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신부현,이승한,정광식,이병주,곽도혁 한국기계기술학회 2023 한국기계기술학회지 Vol.25 No.3
This research introduced a command-filtered backstepping control of mirror system to maintain laser communication between satellite and ground station. This requires a 2 degree of freedom gimbal mirror system using DC motors for target acquisition, pointing, and tracking (APT) system. This APT system is used for laser communication between satellite and ground stations. To track these desired angles, we have to control DC motors using introduced command-filtered backstepping controller (CFBSC) with disturbance. Command filtered backstepping controller has second order filter instead differentiation for simple and fast calculation. Introduced command-filtered backstepping control gives a smooth control signal for intermediate states. Simulation results verify that CFBSC outperforms SMC in terms of tracking error and disturbance rejection.
신부현,함태림,곽대영,이경민 대한기계학회 2020 大韓機械學會論文集A Vol.44 No.8
In this study, a voice coil motor (VCM) with a linear negative stiffness and gravity compensation force was developed. The combination of the developed VCM and spring with linear positive stiffness results in a zero stiffness and the gravity-compensation VCM module was applied. The two stiffnesses cancel out each other, and the resultant stiffness becomes zero. The effects of the design parameters in VCM, such as the armature shape, the position and size of the permanent magnets on the stiffness, the stiffness linearity, and the gravity compensation force, were evaluated. Most of the design parameters were obtained and optimized from the experimental and simulation results. Experimental tests were performed to validate the performance of the designed VCM. Electromagnetic forces were measured at every 1 mm stroke over ± 2 mm stroke, and the stiffness and linearity were calculated. The results were compared with the simulation results. 본 연구에서는 실험 계획법을 이용하여 스트로크 범위에서 선형 음강성과 외부 하중에 대응하는 중력 보상 추력을 발생하는 보이스코일모터를 설계하였다. 선형 음강성 보이스코일모터와 양강성의 스프링을 이용하여 영강성의 중력 보상 보이스코일모터 모듈을 제작할 수 있다. 선형 음강성 특성을 구현하기 위해 실험 계획법과 전자기력 시뮬레이션을 이용하여 아마추어의 내/외측 형상, 상하 및 외곽에 설치되는 영구 자석 크기와 위치, 영구 자석의 성능 오차를 설계 인자로 하여 보이스코일모터의 자기회로를 설계하였다. 최적의 시뮬레이션 결과를 바탕으로 보이스코일모터를 제작하고 실험을 통해 보이스코일모터가 ±2mm 스트로크 범위에서의 목표 사양을 만족하는 음강성, 음강성의 선형성, 중력 보상력을 가지는 것을 확인하였다.
소형 이동 로봇을 위한 회전형 보이스 코일 구동기 개발
신부현(Bu Hyun Shin),이승엽(Seung-Yop Lee),이경민(Kyung-Min Lee),오동호(Dongho Oh) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.12
전자기력을 이용한 소형 회전 무빙 자석 타입 보이스 코일 구동기를 소형 이동 로봇을 위해 개발하였다. 1 개의 자석과 1 개의 코일 그리고 1 개의 요크로 이루어진 간단한 구조이다. DC 모터와 같이 선형으로 근사화한 이론적인 모델링으로 성능을 예측하였고, 유한 요소 해석 프로그램으로 모터 상수와 복원력 상수를 계산하여 자석과 코일 사이의 공극에 따른 성능을 예측하였다. 시작품을 제작하여 실험을 통하여 60Hz 에서 공진 주파수를 가지고 주파수 대역폭이 80Hz 를 가짐을 확인하여 모델링을 검증하였다. 그리고 정적으로 1.5V 입력 전압으로 약 20 deg 의 회전을 확인하였다. 제안된 구동기는 개루프 제어가 가능하여 회로 구성을 간단히 할 수 있다. A voice coil actuator with a rotating moving magnet has been developed for a miniaturized mobile robot. The actuator has simple structure comprising a magnet, a coil, and a yoke. Actuator performance is predicted using a linearized theoretical model, and dynamic performance based on the air-gap between the magnet and the coil is predicted using motor constant and restoring constant obtained through finite element simulations. The theoretical model was verified using a prototype with 60 Hz resonance and 80 Hz bandwidth. We found that an input of 1.5 V can make the actuator rotate by 20° statically. The driving configuration of the proposed actuator can be simplified because of its implementation of open-loop control.
바코드 리더용 스캐닝 미러를 위한 무빙 코일 타입 VCM 설계
신부현(Bu Hyun Shin),이정우(Jeong Woo Lee),심현호(Hyun Ho Shim),박상구(Sang Goo Park),이승엽(Seung-Yop Lee) 대한기계학회 2016 大韓機械學會論文集A Vol.40 No.1
바코드 리더를 위한 전자기력을 이용한 소형 회전 무빙 코일 타입 보이스 코일 구동기를 개발하였다. 본 구동기는 1 개의 자석과 1 개의 코일 그리고 1 개의 복원핀으로 이루어진 간단한 구조이다. 구동기는 DC 모터의 선형으로 근사화한 이론적인 모델링으로 해석하고, 유한 요소 해석 프로그램으로 모터 상수와 복원력 상수를 계산하여 동적 성능을 예측하였다. 공진 주파수는 64 ㎐ 이며 바코드 리더를 위한 50 ㎐ 의 주파수에서 60 deg 의 반사각을 가짐으로 예측되었다. 시작품을 제작하여 실험을 통하여 3 V 의 입력 전압에서 50 ㎐ 의 주파수에서 61.8 deg 의 반사각을 가짐을 확인하였다. 제안된 구동기는 Op-amp 를 이용하여 간단한 개루프 제어 회로 구성이 가능하다. A voice coil actuator with moving coil type for scanning mirror system of barcode reader has been developed. The actuator has a simple structure including a magnet, a coil and a pin. The performance of the actuator is analyzed by a linearized theoretical model. And the dynamic performance of the proposed actuator is predicted through motor constant and restoring constant obtained by finite element simulations. The theoretical model was verified by the prototype which has 64 ㎐ resonance frequency and 60 deg reflecting angle. We also discovered that that 3 V input can make the actuator rotate over 61.8 deg reflecting angle at 50 ㎐ resonance frequency. The proposed actuator can simplify its driving configuration because of its implementation of open-loop control.