KR100877117B1 - Guidance control system of maglev lift - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 종래의 자기부상 리프트의 기존의 안내제어 방식을 보여주는 전체 블록도,1 is an overall block diagram showing a conventional guide control method of a conventional magnetic levitation lift,
도 2는 종래의 자기부상 리프트의 기존의 안내제어 블록도,2 is a conventional guide control block diagram of a conventional magnetic levitation lift,
도 3은 본 발명의 자기부상 리프트의 확장형 안내제어 방식을 보여주는 블록도,3 is a block diagram showing an extended guide control method of the magnetic levitation lift of the present invention;
도 4는 본 발명의 확장형 안내제어기 중 로컬 갭 제어기에 대한 블록도, 4 is a block diagram of a local gap controller in the extended guide controller of the present invention;
도 5는 본 발명의 확장형 안내제어기 중 글로벌 갭 제어기에 대한 블록도,5 is a block diagram of a global gap controller of the extended guide controller of the present invention;
도 6은 자기부상 리프트의 수직이동시 레일에서 발생되는 외란을 보여주는 개념도6 is a conceptual view showing the disturbance generated in the rail during vertical movement of the magnetic levitation lift
도 7은 종래의 안내제어 방식을 사용했을 경우, x축에 대한 회전토크 외란에 대한 갭 응답 파형도,7 is a gap response waveform diagram for rotational torque disturbance about the x-axis when a conventional guide control method is used.
도 8은 본 발명의 확장형 안내제어 방식을 사용했을 경우, x축에 대한 회전토크 외란에 대한 갭 응답 파형도,8 is a gap response waveform diagram for rotational torque disturbance about the x-axis when the extended guide control method of the present invention is used;
도 9는 본 발명의 안내제어 시스템이 자기부상 리프트에 적용된 상태를 나타 내는 실시예,9 is an embodiment showing a state in which the guide control system of the present invention is applied to the magnetic levitation lift,
도 10은 본 발명의 안내제어 시스템이 자기부상열차에 적용된 상태를 나타내는 실시예이다.10 is an embodiment showing a state in which the guide control system of the present invention is applied to the magnetic levitation train.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>
1 : 로컬 안내제어 시스템 (종래) 2, 10 : 로컬 갭 제어기(종래)1: Local guide control system (conventional) 2, 10: Local gap controller (conventional)
3, 22 : 초퍼 4, 23 : 자기부상 리프트3, 22:
5, 25 : 센서5, 25: sensor
11a, 12a, 13a, 14a, 15a, 16a, 17a, 18a : 비례 및 적분 제어기(기존의 로컬 갭 제어기용)11a, 12a, 13a, 14a, 15a, 16a, 17a, 18a: proportional and integral controllers (for existing local gap controllers)
11b, 12b, 13b, 14b, 15b, 16b, 17b, 18b : 미분 제어기(기존의 로컬 갭 제어기용)11b, 12b, 13b, 14b, 15b, 16b, 17b, 18b: differential controller (for existing local gap controller)
11c, 12c, 13c, 14c, 15c, 16c, 17c, 18c : 전류 제어기(기존의 로컬 갭 제어기용)11c, 12c, 13c, 14c, 15c, 16c, 17c, 18c: current controller (for existing local gap controller)
20 : 확장형 안내제어 시스템 21, 30 : 로컬 갭 제어기20: extended
24, 40 : 글로벌 갭 제어기24, 40: global gap controller
31a, 32a, 33a, 34a, 35a, 36a, 37a, 38a : 비례 제어기(로컬 갭 제어기용)31a, 32a, 33a, 34a, 35a, 36a, 37a, 38a: proportional controller (for local gap controller)
31b, 32b, 33b, 34b, 35b, 36b, 37b, 38b : 미분 제어기(로컬 갭 제어기용)31b, 32b, 33b, 34b, 35b, 36b, 37b, 38b: differential controller (for local gap controller)
31c, 32c, 33c, 34c, 35c, 36c, 37c, 38c : 전류 제어기(로컬 갭 제어기용)31c, 32c, 33c, 34c, 35c, 36c, 37c, 38c: current controller (for local gap controller)
41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48 : 비례 및 적분 제어기(글로벌 갭 제어기용)41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48: proportional and integral controllers (for global gap controllers)
50a, 50b, 61a, 61b : 가이드레일50a, 50b, 61a, 61b: guide rail
51a, 51b : 로컬 갭 제어기의 갭 기준 선(종래)51a, 51b: gap reference line of the local gap controller (conventional)
52a, 52b : 글로벌 갭 제어기의 갭 기준 선 52a, 52b: gap reference line of the global gap controller
53a, 53b, 53c, 53d, 63a, 63b, 63c, 63d : 갭 센서53a, 53b, 53c, 53d, 63a, 63b, 63c, 63d: gap sensor
54a, 54b, 54c, 54d, 62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f, 62g, 62h : 마그네트 54a, 54b, 54c, 54d, 62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f, 62g, 62h: magnet
55, 60 : 리프트의 케이지(자기부상 리프트용)55, 60: cage of lift (for maglev lift)
64 : 확장형 안내제어 시스템 65 : 구동 모터64: extended guide control system 65: drive motor
66 : 로프 70 : 대차 프레임(자기부상열차용) 66: rope 70: bogie frame (for maglev train)
71a, 71b, 71c, 71d : 마그네트 72a, 72b, 72c, 72d : 갭 센서71a, 71b, 71c, 71d:
73a, 73b : 레일 74 : 확장형 부상제어 시스템73a, 73b: rail 74: extended floating control system
본 발명은 자기부상 리프트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 반도체 및 LCD 공정에서 다층 간에 화물을 실어 나르는 자기부상 리프트에서 안내제어 및 수직이동시 부하의 불균등성에 의한 힘 외란 또는 가이드레일의 위치변동에 의한 레일 외란 등을 방지할 수 있는 자기부상 리프트의 안내제어 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a magnetic levitation lift, and more particularly, in a magnetic levitation lift carrying loads between layers in a semiconductor and LCD process, a rail caused by force disturbance or a change of position of a guide rail due to uneven load during vertical movement. A guide control system for a magnetic levitation lift capable of preventing disturbances and the like.
자기부상 리프트는 공장 내에서 화물을 운송하는데 사용되고 있으며, 특히 반도체 및 LCD 공정에서 다층 간에 화물을 실어 이송하는데 널리 사용되고 있는 것으로 그 구조는 도 1 및 도 2와 같은 시스템으로 이루어져 있다.Maglev lifts are used to transport cargo in factories, and in particular, they are widely used to transport cargo between multiple layers in semiconductor and LCD processes. The structure consists of a system as shown in FIGS.
즉, 자기부상리프트 (4)은 로컬제어시스템(1)의 제어신호를 받아 구동되게 구성되어 있고, 상기 자기부상리프트(4)의 갭 전류를 감지하는 센서(5)를 연결하여 상기 로컬제어시스템(2)으로 피드백되도록 구성되어 있다.That is, the
또한 로컬제어시스템(1)은 로컬 갭제어기(2)의 출력이 초퍼(3)를 통하여 증폭되어 출력되도록 구성되어 있다.In addition, the
여기서, 기존의 안내제어 시스템(1)은 도 1에 보인 바와 같이, 로컬 코너의 피드백 신호만을 이용해서 로컬 갭 제어기(2)를 구현하고 있으며, 도 2와 같이 로컬 코너의 갭 및 전류 신호를 가지고 갭, 속도 및 전류 신호를 이용한 상태 궤환 방식으로 구현된 로컬 갭 제어기(2)를 사용하고 있는 것으로 그 구동원리는 다음 식 (1)~(8)로 나타낼 수가 있다.Here, the conventional
여기서 는 각각 위치 이득, 적분 이득, 속도 이득 및 전류 이득이고, 은 8개의 마그네트에 대한 로컬 갭 제어기의 제어 전압이며, 는 마그네트 갭, 는 기준 공극, 는 속도, 는 전류이다. 이 제어전압은 초퍼(3)에 의해 증폭되어 자기부상 리프트(4)에 가해지고, 갭과 전류 신호는 센서(5)에 의해 감지되고 있다.here Are position gain, integral gain, speed gain, and current gain, respectively, Is the control voltage of the local gap controller for the eight magnets, Magnet gap, Is the reference void, Speed, Is the current. This control voltage is amplified by the
상기 식 (1)에서 알 수 있듯이, 1번 마그네트의 제어전압 은 1번 마그네트의 신호만을 이용하되, 다른 마그네트의 신호는 포함하지 않는 구조를 갖고 있다. 이는 다른 마그네트의 제어전압 도 마찬가지로 로컬 신호만을 이용하고 있는 것으로 이 로컬 제어방식은 단일 마그네트로 구성된 단순한 자기부상 시스템에서는 효율적인 방안일지라도 다수의 마그네트로 이루어진 자기부상 리프트나 자기부상열차에서는 다른 코너로부터 자기 코너로 큰 영향을 줄 수 있고, 외부로부터 힘 또는 레일 등의 외란이 들어오면 제어성능이 떨어지는 문제가 있다.As can be seen from Equation (1), the control voltage of
도 1 및 도 2에서, 자기부상 리프트(4)는 외부로부터 외란이 들어올 경우, 로컬 갭 제어기의 단점은 작동시 리프트가 가이드레일을 따라 수직방향으로 이동시 리프트의 네 코너의 갭(간격)이 다르거나 리프트 차체의 비틀림에 의한 진동이 발생한다. 1 and 2, when the
리프트의 수직 이송시 각 코너의 마그네트는 일정한 공극을 유지하면서 가이드레일을 따라가도록 갭 제어기가 동작하는데, 두 개의 가이드레일 사이의 간격이 변하게 되면, 반대편 쪽의 마그네트 갭은 다르게 된다. 이 때, 로컬 갭 제어기의 적분기는 기준 갭과 마그네트 갭 사이의 오차를 0으로 하기위해 전류는 계속 증가하게 되므로 이동하는 힘이 계속 증가하게 되므로 결국은 리프트가 진동하게 된다. In the vertical transfer of the lift, the gap controller operates to follow the guide rail while maintaining a constant gap in the magnet. When the gap between the two guide rails is changed, the magnet gap on the opposite side is different. In this case, the integrator of the local gap controller continuously increases the current because the current continues to increase to zero the error between the reference gap and the magnet gap, and eventually the lift vibrates.
따라서 이 방식의 한계는 각종 외란에 발생한 경우에, 양쪽변의 마그네트 갭을 동시에 같게 만들지 못한다는 것이다. 또한 한 코너에 힘 외란이 인가되면 다른 코너에 영향을 미치며 결국 전체 리프트의 갭은 영향을 받게 된다.Therefore, the limitation of this method is that in case of various disturbances, the magnet gaps of both sides cannot be made equal at the same time. In addition, when a force disturbance is applied to one corner, it affects the other corner, and eventually the gap of the entire lift is affected.
본 발명은 이와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,The present invention is to solve such a problem,
본 발명의 목적은 리프트에서 안내 제어시 마그네트와 가이드레일 사이의 갭 간격이 일정하게 유지되도록 제어할 수 있는 자기부상 리프트의 안내제어 시스템을 제공하고자 하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a guide control system for a magnetic levitation lift that can control the gap spacing between the magnet and the guide rail to be kept constant during guide control in the lift.
본 발명의 다른 목적은 자기부상 리프트의 안내제어 시스템에서 리프트의 다양한 외란이 발생하더라도 안정도를 유지하면서 진동을 최소로 할 수 있는 확장형 안내제어기를 제공하고자 하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an extended guide controller capable of minimizing vibration while maintaining stability even when various disturbances of the lift occur in the guide control system of the magnetic levitation lift.
이를 구현하기 위해, 자기부상 리프트의 로컬 코너의 갭과 전류 신호로 로컬 갭 제어기를 구성하고, 추가로 글로벌 코너의 갭 신호를 이용한 글로벌 갭 제어기를 사용하고 있다. In order to implement this, a local gap controller is composed of a gap and current signal of a local corner of the magnetic levitation lift, and a global gap controller using a gap signal of a global corner is additionally used.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 자기부상 리프트의 안내제어 시스템은, 로컬 갭제어기 및 초퍼로 구성되어 자기부상 리프트의 구동을 제어하는 로칼제어시스템과, 상기 자기부상 리프트의 갭전류를 감지하고, 상기 로컬 갭제어기로 그 신호를 피드백시키는 센서로 구성된 자기부상 리프트의 안내제어 시스템에 있어서,The guidance control system of the magnetic levitation lift for achieving the above object of the present invention comprises a local gap controller and a chopper to control the driving of the magnetic levitation lift, and detects a gap current of the magnetic levitation lift. In the guide control system of the magnetic levitation lift composed of a sensor for feeding back the signal to the local gap controller,
상기 로컬제어시스템내에 가산기 및 센서의 신호가 피드백되는 글로벌 갭제어기를 구성하여 로컬 갭 제어기와 글로벌 갭 제어기의 합으로 제어되게 구성하고, 리프트를 두 개의 가이드레일 사이의 중앙에 위치하도록 구성 한 것을 특징으로 하고 있으며, It is configured to be controlled by the sum of the local gap controller and the global gap controller by configuring a global gap controller to which the signals of the adder and the sensor are fed back in the local control system, and the lift is configured to be located at the center between the two guide rails. We are doing
상기한 로컬 갭 제어기는 로컬 코너의 갭과 전류 신호를 사용하여 The local gap controller uses a gap and current signal at the local corner.
미분제어기 및 전류제어기의 출력이 가감되게 구성하고, 미분제어기의 출력이 가산되어 안내제어 신호로 출력되게 구성한 것을 특징으로 하고 있다.The output of the differential controller and the current controller is configured to be added or subtracted, and the output of the differential controller is added to be output as a guide control signal.
이하 본발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
자기 부상 리프트에서 두 개의 가이드레일의 횡방향 위치가 변하거나 힘 외란이 발생하더라도 항상 리프트의 횡방향 위치는 두 개의 가이드레일의 중앙에 있도록 하여야만 한다. Even if the transverse position of the two guide rails changes or a force disturbance occurs in the maglev lift, the transverse position of the lift must always be in the center of the two guide rails.
또한 로컬 갭 제어기를 사용했을 때 차체의 비틀림에 의해 발생하는 진동 문제를 해결하기 위하여 로컬 갭 제어기에 글로벌 갭 제어기를 추가로 구성하고 있는 것으로 이 관계를 도 3에 나타내고 있다.In addition, in order to solve the vibration problem caused by the torsion of the vehicle body when the local gap controller is used, a global gap controller is further configured in the local gap controller, and the relationship is shown in FIG. 3.
도 3은 본 발명의 자기부상 리프트의 확장형 안내제어 방식을 보여주는 블록도이이다. 3 is a block diagram showing an extended guide control method of the magnetic levitation lift of the present invention.
자기부상리프트 (23)는 로컬제어시스템(20)의 제어신호를 받아 구동되게 구성되어 있고, 상기 자기부상리프트(23)의 갭 전류를 감지하는 센서(25)을 연결하여 상기 로컬제어시스템(20)으로 피드백되도록 구성되어 있다.The magnetic levitation lift 23 is configured to be driven by receiving a control signal from the
또한 로컬제어시스템(20)은 로컬 갭제어기(21) 및 글로벌 갭 제어기(24)로 구성되고, 상기 로컬 갭제어기(21) 및 글로벌 갭제어기(24)의 출력이 가산기(26)에서 가산된 후 초퍼(22)를 통하여 증폭되어 출력되도록 작용한다.In addition, the
따라서 상기 센서(25)의 출력은 일측 및 타측으로 로컬 갭제어기(21) 및 글로벌 갭 제어기(24)로 양 방향으로 피드백되게 구성한 것이다.Therefore, the output of the
상기한 로컬 갭제어기(21)의 세부 회로의 구성은 도 4와 같다.The detailed circuit configuration of the
도 4는 본 발명의 확장형 안내제어기 중 로컬 갭 제어기에 대한 블록도를나타내고 있고, 도 5는 본 발명의 확장형 안내제어기 중 글로벌 갭 제어기에 대한 블록도를 나타내고 있다.FIG. 4 is a block diagram of a local gap controller in the extended guide controller of the present invention, and FIG. 5 is a block diagram of a global gap controller in the extended guide controller of the present invention.
상기와 같이 로컬 갭 제어기(21, 30)는 갭, 속도 및 전류를 이용하여 상태 궤환 방식으로 구현되고, 글로벌 갭 제어기(24, 40)는 로컬 갭과 글로벌 갭의 차이를 비례 및 적분하여 구현된다. As described above, the
이와 같이 구현되는 로컬 갭 제어기에 대한 관계식은 (9)~(16)와 같이 나타낼 수가 있다.The relational expression for the local gap controller implemented as described above may be represented as (9) to (16).
여기서 은 8개의 마그네트에 대한 로컬 갭 제어기의 출력 전압이고, 는 마그네트 갭, 는 기준 공극, 는 속도, 는 전류이다. here Is the output voltage of the local gap controller for 8 magnets, Magnet gap, Is the reference void, Speed, Is the current.
또한, 도 5의 글로벌 갭 제어기에 대한 관계식은 식 (17)~(24)로 나타앨 수가 있다.In addition, the relational expression for the global gap controller of FIG. 5 can be represented by equations (17) to (24).
여기서 은 8개의 마그네트에 대한 글로벌 갭 제어기의 출력 전압이고, 와 는 각각 글로벌 비례 이득과 글로벌 적분 이득이다. here Is the output voltage of the global gap controller for 8 magnets, Wow Are the global proportional gain and the global integral gain, respectively.
결국 도 3에서 안내제어기에 의해 계산된 제어전압 은 로컬 갭 제어기 출력 와 글로벌 갭 제어기 출력 의 합이 되고, 이와 같은 합이 되는 출력을 사용하는 것이 본 발명의 특징이다.Finally, the control voltage calculated by the guide controller in FIG. Is the local gap controller output And global gap controller output It is a feature of the present invention to use an output that is a summation and that summation.
이때 글로벌 갭 제어기에서 는 경우에 따라서는 0으로 놓기도 하며, 적분기는 로컬 갭과 글로벌 갭의 차이를 적분하므로 정상상태에서 로컬 갭과 글로벌 갭은 같게 된다. At the global gap controller In some cases, it is set to 0. Since the integrator integrates the difference between the local gap and the global gap, the local gap and the global gap are the same at steady state.
즉, 식 (17)와 (18)에서 글로벌 갭 제어기 및 에 의해 정상상태에서 리프트 상위 갭 , 및 는 같게 된다. 그리고 식 (21)과 (22)에서 글로벌 갭 제어기 에 의해 정상상태에서 리프트 하위 갭 , 및 는 같게 된다.
다시말해서, 상기 설명을 도 9 의 각 마그네트 번호를 참조하여 설명하면 다음과 같습니다.
식 (17)에서 1번 마그네트의 제어전압은
Kgi * ∫( g1 - g2)dt가 g1과 g2의 오차가 +이면, 1번 마그네트의 전류를 증가시키고, -이면, 감소시킵니다. 또한,
Kgi * ∫( g1 - g3)dt가 g1과 g3의 오차가 +이면, 1번 마그네트의 전류를 증가시키고, -이면, 감소시킵니다.
결국 g1 = g2 = g3가 되도록 제어하는 것입니다.
그래서 상위의 왼쪽 앞과 뒤, 그리고 상위의 오른쪽 앞의 마그네트 갭을 같게 합니다.
마찬가지로, 식 (18)에서 2번 마그네트의 제어전압은
-Kgi * ∫(g1 - g2)dt가 g1과 g2의 오차가 +이면, 식 (17)과 반대로 2번 마그네트의 전류를 감소시키고, +이면 증가시킵니다.
Kgi * ∫( g2 - g4)dt가 g2과 g4의 오차가 +이면, 2번 마그네트의 전류를 증가시키고, -이면, 감소시킵니다.
결국 상위 왼쪽 뒤쪽의 2번 마그네트의 전류는 상위 왼쪽 앞쪽의 1번 마그네트 갭과는 반대로 움직이면서 정상상태에서는 같게 되고,
상위 오른쪽 뒤쪽의 4번 마그네트와도 반대 방향으로 움직이면서 정상상태에서는 같게 됩니다.
그리고, 식 (19)에서 3번 마그네트의 제어전압은
오른쪽 레일의 g3와 g4가 정상상태에서 같게 되고, g3가 왼쪽 레일의 g1과 같게 됩니다.
나머지 식도 마찬가지 입니다.
물론, 하위 갭을 제어하는 식(21) 내지 식(24)역시 이동방향만 다를뿐 상기 식(17) 내지 식(20)과 동일한 방식으로 제어됩니다.
결론적으로, 각각의 갭은 먼저 같은 레일을 마주보는 갭과 다른쪽 레일의 갭 모두와 정상상태에서 같게 됩니다. 그리고 한 쪽이 +이면 다른 쪽은 -가 됩니다.That is, the global gap controller in equations (17) and (18) And Lift upper gap from steady state by , And Becomes the same. And the global gap controller in equations (21) and (22). Lift lower gap from steady state by , And Becomes the same.
In other words, the above description will be explained with reference to each magnet number in FIG.
In equation (17), the control voltage of
Kgi * ∫ (g1-g2) dt increases the current in
Kgi * ∫ (g1-g3) dt increases the current in
Eventually g1 = g2 = g3.
So equalize the magnet gaps before and after the upper left and above the upper right.
Similarly, the control voltage of
-Kgi * ∫ (g1-g2) dt decreases the current in
Kgi * ∫ (g2-g4) dt increases the current in
Eventually, the current of
It moves in the opposite direction to
And, in equation (19), the control voltage of
G3 and g4 on the right rail are equal in normal state, and g3 is equal to g1 on the left rail.
The same is true for the rest of the equation.
Of course, the equations (21) to (24) controlling the lower gap are also controlled in the same way as the above equations (17) to (20), except that the movement direction is different.
As a result, each gap is equal in steady state with both the gap facing the same rail first and the gap on the other rail. And if one side is +, the other side is-.
결국, 기존의 갭 제어기의 적분기 방식과 본 발명에서의 글로벌 갭 제어기의 적분기 방식의 차이는 적분기 입력 신호가 되며, 기존의 적분기 방식에 비해 본 발명에서의 적분기 방식의 유리한 점은 정상상태에서 리프트의 왼쪽과 오른쪽 변의 갭은 항상 같게 되어 외란에 상관없이 안정적인 갭 특성을 가지는 효과가 있다.As a result, the difference between the integrator method of the conventional gap controller and the integrator method of the global gap controller in the present invention becomes an integrator input signal, and the advantage of the integrator method in the present invention over the conventional integrator method is that the lift of the lift in the steady state The gap between the left and right sides is always the same, which has the effect of having a stable gap characteristic regardless of disturbance.
또한, 글로벌 갭 제어기는 구성시 비례 및 적분 제어기에 입력되는 갭 신호에 따라 다른 특성을 가질 수가 있기 때문에 식 (17) ~ (24)에서 코너 1의 갭 이 정상상태에서 갭 및 와 같게 하는 것이 작동시 안정도 측면에서 중요하며, 만약 갭 이 갭 가 아닌 갭 와 같게 되면 즉, 식 (17)에서 가 아닌 가 되면 같은 가이드레일 쪽의 글로벌 갭 제어기는 레일 외란이 발생시 효과적인 제어를 할 수가 없게 된다.In addition, since the global gap controller may have different characteristics depending on the gap signal input to the proportional and integral controllers in the configuration, the gap at
따라서 도 5처럼 갭 은 갭 및 갭 와 연결이 되어야만 한다.Therefore, the gap as shown in Figure 5 Silver gap And gap Must be connected to
도 6은 자기부상 리프트의 수직이동시 레일 외란을 보여주는 개념도로서, 정상적일 때, 두 개의 가이드레일(50a, 50b) 사이의 거리는 d1이 되고, 레일 외란이 있을 때의 거리는 d2가 된다고 가정한다. FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating rail disturbance during vertical movement of the magnetic levitation lift. When it is normal, it is assumed that the distance between two
여기서 자기부상 리프트(55)가 위로 이동할 때, 레일 외란이 발생시 갭센서(53a, 53b, 53c, 53d)에 의해 측정된 갭 값이 증가하면, 리프트의 마그네트(54a, 54b, 54c, 54d)는 새로운 갭 기준선(52a, 52b)를 따라 움직여야만 된다.Here, when the
그러나 기존의 로컬 갭 제어방식에서는 기준입력선(51a, 51b)이 되므로 마그네트의 전체 갭이 동시에 만족을 못하여 이는 적분기의 포화를 가져온다. 그 결과, 기존의 안내제어 방식에서는 적분기를 사용하기 어렵게 되어 결국, 적분기가 없는 형태의 안내제어기를 구성해야 한다. However, in the conventional local gap control method, since the
여기서 적분기가 없는 경우의 기존의 로컬 안내제어 방식과 새로운 확장형 안내제어 방식의 제어 성능을 확인하기 위하여 제어 시뮬레이션을 하였다. Here, the control simulation is performed to verify the control performance of the existing local guide control method and the new extended guide control method without the integrator.
도 7은 기존의 안내제어 방식을 사용했을 경우, x축에 대한 회전토크 외란에 대한 갭 응답 파형이고, 도 8은 확장형 안내제어 방식을 사용했을 경우, x축에 대한 회전토크 외란에 대한 갭 응답 파형이다. 토크 외란의 크기는 전체 리프트의 무게의 20%이고, 1초 때 인가하였다. 도 7에서 갭 는 약 0.4mm의 정상상태오차가 발생하였다. 이 정상상태오차는 자기부상 리프트의 작동시 가이드롤러가 가이드레일에 접촉하기 때문에 문제가 될 수 있기 때문에 외란이 발생하더라도 정상상태오차는 없어야만 한다.7 is a gap response waveform for the rotational torque disturbance for the x-axis when using the conventional guide control method, Figure 8 is a gap response waveform for the rotational torque disturbance for the x-axis when using the extended guide control method Waveform. The magnitude of the torque disturbance was 20% of the total lift weight, and was applied in 1 second. Gap in FIG. The steady state error of about 0.4mm occurred. This steady state error can be a problem because the guide roller contacts the guide rail during the operation of the magnetic levitation lift, so there should be no steady state error even if disturbance occurs.
기존의 안내제어기를 적용했을 때의 결과인 도 7에 비하여, 도 5 및 식 (17) ~ (24)에서 표현된 확장형 글로벌 갭 제어기는 도 8에 보인 것처럼, 힘 외란이 발생하여도 정상상태오차가 없이 양호한 제어성능을 보인다는 것을 알 수 있다. 이 확장형 안내제어 방식은 도 6의 레일 외란이 발생할 때에도 정상상태오차는 없기 때문에 결국 힘 외란 또는 레일 외란이 있다 하더라도 정상상태에서는 양호한 제어 성능을 유지할 수 있게 된다.Compared to FIG. 7, which is a result of applying a conventional guide controller, the extended global gap controller represented in FIGS. 5 and (17) to (24) shows a steady state error even when a force disturbance occurs, as shown in FIG. It can be seen that it shows good control performance without. Since the extended guide control method does not have a steady state error even when the rail disturbance of FIG. 6 occurs, it is possible to maintain good control performance in a steady state even if there is a force disturbance or a rail disturbance.
도 9는 본 발명의 안내제어 시스템이 자기부상 리프트에 적용된 상태를 나타내는 실시예이고, 도 10은 본 발명의 안내제어 시스템이 자기부상열차에 적용된 상태를 나타내는 실시예를 나타내고 있다.FIG. 9 is an embodiment showing a state in which the guide control system of the present invention is applied to a magnetic levitation lift, and FIG. 10 shows an embodiment showing a state in which the guide control system of the present invention is applied to a magnetic levitation train.
여기서 자기부상 리프트(60)은 네 개의 코너에 있는 마그네트(62a, 62b, 62c, 62d, 62e, 62f, 62g, 62h)에 의해 지지되며, 가이드레일(61a, 61b)과 마그네트 사이의 갭을 일정하게 유지하는 것이 주요 목적이다. 이 때, 갭 신호는 갭 센서(63a, 63b, 63c, 63d)에 의해 측정된다. 확장형 안내제어 시스템(64)은 8개의 갭과 전류를 입력으로 받아 제어전압을 계산한 후, 초퍼에 의해 마그네트에 전류를 흘려준다. 모터(65)와 로프(66)은 리프트를 수직방향으로 구동시키는 데 사용된다.The
도 10의 자기부상열차는 여러 개의 대차(70)로 구성되며, 역시 대차의 네 개의 코너에 있는 마그네트(71a, 71b, 71c, 71d)와 두 개의 레일(73a, 73b) 사이의 갭을 일정하게 유지하는 것이 목적이다. 갭은 갭 센서(72a, 72b, 72c, 72d)에 의해 측정되고, 확장형 부상제어 시스템(74)에 의해 갭이 제어된다. 자기부상 리프트와 마찬가지로 각 코너의 부상제어기는 다른 코너의 갭을 이용하여 비례 및 적분제어기 형태의 글로벌 갭 제어기를 구성할 수가 있다.The magnetic levitation train of FIG. 10 is composed of
이상에서와 같이 본 발명의 확장형 안내제어기는 로컬 갭 제어기와 글로벌 갭 제어기로 이루어지고, 상기 로컬 갭 제어기는 자기부상 리프트의 로컬 코너의 갭과 전류 신호를 이용하여 상태궤환 제어방식으로 구현하고, 글로벌 갭 제어기는 로컬 및 글로벌 코너의 갭 신호를 이용하여 비례 및 적분제어 방식으로 구현하여 부하의 불균등 또는 가이드레일의 위치변동이 발생하여도 자기부상 리프트의 좌측과 우측 마그네트 갭은 정상상태에서 같은 값으로 유지되어 리프트의 안내제어 성능이 향상 시킬 수가 있다.As described above, the extended guide controller of the present invention is composed of a local gap controller and a global gap controller, and the local gap controller is implemented in a state feedback control method using a gap and a current signal of a local corner of the magnetic levitation lift. The gap controller implements the proportional and integral control method using the gap signals of the local and global corners so that the left and right magnet gaps of the magnetic levitation lift are the same in the normal state even when the load inequality or the position of the guide rail changes. It can maintain the guide control performance of the lift.
따라서 기존의 로컬 갭 제어기만 있을 때보다 안내제어 성능이 향상되었으며, 자기부상 리프트, 자기부상열차 또는 자기 베어링 등의 시스템에 적용할 수 있는 특징이 있다.Therefore, the guide control performance is improved compared to the existing local gap controller alone, and it can be applied to a system such as a magnetic levitation lift, a magnetic levitation train or a magnetic bearing.
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