유압 서보 구동기의 동특성을 고려한 진동 시험기의 반복 피드포워드 제어

Abstract

자동차, 건설장비, 항공기와 같은 많은 기계장비들은 운전 중에 다양한 진동현상을 겪는다. 이 같은 진동현상은 제품의 내구성에 심각한 영향을 미친다. 이와 같은 이유로 유압 진동 시험기를 이용한 내구성 실험은 제품의 수명을 평가하기 위해 중요하다. 제품의 수명을 평가하기 위해서는 진동 시험기를 통해 제품의 실제 진동환경을 그대로 구현하는 것이 중요하다. 진동 시험을 위해서는 먼저 제품의 운전 중에 기준 신호를 측정하고, 이를 진동 시험기를 통해 구현해야 한다. 진동 시험기는 이 같은 기준 신호를 시스템의 비선형성과 고부하 및 왜란 등의 상황에서도 그대로 추종해야 한다. 이 논문은 진동 시험기의 반복 피드포워드 제어에 관한 연구이다. 유압 시스템은 비선형성이 심할 뿐만 아니라 큰 위상 지연을 갖는다. 또한, 다수의 유압 서보 구동기로 구성된 진동 시험기는 구동기 간의 기구학적, 동역학적 연성관계를 갖는 다중입력 다중출력 시스템이다. 이 같은 이유로 진동 시험기를 고주파 영역까지 제어하는 것은 쉽지 않은 일이다. 앞서 언급한 문제의 해결책이 반복 피드포워드 제어 방법이다. 반복 피드포워드 제어의 근본적인 개념은 주어진 일에 대한 반복적인 특성을 이용하는 것이다. 반복 피드포워드 제어는 각 반복 단계마다 과거의 입력 정보를 이용하여 현재의 입력을 보상한다. 진동 시험기에서 동역학적 연성의 주 원인은 유압 서보 구동기의 유압 공진현상 때문이다. 이 문제를 해결하기 위해서 압력 피드백 제어를 사용한다. 압력 피드백 제어는 수치 감쇠기 효과에 의해 유압 공진 현상을 완화한다. 수학적으로 모델된 진동 시험기에 대해 압력 피드백을 기반한 반복 피드포워드 제어를 적용하였다. 이를 통해 최대 100Hz까지의 성능 향상을 확인하였다. 압력 피드백 제어와 반복 피드포워드 제어는 단축 유압 서보 구동기에 대한 실험을 통해 검증하였다. 동역학적 연성에 대한 또 다른 해결책은 다중입력 다중출력 진동 시험기에 대해 각 구동기에 대한 수학적 모델을 기반한 반복 피드포워드 제어 방법이다. 이 같은 방법은 진동 시험기에 대해 구동기 사이의 동역학적 연성을 완화하는 효과를 나타낸다. 모의 실험을 통하여 수학적 모델 기반 반복 피드포워드 제어 성능이 최대 100Hz까지 향상되는 것을 확인하였다. 이 같은 방법은 실제 진동 시험기에 대해 적용하였고, 결함을 가지는 진동 시험기에 대해 30Hz까지 성능 향상을 확인하였다.