KR100248457B1 - 6자유도 모션 시뮬레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 6자유도 모션 시뮬레이터에 관한 것으로서, 종래의 6자유도 모션 시뮬레이터 시스템에 실린더의 유압차와 밸브의 위치 신호까지 제어함으로써 제어 시스템의 응답속도가 빨라지고, 정확도가 향상된 제어 응답특성 갖는 효과를 얻게 되었다.
상기 본 발명은 시뮬레이터 제어기로 입력되는 (+)신호값과 그 이전에 실린더에서 출력된 위치신호값이 다시 궤환되어 (-)신호값으로 합성된 신호의 이득값을 가변시킬 수 있는 PID 제어기와, PID 제어된 전압 출력값을 전류출력값으로 변환시키는 전류변환기와, 실린더로 출력되는 신호값을 제어하는 서보밸브와 3단밸브로 구성된 밸브부와, 자유운동을 실시하는 실린더와, 실린더의 위치를 감지하는 위치센서와, 측정된 위치 신호값을 제어 신호로 처리하여 궤환시키는 신호처리부와,상기 실린더의 유압차를 측정한 아날로그 신호값을 제어 신호로 처리하기 위하여 필터링함으로써 (-)신호로 궤환시켜 PID 제어기에서 출력된 신호값과 합성시키는 제 2 신호처리부와, 상기 밸브부의 3단밸브의 위치를 측정하는 밸브위치센서와, 상기 밸브위치센서에 의해 측정된 아날로그 신호값을 제어 신호로 처리하여 (-)신호로 궤환시켜 PID 제어기에서 출력된 신호값과 합성시키는 제 3 신호처리부로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

6자유도 모션 시뮬레이터
본 발명은 6자유도 모션 시뮬레이터에 관한 것으로서, 종래의 제어 시스템에 실린더의 유압차와 밸브의 위치 신호까지 제어함으로써 제어 응답특성을 향상시킨 6자유도 모션 시뮬레이터에 관한 것이다.
6자유도(Six Degree of Freedom) 시뮬레이터(simulator) 운동이라는 것은 6개의 실린더가 동시에 혹은 개별적으로 여섯 방향을 가지면서 움직이는 운동을 의미한다.
도 1은 종래 및 본 발명의 6자유도 모션 시뮬레이터에 관한 개략적인 사시도이다.
즉, 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 6자유도 모션 시뮬레이터는 3 방향의 선형운동(도 1a)과 3 방향의 회전운동(도 1b)을 가진다. x축으로 선형운동을 하는 것을 서웨이(sway)라 하고(11), y축으로 선형운동을 하는 것을 서지(surge)라 하고(12), z축으로 선형운동을 하는 것을 해브(heave)라 하고(13), x축으로 회전운동을 하는 것을 피치(pitch)라 하고(14), y축으로 회전운동을 하는 것을 롤(roll)이라 하고(15), z축으로 회전운동을 하는 것을 요(yaw)라 한다(16).
또한, 도 1c 에 도시된 바와 같이 실린더의 상판은 실린더와 유니버셜 조인트로 고정이 되어 있어서 입력값이 주어지는 방향으로 실린더가 움직일때마다 상판도 같이 움직이는 것이다.
상기 1번 실린더에서 6번 실린더까지 각각의 실린더에 개별적인 명령어가 입력되어 1자유도의 운동을 만들 수도 있다. 예를 들면 1번 실린더에서 6번 실린더에 모두 똑같은 명령어를 주게되면 동시에 같이 움직이게 되며, 이때에는 선형운동의 z축(해브 : heave)이 기준이 되어 운동을 갖게된다.
도 2는 종래의 1자유도 시뮬레이터 제어기의 블록구성도이다.
사용자에 의해 명령어가 시뮬레이터 제어기로 입력되면 명령어에 의한 (+)신호값과 그 이전에 실린더에서 출력된 위치신호값이 다시 궤환되어 (-)신호값으로 합성되어 그 합성값이 입력되며, 각 신호의 이득값을 가변시킬 수 있는 PID 제어기(21)와, PID 제어된 전압 출력값을 전류출력값으로 변환시키는 전류변환기(22)와, 실린더로 출력되는 신호값을 제어하는 서보밸브와 3단밸브로 구성된 밸브부(23)와, 여섯 방향(3개의 선형운동, 3개의 회전운동)으로 자유운동을 실시하는 실린더(24)와, 실린더의 위치를 감지하는 위치센서(25)와, 측정된 위치 신호값을 디지털 신호로 처리하여 궤환시키는 신호처리부(26)로 구성된다.
상기의 블록구성도에 의해서 측정물체는 한 방향의 운동 모션을 갖게 되고, 이것은 1자유도 시뮬레이터이며, 상기의 1자유도가 여섯 방향을 모두 가지고 움직일때에 6자유도 운동을 갖게 되는 것이다.
그러나, 종래의 자유도 제어 시스템은 속도가 늦고, 제어 응답이 늦어 정확도가 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 종래의 제어 시스템에 실린더의 유압차와 밸브의 위치 신호까지 제어함으로써 제어 응답특성을 향상시키는 6자유도 모션 시뮬레이터를 제공하는 데 있다.
도 1a와 도 1b는 6자유도 모션 시뮬레이터의 자유도를 개략적으로 나타낸 도면,
도 1c는 6자유도 모션 시뮬레이터가 개략적으로 도시된 사시도,
도 2는 종래의 1자유도 시뮬레이터 제어기의 블록구성도,
도 3은 본 발명에 따른 1자유도 시뮬레이터 제어기의 블록구성도이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
51 : 명령어 52 : PID 제어기
53 : 전류변환기 54 : 밸브부
55 : 실린더 56 : 실린더 위치센서
57 : 제 2 신호처리부 58 : 밸브 위치센서
59 : 제 3 신호처리부 60 : 제 1 신호처리부
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 6자유도 모션 시뮬레이터는 시뮬레이터 제어기로 입력된 (+)신호값과 그 이전에 실린더에서 출력된 위치신호값이 다시 궤환되어 (-)신호값으로 합성된 신호의 이득값을 가변시킬 수 있는 PID 제어기와, PID 제어된 전압 출력값을 전류출력값으로 변환시키는 전류변환기와, 실린더로 출력되는 신호값을 제어하는 서보밸브와 3단밸브로 구성된 밸브부와, 자유운동을 실시하는 실린더와, 실린더의 위치를 감지하는 위치센서와, 측정된 위치 신호값을 디지털 신호로 처리하여 궤환시키는 신호처리부로 구성된 자유도 모션 시뮬레이터 장치에 있어서;
상기 실린더의 유압차를 측정한 아날로그 신호값을 디지털 신호로 처리하여 (-)신호로 궤환시켜 PID 제어기에서 출력된 신호값과 합성시키는 제 2 신호처리부와, 상기 밸브부의 3단밸브의 위치를 측정하는 밸브위치센서와, 상기 밸브위치센서에 의해 측정된 아날로그 신호값을 제어 신호로 처리하여 (-)신호로 궤환시켜 PID 제어기에서 출력된 신호값과 합성시키는 제 3 신호처리부로 구성된 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 구성은 다음과 같다.
본 발명에 의한 6자유도 모션 시뮬레이터는 도 3에 도시된 바와 같이 시뮬레이터 제어기로 입력된 (+)신호값과 그 이전에 실린더에서 출력된 위치신호값이 다시 궤환되어 (-)신호값으로 합성된 신호의 이득값을 가변시킬 수 있는 PID 제어기(51)와, PID 제어된 전압 출력값을 전류출력값으로 변환시키는 전류변환기(53)와, 실린더로 출력되는 신호값을 제어하는 서보밸브와 3단밸브로 구성된 밸브부(54)와, 자유운동을 실시하는 실린더(55)와, 실린더(55)의 위치를 감지하는 실린더위치센서(56)와, 측정된 위치 신호값을 디지털 신호로 처리하여 궤환시키는 제 1 신호처리부(60)로 구성된 종래의 자유도 모션 시뮬레이터 장치에 있어서;
상기 실린더(55)의 유압차를 측정한 아날로그 신호값을 디지털 신호로 처리하여 (-)신호로 궤환시켜 PID 제어기(52)에서 출력된 신호값과 합성시키는 제 2 신호처리부(57)와, 상기 밸브부(54)의 3단밸브의 위치를 측정하는 밸브위치센서(58)와, 상기 밸브위치센서(58)에 의해 측정된 아날로그 신호값을 제어 신호로 처리하여 (-)신호로 궤환시켜 PID 제어기(52)에서 출력된 신호값과 합성시키는 제 3 신호처리부(59)로 구성된다.
또한, 상기의 제 1 신호처리부(60)는 실린더(55)의 길이의 조절이 가능한 오프셋(OFFSET)기능을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 제 2 신호처리부(57)는 실린더(55)의 유압차의 싸인파(Sine Wave) 신호값를 하이패스필터(High Pass Filter)로 필터링된 게인(Gain)값을 출력신호로 얻는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기의 제 3 신호처리부(59)는 밸브위치센서(58)의 싸인파(Sine Wave) 신호값를 직류파로 변환시키는 디모듈레이터(Demodulator)와 로패스필터(Low Pass Filter)로 필터링된 게인(Gain)값을 출력신호로 얻는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 6자유도 모션 시뮬레이터의 작용을 도 3에 따라 설명하면 다음과 같다.
먼저, 시뮬레이터 제어기로 입력되는 (+)신호값(51)과 그 이전에 실린더에서 출력된 위치신호값이 다시 궤환되어 (-)신호값은 합성되어 PID 제어기(52)로 입력된다.
즉, 명령값(51)과 궤환된 신호값이 차이가 있으면 PID 제어를 한다. PID라는 것은 1단계로 P(Propotional : 비례)값을 조정하고, 1차 조정된 P값에 다시 I(Integral : 적분)값이 미세하게 조정되고, 최종적으로 D(Differentiate : 미분)값으로 조정한다.
상기 PID 조정된 전압 출력값은 전류변환기(53)를 거쳐서 전류출력값으로 변환되며, 변환된 전류출력값은 서보밸브와 3단밸브로 구성된 밸브부(54)의 적절한 제어에 의해서 조정되고, 조정된 출력값은 실린더(55)로 입력되어 주어진 신호값에 따라 자유운동을 실시한다.
실린더의 자유운동에 의해서 실린더위치센서(56)는 위치를 감지하고, 감지된 위치 신호값은 제 1 신호처리부(60)에 의해서 원하는 제어 신호로 처리되어 궤환되며 제어 시스템 기능을 갖게 된다.
또한, 상기 실린더(55)의 유압차를 측정한 아날로그 신호값을 제어가능한 신호로 처리하여 (-)신호로 궤환시켜 PID 제어기(52)에서 출력된 신호값과 합성시키는 제 2 신호처리부(57)에 의해서 실린더의 유압차 제어 시스템 기능을 갖게 되고, 상기 밸브부(54)의 3단밸브의 위치를 측정하는 밸브위치센서(58)와, 상기 밸브위치센서(58)에 의해 측정된 아날로그 신호값을 제어 신호로 처리하여 (-)신호로 궤환시켜 PID 제어기(52)에서 출력된 신호값과 합성시키는 제 3 신호처리부(59)에 의해서 밸브의 위치에 따른 제어 시스템 기능을 갖게 된다.
또한, 상기 제 2 신호처리부(57)의 출력값과 제 3 신호처리부(59)의 출력값은 각각 스위치가 장착되어 온-오프(ON-OFF) 기능을 가지게 하여 시험할 때에 즉, 제 2 신호처리부(57)의 출력값과 제 3 신호처리부(59) 출력값의 온-온, 온-오프, 오프-온 및 오프-오프 등의 여러 조건에서 시험을 할 수 있도록 하였다.
또한, 상기 PID 제어기(52)의 I값과 D값의 출력값에도 각각 스위치가 장착되어 온-오프(ON-OFF) 기능을 가지게 함으로써 온-온, 온-오프, 오프-온 및 오프-오프 등의 여러 조건에서 시험을 할 수 있도록 하였다.
결론적으로, 상기의 제 1 신호처리부(60), 제 2 신호처리부(57) 및 제 3 신호처리부(59)의 세 개의 신호처리부에 의해서 종래보다 정확하고 빠른 응답특성을 갖는 제어 시스템을 갖게 되었다.
상기와 같이 구성되고 작용하는 본 발명에 의한 6자유도 모션 시뮬레이터는 종래의 제어 시스템에 실린더의 유압차와 밸브의 위치 신호까지 제어함으로써 제어 시스템의 응답속도가 빨라지고, 정확도가 향상된 제어 응답특성 갖는 효과를 얻게 되었다.

Claims (7)

  1. 6자유도 모션 시뮬레이터는 시뮬레이터 제어기의 입력 (+)신호값과 그 이전에 실린더에서 출력된 위치신호값이 다시 궤환되어 (-)신호값으로 합성된 신호의 이득값을 가변시킬 수 있는 PID 제어기와, PID 제어된 전압 출력값을 전류출력값으로 변환시키는 전류변환기와, 실린더로 출력되는 신호값을 제어하는 서보밸브와 3단밸브로 구성된 밸브부와, 자유운동을 실시하는 실린더와, 실린더의 위치를 감지하는 위치센서와, 측정된 위치 신호값을 디지털 신호로 처리하여 궤환시키는 신호처리부로 구성된 자유도 모션 시뮬레이터 장치에 있어서;
    상기 실린더의 유압차를 측정한 아날로그 신호값을 제어 신호로 처리하여 (-)신호로 궤환시켜 PID 제어기에서 출력된 신호값과 합성시키는 제 2 신호처리부;
    상기 밸브부의 3단밸브의 위치를 측정하는 밸브위치센서; 및
    상기 밸브위치센서에 의해 측정된 아날로그 신호값을 제어 신호로 처리하여 (-)신호로 궤환시켜 PID 제어기에서 출력된 신호값과 합성시키는 제 3 신호처리부로 구성된 것을 특징으로 하는 6자유도 모션 시뮬레이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 신호처리부는 실린더의 길이의 조절이 가능한 오프셋(OFFSET)기능을 가지는 것을 특징으로 하는 6자유도 모션 시뮬레이터.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 신호처리부는 실린더의 유압차의 싸인파(Sine Wave) 신호값를 하이패스필터(High Pass Filter)로 필터링된 게인(Gain)값을 출력신호로 얻는 것을 특징으로 하는 6자유도 모션 시뮬레이터.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 신호처리부는 밸브위치센서의 싸인파(Sine Wave) 신호값를 직류파로 변환시키는 디모듈레이터(Demodulator)와 로패스필터(Low Pass Filter)로 필터링된 게인(Gain)값을 출력신호로 얻는 것을 특징으로 하는 6자유도 모션 시뮬레이터.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 신호처리부의 출력값은 스위치가 장착되어 온-오프(ON-OFF) 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 6자유도 모션 시뮬레이터.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 신호처리부의 출력값은 스위치가 장착되어 온-오프(ON-OFF) 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 6자유도 모션 시뮬레이터.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 PID 제어기의 I값과 D값의 출력값은 각각 스위치가 장착되어 온-오프(ON-OFF) 기능을 가지는 것을 특징으로 하는 6자유도 모션 시뮬레이터.
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