DVF 제어기의 저주파 및 고주파 한계 극복을 위한 관성형 작동기 보상 설계와 응용 = Overcoming Low and High Frequency Limitaation of DVF Control Using Inertial Actuator Compensation

국문 초록 (Abstract)

국문요약

DVF 제어기의 저주파 및 고주파 한계 극복을 위한 관성형 작동기 보상 설계와 응용

김 영 환
기계공학과, 기계공학전공
선문대학교 일반대학원



본 연구는 Direct Velocity Feedback(DVF) 제어기의 이득 제한 및 다모드 구조물의 고주파수 영역 위상 지연(Phase Lag)으로 인해 진동 제어 성능이 저하되는 한계를 극복하고자 수행되었다. 이를 위해 관성형 작동기를 기반으로 모드 보상기와 위상 보상기를 설계하고, 단독 및 결합 형태로 적용하였다.

연구 목적은 DVF 제어의 저주파수 및 고주파수 영역 성능 저하를 상호 보완적으로 극복할 수 있는 보상 기법을 제안하고, 이를 DSP 기반의 실시간 제어 환경에서 실험적으로 검증하는 것이다. 연구 과정은 (1) 관성형 작동기를 이용한 단위 실험과 (2) 판 구조물을 대상으로 한 다자유도 제어 실험으로 구성되었다.

실험결과, 모드 보상기는 저주파수 영역에서 탁월한 진동 억제 성능을 보였으며, 위상 보상기는 고주파수 영역에서 위상 지연을 크게 개선하여 진동 감쇠 성능을 향상시켰다. 결합 보상기는 두 보상기의 장점을 절충적으로 발휘하여 전 주파수 대역에서 균형 잡힌 성능을 나타냈으며, 특히 고주파수 영역에서 다른 제어 방법과 비교하여 가장 우수한 성능을 보였다.

결론적으로 본 연구는 DVF 제어기의 구조적 한계를 보완하는 보상기 설계기법을 제시하고, 실제 구조물에 적용하여 그 타당성과 실용성을 실험적으로 입증하였다. 향후 연구에서는 제어기의 파라미터 최적화, 관성형 작동기의 고유진동수 저감, 다양한 구조물로의 확장을 통해 보상기의 범용성과 성능을 한층 강화할 수 있을 것이다.


주제어 : DVF, 관성형 작동기, 모드 보상, 위상 보상, 능동 진동 제어

목차 (Table of Contents)

• 목 차
• 국문 요약 ⅰ
• 목 차 ⅲ
• 표 목 차 ⅴ
• 그림 목차 ⅵ
• 제1장 서 론 1
• 1. 연구 배경 1
• 가. 진동 문제의 중요성 1
• 나. 능동 진동제어의 발전 1
• 다. Direct Velocity Feedback의 개념 및 한계 2
• 2. 연구 목적 및 연구 범위 3
• 가. 연구 목적 3
• 나. 연구 범위와 제한점 3
• 제2장 이론적 배경 및 관련 연구 4
• 1. 다자유도 구조물의 모달 특성 4
• 2. 진동 제어 기법의 발전 5
• 3. Direct Velocity Feedback(DVF) 기법 6
• 4. DVF 성능 개선을 위한 기존 연구 동향 7
• 제3장 연구 방법 및 모델링 9
• 1. 연구 대상 구조물 및 실험 시스템 개요 9
• 2. 관성형 작동기 10
• 가. 수학적 모델링 10
• 나. FRF 실험 및 파라미터 식별 11
• 3. 판 구조물의 모드 분석 15
• 가. 실험 개요 15
• 나. 모드 식별 결과 16
• 4. 제어기 구조 설계 개요 19
• 가. 기본 DVF 구조 19
• 나. 관성형 작동기의 모드 보상기 19
• 다. 관성형 작동기의 위상 보상기 22
• 라. 관성형 작동기의 모드 보상기와 위상 보상기 적용 26
• 마. 다자유도 구조물 시뮬레이션 결과 28
• 제4장 실험 및 결과 분석 35
• 1. 실험 환경 및 계측 방법 35
• 가. 관성형 작동기 실험 35
• 나. 판 구조물 실험 36
• 2. 관성형 작동기 실험 36
• 가. 모드 보상기 적용 결과 38
• 나. 위상 보상기 적용 결과 39
• 다. 모드 보상기와 위상 보상기 적용 결과 40
• 3. 판 구조물 실험 43
• 가. DVF 제어 실험 결과 43
• 나. 모드 보상기 실험 결과 46
• 다. 위상 보상기 실험 결과 47
• 라. 모드 보상기와 위상 보상기 결합 실험 결과 50
• 마. 종합 비교 및 고찰 52
• 제5장 결론 및 향후 과제 56