리고 천공경을 선정하여 고찰하였다. 이들 요소를 기준으로 일반발파와 진동제어발파의 경계가 되는 보안물건으로부터 거리 산출방법에 대해서 연구하였다. 일반발파나 진동제어발파 모두 보안물건에는 한계 진동속도 이내의 진동이 전달되어야 하며, 그 경계가 되는 발파공당 절취암량은 연암의 경우 약$16.67m^3$, 보통암의 경우 약$12.5m^3$, 경암의 경우 약 $10m^3$을 기준으로 하는 것이 바람직하고, 그 경계가 되는 보안물건으로부터 거리는 일정하게 정해진 것이 아니므로 현장에서 대상암반에 대해 시험발파를 실시하여 암분류, 비장약량, 지발당장약량, 한계 진동속도를 기준으로 결정하는 것이 바람직하다. 진동제어(미진동)발파구간내에서 발파설계단가는 일률적이 아닌 약2~3구간으로 분할하여 산출해야한다.
이 논문에서는 하이브리드 마운트의 능동진동제어 성능에 대하여 기술하였다. 제안된 하이브리드 마운트는 압전작동기의 능동요소와 고무의 수동요소로 구성하였다. 압전작동기의 작동력 특성과 고무의 동적 특성을 실험적으로 구하여 이를 바탕으로 하이브리드 마운트를 설계 및 제작하였다. 그리고 특정 질량을 결합한 진동제어 시스템을 구축하고, 그 시스템의 지배 방정식을 수립하였다. 지면으로부터 전달되는 진동을 능동적으로 절연시키기 위해서 앞먹임 제어기를 구축하고 실험적으로 구현하였다. 그리고 가속도, 힘 전달력 등 진동제어 성능을 시간과 주파수 영역에서 평가하였다.
본 논문에서는 압전 세라믹 재료를 작동기 및 감지기로 이용한 사각 경계면이 고정된 얇은 사각평판의 능동 진동제어 방법을 제시한다. 실험 데이터에 기초한 다중 입출력계의 주파수영역 모델링방법을 이용하여 분포된 센서 및 구동기 특성이 포함된 구조물의 동적 특성이 규명된다. 제어기 구조로는 혼합형을 채택하고 되먹임 제어기는 LQG 제어기법에 의해 설계된다. 앞먹임 제어기는 다중 filtered-$x$ 최소자승오차법에 의해 적응되도록 한다. 진동제어에 대한 시뮬레이션 및 실험결과는 제안된 제어기법이 지속적 외란 및 과도적 외란에 효율적으로 적용될 수 있음을 보인다.
현, 판, 막의 진동을 이용하는 피아노, 실로폰, 드럼, 북 등의 악기류를 제외하고는 일반적으로 구조물의 진동은 억제 대상이며 최근에 와서는 이에 관련된 환경 소음 및 진동에 대한 규제가 더욱 강화되는 추세이다. 그러나 자원 및 에너지 소비의 절감을 통한 제품단가의 인하뿐만 아니라 폐기물의 감소등 환경오염의 예방차원에서도 제품의 경량화가 지속적으로 추진되고 있고, 또한 제품성능에 대한 소비자의 기대는 상대적으로 저렴한 가격에 동일하거나 더 높아짐으로써 진동제어 문제가 더욱 부각되고 있다.(중략)
최근 항공우주 및 생산자동화 분야의 급격한 발달에 따라 정밀도와 효율성을 향상시키기 위해 저중량, 고강도 구조물이 요구된다. 그러나 경량화 추세로 인해 수반되는 구조물의 유연성 증가로 외력에 대한 구조응답의 진폭이 커지고 구조물의 피로 수명이 단축되어 매우 위험한 상황에 이를 수 있다. 이런 바람직하지 않은 진동현상을 제어하기 위해 여러 제어이론을 응용한 진동억제시스템의 연구가 활발하며, 신소재인 압전재료의 개발로 새로운 방향이 제시되고 있다. 압전재료는 유연한 구조물에 부착되어 압전재료의 수축, 팽창 운동에 의해 발생된 에너지를 부착된 구조물에서의 제어력으로 사용되어, 진동 혹은 자세 및 형상 제어에 활용되고 있다. 압전재료에 대한 연구로는 Crawley, de Luis3가 보의 표면 혹은 내부에 압전세라믹을 부착하여 액튜에이터로 사용하는 경우 집중모멘트를 가하는 역할을 함을 밝혔고, Hanagud, obal은 압전재료를 센서와 액튜에이터로 사용해 복합재료 보에 대한 최적 진동제어 알고리즘을 개발, 그 성능에 대한 효과를 조사하였고 임의의 위치에 부착된 센서 및 액튜에이터를 고려한 복합재료 보의 운동방정식을 유한요소법을 이용 유도하였으며 변위율 피드백(rate feedback)과 모달피드백(modal feedback) 제어기를 적용하여 진동제어 효과를 고찰하였다. 그리고 Tomas, James, Hubbard는 압전필름을 액튜에이터로 사용해 복합재료 보에 Liapunov 제어기와 변위율 피드백 제어기를 사용하여 능동감쇠기를 설계하였고, Lee, Chaing, Sullivan은 압전필름을 센서와 액튜에이터로 사용해 평판에 변위율 피드백 제어기를 적용한 능동감쇠기를 설계하고 실험적으로 수행하였다. Base가 백색잡음가진을 지속적으로 받을 때 보끝의 움직임이 최소가 되도록 제어하고자 연구를 수행 중인 바 그 결과로소 본 논문에서는 적용시켰고 F-P-K 방정식을 이용해 확률영역으로 변환하여 LQR 제어기와 pole allocation 제어기를 시스템에 적용시켜 우수한 특성을 갖음을 제어 시뮬레이션의 결과를 통해 입증하였다.
본 연구에서는 잠재적 응용성이 큰 ER유체와 압전필름을 액튜에이터로 하는 하이브리드형 지능구조물을 제안한 후 능동 진동제어를 실시하였다. 먼저 중공(hollow)의 샌드위치 형태 복합재료(glass/epoxy)보에 ER유체와 압전필름을 각각 삽입과 접착을 하여 하이브리드형 지능구조물을 제작하였다. 그리고 각 매체의 액튜에이팅 특성을 고려하여, ER유체 액튜에이터(ERFA)는 전장부하 함수로 도출되는 구조물의 주파수응답을 특징으로 하였고, 압전필름 액튜에이터(PFA)는 신경 슬라이딩 모드 제어기 (neuro sliding mode controller : NSC)를 적용하였다. 이 두 액튜에이터가 동시에 작동하는 능동 진동제어계를 실험적으로 구현한 후 과도응답과 강제 응답에 대한 진동제어 성능을 단일 액튜에이터 작동시와 비교 고찰하여 제시된 하이브리드 액튜에이팅의 효과를 입증하였다.
정밀장비의 내진 및 방진설계에 대한 일반적인 procedure를 제시하고 이를 정밀제어 장비인 HDD CELL에 적용하였다. 정밀장비의 내진 설계를 위해서 는 정확한 진동 허용규제치와 정밀장비가 설치되는 구조물의 진동 환경에 대한 데이터를 확보하는 것이 우선적으로 해야할 일이다. 구조물의 진동은 직접 측정을 하거나 설계 자료를 이용하는 것이 가능하지만 진동 허용규제치는 장비 제작사에서 진동환경시험을 통하여 얻어진 자료를 사용 자에게 제시하는 것이 일반적인 과정이다. 그러나 고도의 정밀성을 요하는 장비 전체를 가진 테이블에 설치하여 진동환경시험을 수행하는 일은 시간과 경제적인 측면에서 유익하지 못하다. 그러한 면에서 본 논문에 제시한 진동 허용가진력 규제치를 이용한 정밀장비의 내진 및 방진의 정량적인 설계뿐만 아니라 진동 허용규제치를 손쉽게 구할 수 있다는 점에서 유익하다 하겠다.
본 고에서는 풍하중을 받는 사장교의 진동을 제어할 목적으로 사용하는 TLD의 효과와 원리를 소개하였다. 사장교의 경우 완공 후 보다 시공중에 더 위험한 구조물이므로, 비록 완공후에 진동을 별도로 제어할 필요가 없는 경우라도 시공중에 일시적으로 진동제어를 할 경우에 편리하게 이용될 수 있다. TLD는 물의 수위를 변화시킴으로, 시공단계에 따라 변하는 사장교의 진동특성에 간편하고 효과적으로 대응할 수 있다. 아울러 교량의 노후나 설계오차 발생시에도 이에 따라 TLD의 특성의 수정이 용이하며, 구조적으로도 단순하기 때문에 유지관리가 간편한 장점이 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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