본 논문은 미지의 마찰력을 갖는 로봇 매니퓰레이터에 대하여 퍼지시스템을 이용한 적응보상기를 제안한다. 일반적인 로봇제어이론에서는 대부분 마찰력을 무시하거나 단순히 다이나믹 마찰력만을 고려한다. 본 논문에서는 다이나믹 마찰력뿐만 아니라 비스코스 마찰력까지도 고려한 제어방식이다. 마찰력이 관절마다 결부되지 않는다는 성질을 이용하여 각 관절에 해당하는 마찰력을 SISO 퍼지시스템으로 근사하며 전체제어시스템이 안정도를 Lyapunov 안정도 이론을 이용하여 증명하고 적절한 적응법칙을 설계한다. 제안된 제어방식의 타당성을 보이기 위해 2-링크 로봇 매니퓰레이터에 대하여 컴퓨터 시뮬레이션을 보이고 각 링크에 대한 마찰력을 퍼지시스템이 잘 근사한다는 것을 보인다.
This paper proposes a method for measuring friction forces and creating a friction model for a rotary motion control system as well as an autonomous vehicle testbed. The friction forces versus the velocity were measured, and the viscous friction, Coulomb friction, and stiction were identified. With a nominal PID (proportional-integral-derivative) controller, we observed the adverse effects due to friction, such as excessive steady-state errors, oscillations, and limit-cycles. By adding an adequate friction model as part of the augmented nonlinear dynamics of a plant, we were able to conduct a simulation study of a motion control system that well matched experimental results. We have observed that the implementation of a model-based friction compensator improves the overall performance of both motion control systems, i.e., the rotary motion control system and the Altino testbed for autonomous vehicle development. By utilizing a better simulation tool with an embedded friction model, we expect that the overall development time and cost can be reduced.
The design of an axial piston pump for electro-hydrostatic transmission systems requires accurate information where and how much the internal friction and flow losses are produced. This study is particularly focused on the friction losses of a bent-axis type hydraulic piston pump, aiming at finding out which design factors influence its torque efficiency most significantly. To this end, the friction coefficients of the pump parts such as piston heads, spherical joints, shaft bearings, and valve plate were experimentally identified by a specially constructed tribometer. Applying the experimental data to the equations of motion for pistons as well as to the theoretical friction models for the pump parts, the friction torques produced by them were computed. The accuracy of the computed results was confirmed by the comparison with the practical input torque of the pump. In this paper, it is shown that the viscous friction forces on the valve plate and input shaft bearing are the primary source of the friction losses of the bent-axis type pump, while the friction forces and moments on the piston are of little significance.
Friction is a dominant nonlinear factor in servomechanisms, which seriously deteriorates system accuracy. A friction compensator is indispensable to fabricate high-performance servomechanisms. In order to compensate for the friction in the servomechanism, identification of the friction elements is required. To estimate the friction of the servomechanism, an accurate linear element model of the system is required first. Tn this paper, a nonlinear friction model, in which static, coulomb and viscous frictions as well as Stribeck effect are included, is identified through the describing function approximation of the nonlinear element. A nonlinear element composed of two relays is intentionally devised to induce various limit cycle conditions in the velocity control loop of the servomechanism. The friction coefficients are estimated from the intersection points of the linear and nonlinear elements in the complex plane. A Butterworth filter is added to the velocity control loop not only to meet the assumption of the harmonic balance method but also to improve the accuracy of the friction identification process. Validity of the proposed method is confirmed through numerical simulations and experiments. In addition, a model-based friction compensator is applied as a feedforward controller to compensate fur the nonlinear characteristics of the servomechanism and to verify the effectiveness of the proposed identification method.
본 연구에서는 MR(Magneto-Reological)제어기가 설치된 단자유도 구조물의 응답을 예측하기 위하여 구조물의 운동방정식을 해석적으로 분석하고 주요변수를 파악하였다. MR제어기의 수치 모델로는 마찰 및 점성감쇠로 단순모델한 Bingham모델을 사용하였다. 자유진동과 조화진동일때의 응답감쇠를 결정짓는 주요변수가 각각 마찰력과 최대정적복원력의 비 $R_f$, 마찰력과 최대조화가진력의 비 $R_h$ 임을 파악하였다. 비선형 미분방정식을 등가의 선형 미분방정식으로 변환하기 위하여 마찰력에 의한 에너지 소산을 등가의 점성에너지로 치환하여 등가점성감쇠와 등가점성감쇠비를 유도하였다. 마지막으로 등가선형화과정을 검증하기 위하여 실제 지진에 대한 구조물의 응답을 비선형 미분방정식의 해와 비교하였다.
This paper presents the contact pressure distribution of pin bushing bearings for various lubrication friction modes such as oil film and elastohydrodynamic lubrication contacts, a mixed lubrication contact, a boundary contact, and a dry contact. During a sliding contact of a plain bearing, the boundary and dry rubbing contacts are dominated between a piston pin and a pin bushing bearing. This may come from a micro-scale clearance, an explosive impact pressures from the piston head, and an oscillatory motion of a pin bearing. The computed results show that as the oil film parameter $h/{\sigma}$ is increased from the dry rubbing contact to the oil film lubrication friction, the maximum oil film pressure is radically increased due to an increased viscous friction with a thin oil film thickness and the maximum asperity contact pressure is reduced due to a decreased asperity contact of the rubbing surfaces.
This paper presents the theoretical model and analysis results to investigate the effect of Coulomb damping in the sub-structure of a foil bearing. Vertical and horizontal deflection of a bump is restricted by friction of the bump. Equivalent viscous damping of the bump foil is derived from the Coulomb friction. Dynamic equation of the bump is constituted by stiffness and damping terms. The air film is modeled by the compressible Reynolds equation. A perturbation approach and finite difference numerical method is used to determine the static and dynamic performance of the bearing from the coupled fluid-structural model. The analysis result shows that the static and dynamic performance is enhanced by the bump friction.
A large number of isolation systems are designed without considering the non-uniform friction distribution in space. In order to analyze the effects of non-uniform friction distribution on the structural response of isolation system, this paper presented a simplified rolling-damper-spring isolation system and analyzed the structural responses under earthquakes. The numerical results indicate that the calculation errors related to the peak values of structural acceleration, relative displacement and residual displacement are sequentially growing because of the ignorance of non-uniform friction distribution. However, the influence rule may be weakened by the spring and damper actions, and the unreasonable spring constant may lead to the sympathetic vibration of isolation system. In the case when the friction variability is large and the damper action is little, the non-uniform friction distribution should be taken into consideration during the calculation process of the peak values of structural acceleration and relative displacement. The non-uniform friction distribution should be taken into full consideration regardless of friction variability degree in calculating the residual displacement of isolation system.
Approximate analysis for a building installed with a friction damper is performed to get insight of its dynamic behavior. Energy balance equation is used to have a closed analytical form solution of dynamic magnification factor(DMF). It is found out that DMF is dependent on friction force ratio and resonance frequency. Approximation of DMF and equivalent damping ratio of a friction damper is proposed with such assumption that the building with a friction damper shows harmonic steady-state response and narrow banded response behavior near resonance frequency. Linear transfer function from input external force to output building displacement is suggested from the simplified DMF equation. Root mean square of a building displacement is derived under earthquake-like random excitation. Finally, design procedure of a friction damper is proposed by finding friction force corresponding to target control ratio. Numerical analysis is carried out to verify the proposed design procedure.
The purpose of this paper is to investigate the effects of design parameters on the friction loss in piston skirt. An analytical model to describe the friction characteristics of piston skirt has been presented, which is based on the secondary motion of piston and mixed lubrication theory, It could be shown that the skirt friction closely depends on the side force acted on the piston pin. The side force is inf1uenced by cylinder pressure at low engine speed, but by inertia force at high engine speed. The usage of extensive skirt area and low weight piston is effective to reduce the friction loss at high speed. The low viscosity oil considerably decreases viscous friction as engine speed increases, but it increases boundary friction at low engine speed. From the parametric study, it is found that the skirt axial profile is the most important design parameter related to the reduction of skirt friction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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