소형 지능 소자 구동 시스템 개발과 제어기 설계 = Development and Controller Design of a Miniaturized Piezoelectric Actuator Driver System for Smart Devices

국문 초록 (Abstract)

기술이 발전해 가면서 인간의 근육을 모방한 인공근육의 연구가 활발히 진행되고 있다. Piezo소자를 이용하여 개발된 지능소자도 인공근육으로써 개발된 것이다. Piezo소자는 그 특성상 작동하기 위하여 높은 전압을 필요로 하고 히스테리시스 오차를 가지고 있다. 따라서 지능소자를 정밀하게 움직이기 위해서는 제어가 필요하다[1, 2].
본 연구에서는 지능소자 작동기를 이용하여 Piezo 소자를 구동하며 그 반응을 통하여 결과를 분석한다. 지능소자의 역학적 모델을 구하기 위하여 ARX 모델링 기법을 사용한다. 데이터 수집과 제어를 위하여 지능소자에 스트레인 게이지를 부착하여 사용하고, 신호처리 회로를 통하여 데이터를 획득한다. 또한 지능소자의 성능을 개선하기 위하여 PID[3] 제어기를 추가한다. 마이크로프로세서와 지능소자 작동기를 이용하여 설계된 제어기를 실제 시스템에 적용하고, 제어기와 각각의 이득이 시스템에 미치는 영향을 분석한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A smart material is known to be able to generate large force in broad bandwidth in a compact size. In this paper, first, we tried modeling of the dynamics of the smart material. ARX model was used to model the dynamics of the smart material. We applied rectangular waves to the smart material and measured its responses with a strain gauge and a signal processing circuit. A 3rd order model was obtained applying identification algorithm to the input/output data. Secondly, we designed a PID controller based on the obtained model to improve the characteristics of the smart material. Finally, we tested a performance of PID controller.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 = 1
• 1.1 연구 배경 = 1
• 1.2 연구 목적 = 2
• 제2장 소형 지능소자 작동기의 회로 구성 및 설계 = 3
• 2.1 지능소자 작동기의 회로 구성 = 3
• 2.2 하드웨어 구성 = 7
• 2.3 성능 실험 = 12
• 제3장 지능소자의 모델 식별 = 14
• 3.1 실험의 구성 = 14
• 3.2 실험 장치 = 16
• 3.3 모델 식별 과정 (Model Identification) = 19
• 제4장 제어기 설계 = 26
• 4.1 PID 제어기 설계 = 26
• 4.2 제어기 시뮬레이션 = 28
• 4.3 제어기 적용 = 35
• 제5장 결론 = 39
• 5.1 결론 = 39
• 참고문헌 = 40
• ABSTRACT = 42