승차감 향상을 위한 차체 상하ㆍ피칭 능동 현가제어에 관한 연구

박중현(Jung-Hyen Park) 한국컴퓨터정보학회 2007 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.12 No.2

본 논문에서는 능동 현가장치의 해석 및 설계에 강인제어 이론을 적용하여 현가장치설계에 응용 할 수 있는 이론 및 실험적 제어장치 적용에 관한 연구를 수행하였다. 최근의 현가장치설계에서는 강성과 감쇠를 능동적으로 제어하는 기술의 적용이 일반화 되고 있으며, 다른 여러 종류의 차량 안정성제어 장치와의 연계성이 높아짐에 따라, 제어 시스템설계에서 보다 내구성이 강하고 제어효과의 응답성이 빠르며 정도 또한 높은 제어장치의 필요성이 요구되고 있다. 본 연구는 전륜 및 후륜의 위치와 주행속도관계에 따른 능동현가시스템을 해석하여 위와 같은 빠른 응답성과 높은 정도의 제어가 가능한 제어시스템을 해석, 설계하기 위하여 능동 현가 제어시스템의 적용에 관한 고찰을 하였다. 그리고 제어대상시스템에 대한 능동 제어시스템을 설계하기위한 모델링 및 적용방법을 수식적으로 해석하였으며, 능동 현가장치의 제어시스템설계에 중요한 내외란성 향상을 위한 강인제어시스템설계에 적용하는 방법에 관해 고찰하였다. This paper proposed modelling and design method in suspension system design to analyze active suspension equipment by adopting active robust control theory. Recent in the field of suspension system design it is general to adopt active control scheme for stiffness and damping, and connection with other vehicle stability control equipment is also intricate, it is required for control system scheme to design more robust, higher response and precision control equipment. It is known that active suspension system is better than passive spring-damper system in designing suspension equipment. We analyze suspension system with considering location of front-rear wheel and driving velocity, then design control system. Numerical example is shown for validity of robust control system design in active suspension system.

수동, 능동, 반능동 및 복합 시스템을 이용한 사장교의 지진응답 제어

박규식,정형조,이인원 한국지진공학회 2003 한국지진공학회논문집 Vol.7 No.1

본 연구에서는 수동, 능동, 반능동 및 복합 시스템과 같은 다양한 제어시스템의 효율성을 미국토목학회에서 제시한 지진하중을 받는 첫번째 벤치 마크 사장교을 이용해 조사하였다. 이 벤치마크 문제는 2003년 완공 예정으로 미국 Mississippi주에 건설중인 Bill Emerson Memorial교를 대상 구조물로 고려하였다. Bill Emerson Memorial 교는 New Madrid 지진구역에 위치하고 Wississippi 강을 횡단하는 주요 교량이라는 점 때문에 설계 단계에서부터 내진설계가 고려되었다. 사장교의 상세한 설계도면에 기초해 교량의 복잡한 거동을 나타낼 수 있는 3차원 선형모델과 각 제어시스템의 성능을 평가하기 위한 18개의 평가기준이 개발되었다. 본 연구에서는 네 종류의 수동제어 시스템, 한 종류의 능동제어 시스템, 두 종류의 반능동제어 시스템 밑 세 종류의 복합제어 시스템이 고려되었다. 수치해석 결과 모든 제어시스템은 지진하중을 받는 벤치마크 사장교의 응답을 감소시켰다. 그러나, 수동제어 시스템의 경우에는 뛰어난 제어성능을 얻기 위해서 다른 제어시스템에 비해 커다란 제어력을 필요로했다. 강인성에 관한 수지해석 결과에 따르면, 수동, 반능동 및 복합제어 시스템이 구조물 강성의 불확실성에 대해 강인함을 보였다. 따라서, 반능동 및 복합제어 시스템이 토목구조물과 같은 대형구조물의 실제 적용에 보다 적절하다. This paper preliminarily investigates the effectiveness of various control systems, such as passive, active, semiactive and hybrid control, for seismic protection of cable-stayed bridges by examining the ASCE first generation benchmark problem for a cable-stayed bridge. This benchm.0.00000ark problem considers the cable-stayed bridge that is scheduled for completion in Missouri, USA In 2003. Seismic considerations were strongly considered in the design of this bridge due to location of the bridge and its critical role as a principal crossing of the Mississippi River. Based on detailed drawings of this cable-stayed bridge, a three-dimensional linearized evaluation model has been developed to represent the complex behavior of the bridge. A set of eighteen evaluation criteria has been developed to evaluate the capability of each control system. In this study, four passive control systems, one active control system, two semiactive control systems and three hybrid control systems are considered. Numerical simulation results show that all the control systems are effective in reducing the responses of the benchmark cable-stayed bridge under the historical earthquakes. To get good performance, however, the passive control systems need quite large control forces compared to other control systems. The simulation results also demonstrate that the passive, semiactive and hybrid control systems are robust to the stiffness uncertainty of the structure. Therefore, the semiactive and hybrid control systems are more appropriate in real applications for full-scale civil infrastructures.

사장교의 지진응답제어를 위한 준능동 MR 감쇠기의 퍼지제어

옥승용,김동석,고현무,박관순 한국지진공학회 2005 한국지진공학회논문집 Vol.9 No.6

사장교의 효과적 지진응답제어를 위하여 MR 감쇠기를 이용한 준능동 퍼지 제어기법을 제시하였다. 제시하는 방법은 MR 감쇠기의 응답정보만을 이용한 퍼지추론 과정을 통하여 준능동 제어를 수행하는 방법으로서, 능동제어이론에 기반한 기존 준능동 제어기법과 달리, 별도의 능동제어기를 설계할 필요가 없는 간단한 구조로서 구성될 수 있다. 제시한 제어기법의 제어성능을 평가하기 위해 사장교 벤치마크 문제에 적용하였으며 기존 준능동 제어기법들과의 성능비교를 통하여 그 효율성을 평가하였다. 제어성능을 비교한 결과, 제시하는 준능동 퍼지 제어기법은 주탑의 전단력 및 휨모멘트, 데크의 수평변위, 그리고 케이블 장력 등의 상충하는 지진응답들을 동시에 효과적으로 제어함으로써 지진응답제어에 매우 효율적인 제어전략이 될 수 있음을 보였다. This paper proposes semi-active fuzzy control technique of magneto-rheological dampers for seismic response control of cable-stayed bridges. Through the fuzzy inference process, the proposed technique performs the semi-active control with the responses of MR dampers only. Moreover, differently from the conventional semi-active control technique, this technique does not require additional active controller for the primary controller, which provides a simple design process. in order to validate the control performance of the proposed technique, the semi-active fuzzy control technique is applied to the benchmark control problem of cable-stayed bridge and its control performance is compared with those of conventional semi-active control techniques. The comparative results show that the proposed fuzzy control technique can be an effective control strategy by efficiently and simultaneously reducing the mutual conflicting responses such as the shear forces and moments at the base of the lowers, longitudinal displacement of the deck, and tensions in the stay cables.

TLCD를 이용한 변동 풍하중에 대한 구조물의 진동 완화에 관한 수치적 연구

권대건,Ahsan Kareem 한국풍공학회 2004 한국풍공학회지 Vol.8 No.1

본 연구에서는 변동 풍향하중 및 변동 풍향횡하중을 받는 구조물에 대하여 TLCD를 이용한 동적거동의 완화에 관한 수치적 연구를 수행하였다. 이를 위하여 변동 풍하중의 스펙트럼으로부터 양방향 풍하중의 시간이력을 구하여 대상 구조물의 외부하중들로 작용시켜 시간이력해석을 수행하였으며 TLCD의 비선형 감쇠항을 간단히 처리하는 방법에 대하여 제안하였다. 그리고 수동제어로써의 TLCD의 제어효과뿐만 아니라 TLCD의 장점 중 하나인 반능동제어로써의 제어 성능에 대한 평가도 수행하였고 새로운 능동제어 방식을 제시하였으며 또한 새로운 TLCD 장치와 다중 TLCD의 설치방안을 제안하였다. 해석결과 제안된 전 시간단계의 유체속도를 그대로 이용하여 TLCD의 비선형 감쇠항을 처리하는 방법은 시간간격이 작을수록 신뢰할만한 결과를 얻었으며 변동 풍하중에 대한 TLCD의 수동/반능동/능동제어에 대한 제어효과를 비교한 결과 본 연구에서 제시된 능동제어방식은 가장 좋은 제어효과를 나타내었다. 하지만 능동제어의 경우 비교적 큰 제어력을 필요로 하였으며 반능동제어의 경우는 밸브를 조절할 수 있는 작은 힘만으로도 수동제어보다는 좋은 효과를 나타낼 수 있다고 판단되었다. 본 연구에서 제안한 새로운 TLCD 장치 및 다중 TLCD의 설치방안은 양 방향의 풍하중 및 지진하중과 같은 동적하중에 의한 구조 시스템의 진동에 대하여 제어효과를 보일 것으로 예상되며 비틀림 하중에 의한 거동의 경우에도 그 효과를 나타낼 것으로 예상된다. The present study is concerned mainly with a numerical study on mitigation of structural vibration for structural control applications using TLCD. To achieve this goal, two fluctuating wind loads are first generated by means of wind spectra in both directions, that is, alongwind and acrosswind, and a simple method is proposed to deal with nonlinear damping of TLCD. A controllable passive(semiactive) and proposed active TLCD systems are utilized to overcome the shortcomings of passive system. It is found that proposed active system is very effective to reduce the structural vibration in both cases of alongwind and acrosswind without considering the requirement of large control force. On the other hand, semiactive system shows lesser response reduction than the case of active system, while exhibits further reduction in the responses than that of passive system. However, semiactive system has a merit in the control force aspect because it requires relatively small control force to mitigate excessive structural vibration by utilizing controllable valve. Finally, new concepts of TLCD system and installation of multiple-TLCD are proposed to cope with bi-directional and torsional vibrations of structure due to wind/seismic loads.

준능동 제어시스템을 이용한 사장교의 진동제어 및 비용효율성 평가

함대기,옥승용,박원석,고현무,박관순 한국지진공학회 2005 한국지진공학회논문집 Vol.9 No.4

다양한 지진 규모 및 주파수 특성을 가지는 지반운동에 대하여 사장교에 장착된 준능동 제어시스템의 제어효과를 분석하고 비용효율성을 평가하였다. Dyke 등에 의하여 제시된 벤치마크 사장교 제어문제에 준능동 제어시스템을 설계하였으며, LQG 최적제어기에 기반한 bi-state 제어방법을 적용하였다. 제어시스템의 비용효율성은 제어시스템을 장착하지 않은 교량의 생애주기 비용에 대한 제어시스템을 장착한 교량의 생애주기비용의 비로서 정의하였으며, 손상비용 규모와 준능동 제어장치의 가격을 매개변수로 하여 그 변화에 따른 비용효율성 평가를 수행하였다. 분석 결과, 제어시스템의 경제적 효율성은 준능동 제어장지의 가격에 크게 민감하지 않은 반면, 손상비용 규모에 따라 민감하게 변화하였다. 또한 중진규모의 연약지반과 강진규모의 견고한 지반에 해당하는 지반운동에 대하여 준능동 제어시스템의 비용효율성이 높은 것으로 평가되었다. This paper presents cost-effectiveness evaluation of semi-active control system for cable-stayed bridge under earthquake excitations with various magnitudes and frequency contents. Semi-active control system, which is operated by using Bi-stale control method on the basis of linear quadratic Gaussian (LQG) optimal controller, is designed for the benchmark control problem proposed by Dyke et at. The cost-effectiveness of the proposed control system is defined by the ratio of life-cycle costs between a bridge structure with shock transmission units and a bridge structure with the semi-active control devices. The simulated results show that the damper cost has little influence on the cost-effectiveness of the semi-active control system while the cost-effectiveness is quite sensitive to the damage cost induced by the bridge failure. It is also found that the semi-active control system guarantees relatively high cost-effectiveness for the cable-stayed bridge subject to the ground motions in the regions of moderate seismicity with soft soil condition and strong seismicity with stiff soil condition.

능동 현가장치에의 지능형 제어시스템 적용에 관한 연구

박중현(Jung-hyen Park) 한국컴퓨터정보학회 2007 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.12 No.3

본 논문에서는 능동 현가장치의 해석 및 설계에 지능형 강인제어 이론을 적용하여 현가장치설계에 응용 할 수 있는 이론 및 실험적 제어장치 적용에 관한 연구를 수행하였다. 최근의 현가장치설계에서는 강성과 감쇠를 능동적으로 제어하는 기술의 적용이 일반화 되고 있으며, 다른 차량안정성제어장치와의 연계성이 높아짐에 따라, 제어시스템설계에서 보다 내구성이 강하고 제어효과의 응답성이 빠르며 정도 또한 높은 제어장치의 필요성이 요구되고 있다. 본 연구는 전륜 및 후륜의 위치와 주행속도관계에 따른 능동현가시스템을 해석하여 위와 같은 빠른 응답성과 높은 정도의 제어가 가능한 제어시스템을 해석, 설계하기 위하여 지능형 제어시스템의 적용에 관한 고찰을 하였다. 그리고 제어대상시스템에 대한 지능형 제어시스템을 설계하기위한 모델링 및 적용방법을 수식적으로 해석하였으며, 능동 현가장치의 제어시스템설계에 중요한 내외란성 향상을 위한 지능형 강인제어시스템설계에 적용하는 방법에 관해 고찰하였다. This paper proposed modelling and design method in suspension system design to analyze active suspension equipment by adopting intelligent robust control theory. Recent in the field of suspension system design it is general to adopt active control scheme for stiffness and damping, and connection with other vehicle stability control equipment is also intricate, it is required for control system scheme to design more robust, higher response and precision control equipment. It is known that active suspension system is better than passive spring-damper system in designing suspension equipment. We analyze suspension system with considering location of front-rear wheel and driving velocity, then design robust control system. Numerical example is shown for validity of intelligent control system design in active suspension system.

사장교 케이블 진동저감을 위한 능동제어시스템

황인호,정철오,이종한,이종세,Hwang, In-Ho,Jeong, Cheol-Oh,Lee, Jong-Han,Lee, Jong-Seh 한국전산구조공학회 2007 한국전산구조공학회논문집 Vol.20 No.5

사장교 케이블은 구조적으로 휨강성과 감쇠력이 작아 풍우에 의해 쉽게 유해진동이 발생한다. 이러한 풍우진동을 저감시키기 위한 효과적인 방법으로 부가댐퍼를 장착하여 케이블의 감쇠력을 증가시키는 제어시스템이 널리 사용되어왔다. 그러나 댐퍼를 케이블의 정착부 부근에 설치할 수밖에 없는 구조적 한계로 인하여 충분한 감쇠력을 발휘하기 어렵다. 그러므로 본 논문은 수동제어시스템 보다 효과적으로 풍하중에 의한 케이블 진동을 제어하기 위한 능동제어시스템을 제안하였다. 제안된 능동제어시스템은 케이블의 정착단에 베어링 장치를 장착하여 케이블 단부에서 횡방향 변위가 가능하도록 모델링 하였으며, 앵커리지 내부에 장착된 능동댐퍼를 이용하여 적절한 제어력을 제공하도록 하였다. 능동제어를 위하여 최적제어 이론을 이용 LQG 조정기를 설계하였으며, 수치해석은 실제 교량인 서해대교의 최장 케이블을 대상으로 하여 기존의 댐퍼 시스템과 수동, 능동 댐퍼 부착에 따른 케이블의 진동제어성능을 비교 및 분석하였다. 연구결과 제안된 능동제어시스템은 효과적으로 사장교 케이블의 진동을 저감시킬 수 있는 시스템임을 입증하였으며, 기존의 부가댐퍼 시스템 보다 효과적으로 진동을 저감시킬 수 있을 것으로 사료된다. Rain-wind induced cable vibration can cause serious problems in cable-stayed bridge. External dampers attached to the cables have become widely accepted as an effective means for stay-cable vibration suppression. For very long stay-cables, however, such damper systems are rendered ineffective, as the dampers need be attached near the end of cables for aesthetic reasons. A recent study by the authors proposed that a movable anchorage system is replaced direct fixed support of the cable with a support through a bearing and damper. This paper extends the previous work by adding active control system to mitigate the cable vibration. The response of a cable with the proposed active control system is obtained and then compared to those of the cable with and without an external passive damper. The results show that the active control system can provide superior protection than the passive control system for a cable vibration.

인접건축물의 지진응답 제어를 위한 MR 감쇠기의 복합제어 모델

김기철,강주원,채승훈,Kim, Gee-Cheol,Kang, Joo-Won,Chae, Seoung-Hun 한국공간구조학회 2011 한국공간구조학회지 Vol.11 No.2

현재 건축 및 토목 구조물의 진동제어에 있어서 준능동제어에 대한 연구가 많이 수행되고 있으며 준능동제어 시스템은 수동제어와 능동제어의 장점을 가지고 있다. 최근 적은 전기 에너지로 제어가 가능한 MR 감쇠기가 개발되어 준능동제어 분야에 적용되고 있으며 이러한 MR 감쇠기를 스마트 감쇠기라 불리고 있다. 본 논문에서는 실시간으로 제어가 가능한 MR 감쇠기를 인접한 두 건축물 사이에 설치하여 제어성능을 알아보고자 한다. 또한, groundhook과 skyhook 제어 알고리즘을 결합한 복합제어 모델을 인접한 건축물의 진동제어에 적용하여 복합제어 모델의 제어성능을 알아보고자 한다. 복합제어 모델을 적용하여 인접한 두 건축물의 진동제어 성능을 분석한 결과, 복합제어 모델이 인접한 두 건축물의 진동제어에 매우 효과적인 것을 알 수 있었다. Many researchers have attempted to apply semi-active control systems in the civil engineering structures. Recently, magneto-rheological(MR) fluid dampers have been developed. This MR damper is one of semi-active dampers as a new class of smart dampers. This paper discusses the application of MR damper for seismic response control of adjacent buildings subjected to earthquake. Here, a controllable damping force of MR damper that is installed between adjacent buildings is applied to seismic response control. A hybrid model combines skyhook and groundhook control algorithm so that the benefits of each can be combined together. In this paper, hybrid control model are applied to the multi degree of freedom system representative of buildings in order to reduce seismic response of adjacent buildings. And the performance of hybrid control model is compared with that of others. It was demonstrated that hybrid control model or adjacent buildings with MR damper was effective for seismic response control of two adjacent buildings reciprocally.

LMI 기법에 의한 H2/H_inf 혼합 구조물 진동제어

황재승,이방연 한국풍공학회 2019 한국풍공학회지 Vol.23 No.3

Various vibration control systems have been applied to reduce the vibration of tall building structures subjected to dynamic wind loads. The main purpose of the control is to mitigate the response of the structure, but the efficacy of control force is also one of the important design requirements. Control force of active vibration controller has been independently determined based on the H2, H_inf -norm of the system. For more efficient control force construction, mixed H2/H_inf vibration control algorithm that combines the two norms was developed and converted to linear matrix inequality(LMI) standard form to provide an optimal solution. In this study, new control strategy is developed which constrain the required equivalent damping ratio of a structure using H_inf-norm and only the control force is expressed with H2 -norm, and applied to the passive vibration control system as well as active control system. The proposed LMI-based control strategy is numerically verified by applying to the active mass damper(AMD) and the Kagome truss viscoelastic damper(KVD). From the numerical results, it was found that the damper capacity of KVD as well as the control gain of AMD can be calculated efficiently. 바람하중을 받는 고층건물의 진동을 저감하기 위한 다양한 진동제어장치가 적용되어왔다. 제어의 주된 목적은 구조물의 응답을 저감하는 것이지만 효율적인 제어력의 산정 또한 중요한 설계요구사항중의 하나이다. 능동형제진장치를 중심으로 제어력 산정은 크게 시스템의 H2, H_inf -norm을 분리하여 독립적으로 결정되어 왔다. 보다 효율적인 제어력 산정을 위해서 두 가지 norm을 혼합한 제어알고리듬이 개발되었고 이를 LMI 표준형으로 변환하여 보다 용이하게 최적 해를 제공하게 되었다. 본 연구에서는 제어 후 구조물의 요구 등가감쇠비를 H_inf-norm을 이용하여 구속하고 제어력만을 별도로 H2-norm을 이용한 제어알고리듬을 개발하여 능동형뿐만 아니라 수동형제진장치에도 적용하는 방안을 제시하였다. 본 연구에서 제안된 혼합제어 기법을 능동질량감쇠기와 카고메 트러스 댐퍼가 설치된 구조물에 적용하여 수치적으로 검증하였으며, 수치해석 결과로부터 능동형뿐만 아니라 수동형제진장치설계를 LMI표준형으로 전환하는 기법을 적용하면 제어이득뿐만 아니라 감쇠용량도 효율적으로 산정 가능함을 알 수 있었다.

LMI 기법에 의한 H2/H∞ 혼합 구조물 진동제어

황재승,이방연 한국풍공학회 2019 한국풍공학회지 Vol.23 No.3

바람하중을 받는 고층건물의 진동을 저감하기 위한 다양한 진동제어장치가 적용되어왔다. 제어의 주된 목적은 구조물의 응답을 저감하는 것이지만 효율적인 제어력의 산정 또한 중요한 설계요구사항중의 하나이다. 능동형제진장치를 중심으로 제어력 산정은 크게 시스템의 H2, H∞-norm을 분리하여 독립적으로 결정되어 왔다. 보다 효율적인 제어력 산정을 위해서 두 가지 norm을 혼합한 제어알고리듬이 개발되었고 이를 LMI 표준형으로 변환하여 보다 용이하게 최적 해를 제공하게 되었다. 본 연구에서는 제어 후 구조물의 요구 등가감쇠비를 H∞-norm을 이용하여 구속하고 제어력만을 별도로 H2-norm을 이용한 제어알고리듬을 개발하여 능동형뿐만 아니라 수동형제진장치에도 적용하는 방안을 제시하였다. 본 연구에서 제안된 혼합제어 기법을 능동질량감쇠기와 카고메 트러스 댐퍼가 설치된 구조물에 적용하여 수치적으로 검증하였으며, 수치해석 결과로부터 능동형뿐만 아니라 수동형제진장치설계를 LMI표준형으로 전환하는 기법을 적용하면 제어이득뿐만 아니라 감쇠용량도 효율적으로 산정 가능함을 알 수 있었다. Various vibration control systems have been applied to reduce the vibration of tall building structures subjected to dynamic wind loads. The main purpose of the control is to mitigate the response of the structure, but the efficacy of control force is also one of the important design requirements. Control force of active vibration controller has been independently determined based on the H2, H∞-norm of the system. For more efficient control force construction, mixed H2/H∞ vibration control algorithm that combines the two norms was developed and converted to linear matrix inequality(LMI) standard form to provide an optimal solution. In this study, new control strategy is developed which constrain the required equivalent damping ratio of a structure using H∞-norm and only the control force is expressed with H2-norm, and applied to the passive vibration control system as well as active control system. The proposed LMI-based control strategy is numerically verified by applying to the active mass damper(AMD) and the Kagome truss viscoelastic damper(KVD). From the numerical results, it was found that the damper capacity of KVD as well as the control gain of AMD can be calculated efficiently.