KR101057096B1 - Input molding control device and method using virtual mode - Google Patents

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Abstract

본 발명은 대상물의 이동시 발생하는 진동과 역상인 진동을 발생시켜 진동을 감쇄시키는 입력성형 제어장치에 관한 것으로서, 제어하고자 하는 대상의 진동 모드가 한 개일 경우 가상의 진동 모드를 추가하여 입력성형 제어장치의 임펄스 입력 시간 간격을 임의로 조정함으로써 더 짧은 명령 상승시간을 갖도록 한 입력성형 제어장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 입력성형 제어장치는 진동 응답에 대한 역상의 진동이 발생하도록 입력성형을 제어하는 입력성형 제어장치로서, 상기 입력성형 제어장치는 제어하고자 하는 대상의 진동 모드에 가상의 진동 모드를 추가하기 위한 가상 모드 입력부를 포함한다.The present invention relates to an input molding control device for attenuating vibrations by generating vibrations that are inverse to the vibrations generated when the object moves. When the vibration mode of the target to be controlled is one, an input molding control device is added by adding a virtual vibration mode. It is an object of the present invention to provide an input shaping control device having a shorter command rise time by arbitrarily adjusting the impulse input time interval. The input molding control apparatus according to the present invention for achieving the above object is an input molding control device for controlling the input molding so that the reverse phase vibration to the vibration response occurs, the input molding control device is a vibration mode of the object to be controlled It includes a virtual mode input unit for adding a virtual vibration mode to.

입력성형, 상승시간, 진동, 가상, 인풋쉐이핑 Input Molding, Rise Time, Vibration, Virtual, Input Shaping

Description

가상모드를 이용한 입력성형 제어장치 및 그 방법{INPUT SHAPER OF USING VIRTUAL MODE AND METHOD THEREOF}Input molding control device using virtual mode and its method {INPUT SHAPER OF USING VIRTUAL MODE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 대상물의 이동시 발생하는 진동과 역상인 진동을 발생시켜 진동을 감쇄시키는 입력성형 제어장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 정밀 이동이 필요한 구동장치 또는 생산설비에 적용되어 가상의 진동 모드를 추가함으로 명령 상승시간을 줄일 수 있도록 한 입력성형 제어장치 및 그 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an input molding control device and a method for attenuating vibration by generating a vibration that is inverse to the vibration generated when moving the object, and more particularly, applied to a drive device or a production facility that requires precise movement and virtual vibration The present invention relates to an input molding control device and a method for reducing a command rise time by adding a mode.

일반적으로 입력성형 제어장치는 한 개의 진동 모드를 가지는 시스템의 잔류진동을 제거하기 위해 사용되며, 이를 위해 한 개의 진동 모드에 대한 역상의 진동을 발생시켜 잔류진동을 제거한다.In general, an input shaping control device is used to remove residual vibration of a system having one vibration mode, and generates a reverse phase vibration for one vibration mode to eliminate residual vibration.

그러나, 종래의 입력성형 제어장치는 잔류진동을 제거하기 위해 입력성형을 사용할 경우 명령의 상승시간이 증가하게 되며, 이에 따라 시스템의 성능에 많은 영향을 미치게 된다.However, in the conventional input molding control apparatus, when the input molding is used to remove the residual vibration, the rise time of the command increases, thereby affecting the performance of the system.

이와 같은 단점을 보완하기 위해 종래의 입력성형 제어장치는 시스템의 잔류진동을 효과적으로 제거하면서도 시스템 상승시간(Rise time)이 느려지지 않도록 하는 입력성형 제어장치를 설계하는 방법이 요구되고 있다.In order to make up for such drawbacks, the conventional input molding control apparatus is required to design a method for designing an input molding control apparatus which effectively removes residual vibrations of the system and does not slow down the rise time of the system.

본 발명의 목적은 전술된 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 제어하고자 하는 대상의 진동 모드가 한 개일 경우 가상의 진동 모드를 추가하여 입력성형 제어장치의 임펄스 입력 시간 간격을 임의로 조정함으로써 더 짧은 명령 상승시간을 갖도록 한 입력성형 제어장치 및 그 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and when a single vibration mode of an object to be controlled is added, a virtual vibration mode is added to arbitrarily adjust the impulse input time interval of the input molding control device. The present invention provides an input molding control apparatus and a method for having a command rising time.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 입력성형 제어장치는 진동 응답에 대한 역상의 진동이 발생하도록 입력성형을 제어하는 입력성형 제어장치로서, 상기 입력성형 제어장치는 제어하고자 하는 대상의 진동 모드에 가상의 진동 모드를 추가하기 위한 가상 모드 입력부를 포함한다.The input molding control apparatus according to the present invention for achieving the above object is an input molding control device for controlling the input molding so that the reverse phase vibration to the vibration response occurs, the input molding control device is a vibration mode of the object to be controlled It includes a virtual mode input unit for adding a virtual vibration mode to.

여기에서, 상기 가상 모드는 진동 모드를 일으키는 임펄스 입력 시간의 간격을 임의로 조정하여 추가적인 진동을 일으키는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 가상 모드는 서로 다른 시간 간격을 갖는 3개의 임펄스를 발생하는 것이 바람직하다.Here, the virtual mode is characterized in that additional vibration is generated by arbitrarily adjusting the interval of the impulse input time causing the vibration mode. In addition, the virtual mode preferably generates three impulses having different time intervals.

전술된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 입력성형 제어장치는 제어하고자 하는 대상의 진동 모드에 가상의 진동 모드를 추가하여 입력성형 제어장치의 임펄스 입력 시간 간격을 임의로 조정할 수 있으며, 이로 인해 더 짧은 명령 상승시간을 갖게 되는 장점이 있다. 따라서, 시스템의 잔류진동을 효과적으로 제거하면서 도 시스템 상승시간이 느려지지 않게 할 수 있다.The input molding control apparatus according to the present invention configured as described above may arbitrarily adjust the impulse input time interval of the input molding control apparatus by adding a virtual vibration mode to the vibration mode of the target to be controlled, and thus shorter command rise. This has the advantage of having time. Therefore, it is possible to effectively eliminate the residual vibrations of the system and to prevent the system rise time from slowing down.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 참고하면, 가상모드를 고려한 새로운 입력성형 제어장치는 서로 다른 시간간격을 가지는 임펄스들의 조합으로 나타낼 수 있다. [수학식 1]은 서로 다른 시간간격을 가지는 임펄스들을 구하기 위한 식이다. 한편, 한 개의 가상모드를 이용하는 경우 3개의 임펄스로 이루어진다.Referring to the present invention, the new input molding control apparatus considering the virtual mode may be represented by a combination of impulses having different time intervals. Equation 1 is for calculating impulses having different time intervals. On the other hand, when one virtual mode is used, it consists of three impulses.

Figure 112008053864008-pat00001
Figure 112008053864008-pat00001

여기에서 Ak, k=0, 1, 2, k번째 임펄스 크기(Impulse Amplitude)이며, tk, k=0, 1, 2, k번째 임펄스 시간간격(Impulse Time Spacing)이다. 이때, tk-1<tk, k=1, 2의 관계가 성립하여야 하며, 일반적으로 t0=0 로 둘 수 있다. [수학식 1]을 라플라스 영역(Laplace Domain)에서 다시 정리를 하면 [수학식 2]와 같다.Here, A k , k = 0, 1, 2, and k-th Impulse Amplitude, and t k , k = 0, 1, 2, and k-th Impulse Time Spacing. At this time, the relationship of t k -1 <t k , k = 1, 2 must be established, and in general, t 0 = 0 can be set. If Equation 1 is rearranged in the Laplace Domain, Equation 2 is obtained.

Figure 112008053864008-pat00002
Figure 112008053864008-pat00002

주어진 시스템의 전달함수를 G(s), 기준입력명령을 U(s)라 하면, [수학식 2] 와 같이 주어진 입력성형 제어장치가 있을 경우 응답은 [수학식 3]과 같이 표현된다.If the transfer function of a given system is G (s) and the reference input command is U (s), the response is expressed as [Equation 3] when there is a given input control device as shown in [Equation 2].

Figure 112008053864008-pat00003
Figure 112008053864008-pat00003

만약 I2(s)의 영점이 전달함수 G(s)의 극점과 일치한다면 시스템의 응답에서 오실레이션은 없어지게 된다.If the zero of I 2 (s) coincides with the pole of the transfer function G (s), the oscillation is lost in the system's response.

한편, 시스템이 안정하다고 가정하고, 고려하는 고유값(Eigenvalue)들이 저감쇠(Under-damper)이면 [수학식 4]와 같이 표현할 수 있다.On the other hand, assuming that the system is stable, if the eigenvalues (Eigenvalues) under consideration (Under-damper) can be expressed as Equation (4).

Figure 112008053864008-pat00004
Figure 112008053864008-pat00004

여기에서

Figure 112008053864008-pat00005
와
Figure 112008053864008-pat00006
는 k 번째의 감쇠비(Damping Ratio)와 고유진동수(Natural Frequency)이며,
Figure 112008053864008-pat00007
는 k 번째 감쇠 고유진동수(Damped Natural Frequency)이고
Figure 112008053864008-pat00008
와 같이 정의할 수 있다. 그리고 각 고유값의 복소수 켤레(Complex Conjugate)들도 시스템의 고유값이다.From here
Figure 112008053864008-pat00005
Wow
Figure 112008053864008-pat00006
Is the k- th damping ratio and the natural frequency.
Figure 112008053864008-pat00007
Is the kth damped natural frequency
Figure 112008053864008-pat00008
Can be defined as Complex conjugates of each eigenvalue are also eigenvalues of the system.

멀티 모드 유연 시스템의 잔류진동을 제거하기 위해 본 발명에서 발명한 새로운 입력성형 제어장치는 기준명령을 수정하지만 다른 진동을 가진 시키지는 않는 다. 만약 모든 유연 시스템의 극점들이 입력성형 제어장치의 원점들과 동일하다면 시스템에 임의의 기준 명령을 입력하더라도 시스템의 다른 극점들을 가진 시키지 않는다. 따라서 [수학식 2]의

Figure 112008053864008-pat00009
는 시스템의 극점을 영점으로 가져야 한다. 즉In order to eliminate the residual vibration of the multi-mode flexible system, the novel input molding control device invented in the present invention modifies the reference command but does not cause other vibrations. If the poles of all flexible systems are the same as those of the input molding control, entering any reference command into the system will not cause the system to have other poles. Therefore, the equation
Figure 112008053864008-pat00009
Must have the pole of the system zero. In other words

Figure 112008053864008-pat00010
Figure 112008053864008-pat00010

[수학식 5]는 각각 복소 비선형 방정식으로서 총 6개의 식으로 구성된다. 한편, 각각의 복소 비선형 방정식으로 구해야할 미지수의 개수는 7개 이므로 해를 구하기 위한 식이 하나가 더 필요하다. 이를 위해 입력성형 제어장치에 의해 변경된 입력의 최종값에 변화가 없도록 임펄스 크기의 합을 1로 두면 다음의 [수학식 6]이 성립한다. [Equation 5] is a complex nonlinear equation composed of six equations each. On the other hand, since the number of unknowns to be calculated by each complex nonlinear equation is seven, one more equation is needed to solve the solution. To this end, if the sum of the impulse magnitudes is set to 1 so that the final value of the input changed by the input molding control device does not change, the following Equation 6 is established.

[수학식 5]와 [수학식 6]으로부터 다음과 같은 [수학식 7]을 얻을 수 있다.[Equation 7] can be obtained from Equations 5 and 6 below.

Figure 112008053864008-pat00012
Figure 112008053864008-pat00012

여기에서, [수학식 7]은 복소 비선형 행렬식이며, 여기에서 Ak 와 t k 들은 미지의 값들이다. 본 발명에서는 [수학식 7]과 같은 가상모드에 대한 복소 비선형 행렬식의 해를 구하기 위해 [수학식 8]과 같이 재 정의하여 초기치에 대한 수치 해석적 방법을 사용하였다.Here, Equation 7 is a complex nonlinear determinant where A k and t k are unknown values. In the present invention, in order to solve the complex nonlinear determinant for the virtual mode as shown in [Equation 7], the numerical method is used to redefine as shown in [Equation 8].

Figure 112008053864008-pat00013
Figure 112008053864008-pat00013

기존의 입력성형 제어장치는 제어하고자 하는 대상의 고유진동수에 따라 입력 임펄스의 시간 간격이 고정되어 있었다. 이것은 산업용 크레인과 같은 낮은 고유진동수를 가지는 시스템의 상승시간에 많은 영향을 미치게 된다. Conventional input molding control device has a fixed time interval of the input impulse according to the natural frequency of the object to be controlled. This will have a large impact on the rise time of low frequency systems such as industrial cranes.

본 발명에서는 제어하고자 하는 대상의 진동 모드가 한 개일 경우 가상의 진동 모드를 추가하여 입력성형 제어장치의 임펄스 입력 시간 간격을 임의로 조정하여 더 짧은 명령 상승시간은 물론 임의의 명령 상승시간을 갖는다.In the present invention, when the vibration mode of the target to be controlled is one, the virtual vibration mode is added to arbitrarily adjust the impulse input time interval of the input molding control device to have a shorter command rise time as well as an arbitrary command rise time.

도 1은 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수에 따른 입력성형의 지속시간을 나타낸 그래프이다.1 is a graph showing the duration of input molding according to the virtual mode frequency of the input molding control apparatus according to the present invention.

전술된 바와 같이 가상모드를 이용한 새로운 입력성형 제어장치를 이용하여 비감쇠 단일 모드 시스템에 대해 계산한 결과를 나타낸다. 도 1을 참고하면, 수 학식 8의 해 중에서 명령 지속시간

Figure 112008053864008-pat00014
를 최소화하는 결과를 보여주고 있다. 횡축은 가상모드의 주파수를 나타내고, 종축은 입력 임펄스 지속시간을 나타내고 있다. 여기에 사용된 시스템은 비감쇠계로서 고유주파수는 1Hz, 2Hz 그리고 3Hz 이다. 시스템의 주파수가 1Hz인 경우에 대해 단일 모드 입력성형 제어장치와 가상모드 입력성형 제어장치를 비교 하면, 단일 모드 입력성형 제어장치는 2개의 임펄스를 가지는 반면 본 발명에서 제안하는 가상모드를 이용한 입력성형 제어장치는 3개의 임펄스를 가지게 된다. As described above, the results for the attenuated single mode system using the new input molding control apparatus using the virtual mode are shown. Referring to Figure 1, the command duration in the solution of Equation 8
Figure 112008053864008-pat00014
Minimize the results. The horizontal axis represents the frequency of the virtual mode, and the vertical axis represents the input impulse duration. The system used here is an attenuator with natural frequencies of 1 Hz, 2 Hz and 3 Hz. Comparing the single mode input molding control device and the virtual mode input molding control device when the frequency of the system is 1 Hz, the single mode input molding control device has two impulses while the input molding using the virtual mode proposed in the present invention. The control will have three impulses.

그리고 ZV 성형기의 경우, 단일 모드 입력성형 제어장치의 두번째 입력 임펄스의 시간은 주기의 반인 0.5T d이다. 본 발명으로 부터 가상모드 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수가 3Hz일 때 마지막 입력 임펄스의 시간이 ZV 성형기와 동일이다. 또한, 가상모드의 주파수가 계속 증가하게 되면 단일 입력성형 제어장치에 비해 입력 임펄스 지속시간이 줄어듦을 알 수 있다. And for a ZV molding machine, the time of the second input impulse of the single mode input molding control is 0.5 T d which is half the period. From the present invention, when the virtual mode frequency of the virtual mode input molding control device is 3 Hz, the time of the last input impulse is the same as that of the ZV molding machine. In addition, it can be seen that as the frequency of the virtual mode continues to increase, the input impulse duration is reduced compared to the single input molding control device.

기존에 잘 알려진 입력성형 제어장치 중 가장 빠른 임펄스 입력 시간을 가지는 성형기는 UMZV(Unity Magnitude Zero Vibration)이며, 마지막 임펄스의 입력 시간은 0.33T d이다. 이것은 실제 주파수가 1Hz인 시스템의 경우, 가상모드 주파수가 5Hz인 경우와 동일하다. The molding machine with the fastest impulse input time among the well known input molding controls is UMZV (Unity Magnitude Zero Vibration), and the input time of the last impulse is 0.33 T d . This is the same as the case where the virtual mode frequency is 5 Hz for a system where the actual frequency is 1 Hz.

따라서 본 발명으로부터 가상모드의 주파수가 5Hz보다 높은 경우 기존의 입력성형 제어장치들보다 빠른 상승시간을 얻을 수 있다. 또한, 가상모드의 주파수에 따라 사용자가 원하는 상승시간을 계산할 수 있으며 실제 시스템 적용이 가능하 다. 실제 시스템의 고유진동수가 2Hz와 3Hz에서도 동일한 결과를 나타내며, 각각 가상모드의 주파수가 6Hz와 9Hz 이상이 되면 단일 입력성형 제어장치의 마지막 임펄스 입력시간이 기존의 ZV 입력성형 제어장치 보다 짧아짐을 알 수 있다.Therefore, when the frequency of the virtual mode is higher than 5Hz from the present invention it is possible to obtain a rise time faster than the conventional input molding control devices. In addition, the user can calculate the desired rise time according to the frequency of the virtual mode, and the actual system can be applied. The natural frequency of the real system shows the same result at 2Hz and 3Hz, and the final impulse input time of the single input molding controller is shorter than that of the existing ZV input molding controller when the frequency of the virtual mode is 6Hz and 9Hz, respectively. have.

도 2는 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드의 주파수에 따른 임펄스 크기를 나타낸 그래프이다. 도 2를 참고하면, 제어 하고자 하는 대상 주파수가 1Hz인 경우 3개의 임펄스 중 2개(A 1, A 3)는 동일한 양의 값을 가지고, 임펄스 A2의 크기는 음의 값을 가진다. 가상모드의 주파수가 5Hz에서는 방향은 틀리고 동일한 크기의 임펄스들로 이루어지지만, 입력 임펄스의 지속 시간이 단일 모드 입력성형 제어장치 보다 짧아지는 6Hz 부터는 두번째 입력 임펄스(A 2)의 값이 더 커짐을 알 수 있다. 2 is a graph showing an impulse size according to the frequency of the virtual mode of the input molding control apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 2, when the target frequency to be controlled is 1 Hz, two of the three impulses A 1 and A 3 have the same positive value, and the magnitude of the impulse A 2 has a negative value. Note that the second input impulse ( A 2 ) is larger from 6 Hz, where the direction of the virtual mode is the same direction and consists of impulses of the same size at 5 Hz, but the duration of the input impulse is shorter than that of the single mode input molding control. Can be.

가상모드 주파수가 5Hz 이상이면 단일 모드 입력성형 제어장치에 비해 마지막 임펄스의 입력시간은 짧아지지만 입력 임펄스의 크기가 1보다 커지게 된다. 이것은 실제 시스템의 액추에이터 최대 성능을 1이라고 한다면 물리적으로 불가능한 입력성형 제어장치가 된다. 따라서 실제 시스템의 주파수가 1Hz 일 때, 가상모드를 이용하여 입력성형 제어장치를 설계할 경우 가상모드의 주파수가 5Hz 이상이 되면 구동계의 구동 능력을 초과하지 않는 범위에서 기준 명령을 적당한 크기로 조절하여야 한다.If the virtual mode frequency is more than 5 Hz, the input time of the last impulse is shorter than that of the single mode input molding controller, but the magnitude of the input impulse is greater than one. This is an input shaping control that is physically impossible if the actuator's maximum performance of a real system is one. Therefore, when designing the input molding control device using the virtual mode when the frequency of the actual system is 1 Hz, if the frequency of the virtual mode is 5 Hz or more, the reference command should be adjusted to an appropriate size within the range not exceeding the driving capability of the drive system. do.

도 3은 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 입력성형 및 주파수를 변화시킨 입력형성을 나타낸 도이다. 도 3을 참고하면, 본 발명의 입력성형 제어장치에 사 용된 주파수는 1Hz이다. 한 개의 진동 모드 시스템에 한 개의 가상모드를 이용하여 입력성형 제어장치를 설계를 하게 되면 도 3의 가장 외쪽 그림과 같이 입력성형 제어장치는 3개의 임펄스로 구성되어 진다. 첫 번째(A1)과 세 번째(A3) 임펄스는 양의 값을 가지게 되고, 두 번째(A2) 임펄스는 0또는 음의 값을 가지게 된다. 가상모드의 주파수가 3Hz이면 ZV 성형기와 동일한 상승시간을 가지게 되고, 가상모드의 주파수가 5Hz이면 UMZV 성형기와 동일한 상승시간을 가지게 된다. 가상모드의 주파수가 5Hz를 초과하게 되면 UMZV 성형기보다 빠른 상승시간을 가지는 입력성형 제어장치를 설계할 수 있다.Figure 3 is a view showing the input shaping the input shaping and the frequency of the input shaping control device according to the present invention. Referring to Figure 3, the frequency used in the input molding control apparatus of the present invention is 1Hz. When the input molding control device is designed using one virtual mode in one vibration mode system, the input molding control device is composed of three impulses as shown in the outermost picture of FIG. The first (A 1 ) and third (A 3 ) impulses have positive values, and the second (A 2 ) impulses have zero or negative values. If the frequency of the virtual mode is 3Hz has the same rise time as the ZV molding machine, and if the frequency of the virtual mode is 5Hz will have the same rise time as the UMZV molding machine. When the frequency of the virtual mode exceeds 5Hz, an input molding control device having a rise time faster than that of the UMZV molding machine can be designed.

도 4는 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수 변화에 따른 시스템의 응답을 3차원으로 표시한 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수의 변화에 따른 상승시간 감소율을 나타낸 그래프이다.Figure 4 is a graph showing the response of the system according to the change in the virtual mode frequency of the input molding control apparatus according to the present invention in three dimensions, Figure 5 is a rise in accordance with the change of the virtual mode frequency of the input molding control apparatus according to the present invention It is a graph showing the time reduction rate.

도 4를 참고하면, 본 발명의 입력성형 제어장치는 가상모드 주파수가 증가할수록 시스템의 응답 상승시간이 짧아진다. Referring to FIG. 4, in the input molding control apparatus of the present invention, as the virtual mode frequency increases, the response rise time of the system is shortened.

한편 도 5를 참고하면, 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수의 변화에 따른 시스템의 응답 상승시간 감소율을 알 수 있다. 또한, 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수가 3Hz, 즉 ZV 성형기를 기준으로 상승시간의 감소율을 살펴보면 가상모드 주파수가 10Hz가 되면 상승시간이 ZV 성형기에 비해 대략 60%이상 감소함을 알 수 있다. On the other hand, referring to Figure 5, it can be seen that the response rise time reduction rate of the system according to the change in the virtual mode frequency of the input molding control device. In addition, when the virtual mode frequency of the input molding control device is 3Hz, that is, the reduction rate of the rise time based on the ZV molding machine, it can be seen that the rise time is reduced by approximately 60% or more compared to the ZV molding machine when the virtual mode frequency reaches 10Hz.

따라서 본 발명에서 제안하는 입력성형 제어장치 설계 방법을 이용할 경우 시스템의 상승시간을 상당히 줄일 수 있다. 이것은 시스템의 상승시간을 줄이는 효과뿐만 아니라 사용자 원하는 상승시간으로 임의로 조정할 수 있는 장점도 있다.Therefore, when the input molding control device design method proposed by the present invention is used, the rise time of the system can be significantly reduced. This not only has the effect of reducing the rise time of the system, but also has the advantage of being arbitrarily adjusted to the user's desired rise time.

시스템의 잔류진동을 제거하기 위해 입력성형 제어장치를 사용함에 있어, 입력성형 제어장치의 성능을 평가하기 위한 방법의 일례로 입력성형 제어장치의 모델 오차에 대한 민감도를 계산할 수 있다.In using the input molding control device to remove residual vibration of the system, as an example of a method for evaluating the performance of the input molding control device, the sensitivity to the model error of the input molding control device can be calculated.

여기에서 모델 오차란 모델링 고유진동수(

Figure 112008053864008-pat00015
)과 실제 시스템의 고유진동수(
Figure 112008053864008-pat00016
)의 비(
Figure 112008053864008-pat00017
)가 1인 경우를 모델 오차 0으로 하여, 입력성형 제어장치를 설계시 사용된 모델의 고유진동수에 대한 실제 시스템의 고유진동수 차를 평준화한 것이다. Here, model error is the modeling natural frequency (
Figure 112008053864008-pat00015
) And the natural frequency of the actual system (
Figure 112008053864008-pat00016
Of rain
Figure 112008053864008-pat00017
) Is 1, the model error is 0, and the natural frequency difference of the actual system with respect to the natural frequency of the model used when designing the input molding control device is equalized.

통상 입력성형 제어장치의 민감도는 진동률이 5% 일 때의 모델 오차 범위로 표현되어 지며, 모델 오차 범위가 작을수록 입력성형 제어장치가 모델 오차에 민감하다할 수 있다. In general, the sensitivity of the input molding control device is expressed as a model error range when the vibration rate is 5%. As the model error range is smaller, the input molding control device may be more sensitive to model error.

도 6은 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드시 3차원 오차 민감도를 도시한 그래프이고, 도 7은 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수에 따른 민감도 변화를 도시한 그래프이다.6 is a graph showing the three-dimensional error sensitivity in the virtual mode of the input molding control apparatus according to the present invention, Figure 7 is a graph showing the sensitivity change according to the virtual mode frequency of the input molding control apparatus according to the present invention.

도 6과 도 7을 참고하면, 입력성형 제어장치의 가상모드시 3차원 오차 민감도를 알 수 있으며, 진동률이 5%일 때의 모델 오차의 범위에 대해 가상모드 주파수가 3Hz를 기준으로 하여 살펴보면, 가상모드 주파수가 증가 할수록 모델 오차의 범위가 줄여듦을 알 수 있다. 이것은 가상모드 주파수가 증가 할수록 모델 오차에 대해 민감함을 알 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 7, the 3D error sensitivity can be seen in the virtual mode of the input molding control device, and the virtual mode frequency is 3Hz based on the range of the model error when the vibration rate is 5%. As the virtual mode frequency increases, the range of model error decreases. It can be seen that as the virtual mode frequency increases, it is sensitive to model error.

또한, 가상모드 주파수가 증가함에 따라 모델 오차에 대해 민감하지만, ZV 성형기에 비해 가상모드 주파수가 10Hz일 때 모델 오차에 대한 둔감도가 80%수준으로 줄어듦을 알 수 있다. 따라서, 본 발명의 입력성형 제어장치는 가상모드 주파수의 증가가 민감도에 미치는 영향보다 상승시간 감소에 미치는 영향이 더욱 큼을 알 수 있으며, 이에 따라 잔류진동을 효과적으로 제거함과 동시에 시스템 응답 상승시간을 빠르게 할 수 있다.In addition, as the virtual mode frequency increases, it is sensitive to model error. However, when the virtual mode frequency is 10 Hz, the insensitivity to model error decreases to 80%. Therefore, it can be seen that the input molding control apparatus of the present invention has a greater effect on decreasing the rise time than the increase of the virtual mode frequency on the sensitivity, thereby effectively eliminating the residual vibration and increasing the system response rise time. Can be.

한편, 본 발명의 입력성형 제어장치는 [수학식 7]로부터 계산된 가상모드를 이용한 입력성형 제어장치의 해석적인 결과를 도 8과 같이 나타낼 수 있다. 도 8은 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드를 이용한 해석적인 결과를 도식적으로 표현한 도이다.On the other hand, the input molding control apparatus of the present invention can represent the analytical results of the input molding control apparatus using the virtual mode calculated from Equation 7 as shown in FIG. 8 is a diagram schematically illustrating analytical results using the virtual mode of the input molding control apparatus according to the present invention.

도 8에 도시된 바와 같이, 한 개의 실제 모드와 한 개의 가상모드를 고려하면 총 3개의 임펄스를 가지는 입력성형 제어장치를 생성할 수 있다. 여기에서 t2는 두 번째 임펄스의 입력 시간이고, t3는 세 번째 임펄스의 입력시간이며 [수학식 9]와 [수학식 10]로부터 쉽게 계산될 수 있다. 여기에서, fs는 시스템의 주파수이며, fv는 가상모드의 주파수이다.As shown in FIG. 8, considering one real mode and one virtual mode, an input molding control apparatus having a total of three impulses may be generated. Where t 2 is the input time of the second impulse, t 3 is the input time of the third impulse, and can be easily calculated from Equations 9 and 10. Where f s is the frequency of the system and f v is the frequency of the virtual mode.

Figure 112008053864008-pat00018
Figure 112008053864008-pat00018

Figure 112008053864008-pat00019
Figure 112008053864008-pat00019

한편, 도 9는 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수에 따른 시스템 응답을 도시한 그래프이다. 도 9를 참고하면, 진동주기(T)가 1초인 비감쇠 진동에 대한 본 발명에서 개발한 입력성형 제어장치를 이용한 시뮬레이션 결과를 알 수 있다.On the other hand, Figure 9 is a graph showing the system response according to the virtual mode frequency of the input molding control apparatus according to the present invention. Referring to Figure 9, it can be seen that the simulation results using the input molding control device developed in the present invention for the undamped vibration with a vibration period (T) of 1 second.

이를 참고하면, 잔류진동 제거에 대한 가상모드를 이용한 입력성형 제어장치들의 성능은 모두 만족할 만한 수준임을 알 수 있다. 또한, 기존의 입력성형 제어장치들이 가지고 있는 가장 큰 문제점인 상승시간 증가는 현저히 줄어듦을 알 수 있다. 특히, 가상모드의 주파수가 증가 할수록 상승시간 증가는 더욱 현저히 줄어듦을 알 수 있다. 또한, 가상모드의 주파수가 6.5Hz인 경우에는 기존의 입력성형 제어장치를 사용할 때 보다 상승시간이 50% 이상 빠른 것을 알 수 있다. Referring to this, it can be seen that the performance of the input molding control apparatuses using the virtual mode for removing residual vibrations is satisfactory. In addition, it can be seen that the increase in rise time, which is the biggest problem of existing input molding control devices, is significantly reduced. In particular, it can be seen that as the frequency of the virtual mode increases, the rise time decreases more significantly. In addition, when the frequency of the virtual mode is 6.5Hz it can be seen that the rise time is more than 50% faster than using the conventional input molding control device.

이상과 같이 본 발명을 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형될 수 있음은 물론이다. 전술된 바와 같이, 가상모드를 이용한 입력성형 제어장치는 인덕션 모터, 서보 모터를 이용하는 시스템 또는 인버터 모터를 이용하는 시스템을 갖는 구동장치에 설치될 수 있으며, 이러한 구동장치의 작동을 제어하여 시스템의 잔류진동을 효과적으로 제거하면서도 시스템 상승시간이 느려지지 않게 할 수 있다. 일례로, 이러한 구동장치들은 산업용 크레인, 타워 크레인, 붐 크레인 등을 포함하는 크레인 장치들과, 정밀 고속 위치결정 스테이지, 반송장치 등에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 입력성형 제어장치는 크레인 장치 뿐만 아니라, 검사 장치, 계측 장비 등에도 적용가능하며, 정밀 이동이 필요한 다른 생산설비 등에 적용될 수 있다.Although the present invention has been described above with reference to the illustrated drawings, the present invention is not limited to the embodiments and drawings described above, and those skilled in the art to which the present invention pertains within the scope of the claims. Of course, various modifications and variations can be made. As described above, the input molding control apparatus using the virtual mode may be installed in a driving apparatus having an induction motor, a system using a servo motor, or a system using an inverter motor, and controlling the operation of such driving apparatus to control the residual vibration of the system. Can effectively eliminate the system rise time. In one example, such drives may be applied to crane devices, including industrial cranes, tower cranes, boom cranes, and the like, as well as precision high speed positioning stages, conveying devices, and the like. In addition, the input molding control device of the present invention can be applied to not only a crane device, but also an inspection device, a measurement device, and the like, and can be applied to other production facilities that require precise movement.

도 1은 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수에 따른 입력성형의 지속시간을 나타낸 그래프.1 is a graph showing the duration of input molding according to the virtual mode frequency of the input molding control apparatus according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드의 주파수에 따른 임펄스 크기를 나타낸 그래프.Figure 2 is a graph showing the impulse size according to the frequency of the virtual mode of the input molding control apparatus according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 입력성형 및 주파수를 변화시킨 입력형성을 나타낸 도.Figure 3 is a view showing the input shaping the input shaping and the frequency of the input shaping control device according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수 변화에 따른 시스템의 응답을 3차원으로 표시한 그래프.Figure 4 is a graph showing the response of the system according to the frequency change of the virtual mode of the input molding control apparatus according to the present invention in three dimensions.

도 5는 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수의 변화에 따른 상승시간 감소율을 나타낸 그래프.5 is a graph showing a rate of decrease in rise time according to a change in a virtual mode frequency of the input molding control apparatus according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드시 3차원 오차 민감도를 도시한 그래프.Figure 6 is a graph showing the three-dimensional error sensitivity in the virtual mode of the input molding control apparatus according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수에 따른 민감도 변화를 도시한 그래프.7 is a graph showing a sensitivity change according to the virtual mode frequency of the input molding control apparatus according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드를 이용한 해석적인 결과를 도식적으로 표현한 도.8 is a diagram schematically illustrating analytical results using the virtual mode of the input molding control apparatus according to the present invention.

도 9는 본 발명에 따른 입력성형 제어장치의 가상모드 주파수에 따른 시스템 응답을 도시한 그래프.9 is a graph showing the system response according to the virtual mode frequency of the input molding control apparatus according to the present invention.

Claims (6)

진동 응답에 대한 역상의 진동이 발생하도록 입력성형을 제어하는 입력성형 제어장치로서,An input molding control device for controlling the input molding to generate a reverse phase vibration to the vibration response, 상기 입력성형 제어장치는 제어하고자 하는 대상의 진동모드의 고유 진동값(sk)을 이용하여 서로 다른 시간 간격을 갖는 3개의 임펄스를 발생하는 가상의 진동모드를 추가하기 위한 가상 모드 입력부를 포함하되,The input molding control apparatus includes a virtual mode input unit for adding a virtual vibration mode generating three impulses having different time intervals using the natural vibration value s k of the vibration mode of the target to be controlled. , 상기 3개의 임펄스 시간 간격(tk, k=0,1,2) 및 크기(Ak)는,The three impulse time intervals (t k , k = 0,1,2) and magnitude (A k ), 서로 다른 시간 간격을 갖는 3개 임펄스들의 조합으로 이루어진 식(a){
Figure 112011006499699-pat00029
}로 정의하고, 상기 정의된 식(a)의 첫 번째 임펄스의 입력시간(t0)을 '0'으로 둔 상태에서 라플라스 변환하여 식(b){
Figure 112011006499699-pat00030
}를 획득하며, 상기 획득된 식(b)를 이용하여 대상의 진동모드에 의해 구성되는 고유 진동값(sk)을 상쇄하기 위하여 대상 고유 진동값(sk)을 영점으로 가지도록 식(c){In(sk)=0, k=1,2,3}를 정의하며, 상기 획득된 식(b)를 이용하여 상기 입력성형 제어장치에 의해 변경된 입력의 최종값에 변화가 없도록 임펄스 크기의 합을 '1'로 두는 식(d){In(0)=A0+A1+A2=1}를 정의하며, 상기 정의된 식(c) 및 식(d)를 이용하여 복소 비선형행렬 방정식{식(e)}을 획득한 후,Formula (a) {consisting of a combination of three impulses with different time intervals {
Figure 112011006499699-pat00029
} And Laplace transforming the input time (t 0 ) of the first impulse of the above-defined formula (a) to '0' to convert the equation (b) {
Figure 112011006499699-pat00030
} To obtain, and the obtained equation (b) the natural frequency value that is composed of a vibration mode of the target by using the (s k) the target natural frequency value to offset (s k) expression so as to have a zero point (c ) {I n (s k ) = 0, k = 1,2,3} and impulse so that the final value of the input changed by the input shaping control device is unchanged using the obtained equation (b). Formula (d) {I n (0) = A 0 + A 1 + A 2 = 1}, which adds the sum of magnitudes to '1', is defined using equations (c) and (d) defined above. After obtaining the complex nonlinear matrix equation (Equation (e)),
Figure 112011006499699-pat00031
- 식(e)
Figure 112011006499699-pat00031
Formula (e) 상기 획득된 식(e)를 반복계산에 근거한 수치해석 방법을 이용하여 3개의 임펄스 시간 간격(tk) 및 크기(Ak)의 해들을 획득하며, 대상의 진동모드를 갖는 시스템의 응답 상승시간 또는 민감도에 따라 상기 획득된 3개의 임펄스의 시간 간격(tk) 및 크기(Ak)의 해들 중 적어도 어느 하나를 적용하는 것을 특징으로 하는 입력성형 제어장치.Using the numerical method based on iterative calculation, the obtained equation (e) is used to obtain solutions of three impulse time intervals t k and magnitude A k , and the response rise time of the system having the target vibration mode. Or applying at least one of solutions of the time interval t k and magnitude A k of the obtained three impulses according to sensitivity. 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 대상의 진동모드의 고유 진동값(sk)은 하기의 식(c-1)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 입력성형 제어장치.The natural vibration value (s k ) of the target vibration mode is defined by the following equation (c-1).
Figure 112011006499699-pat00032
- 식(c-1)
Figure 112011006499699-pat00032
Formula (c-1) 여기서,
Figure 112011006499699-pat00033
와
Figure 112011006499699-pat00034
는 k번째의 감쇠비(Damping Ratio)와 고유진동수(Natural Frequency)이고,
Figure 112011006499699-pat00035
는 k번째 감쇠 고유진동수(Damped Natural Frequency)로서
Figure 112011006499699-pat00036
로 정의된다.here,
Figure 112011006499699-pat00033
Wow
Figure 112011006499699-pat00034
Is the k-th damping ratio and the natural frequency,
Figure 112011006499699-pat00035
Is the kth damped natural frequency,
Figure 112011006499699-pat00036
Is defined as 제1 항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 수치해석 방법은, 하기의 식(f)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입력성형 제어장치.The numerical analysis method is an input molding control device, characterized in that the following formula (f).
Figure 112011006499699-pat00037
- 식(f)
Figure 112011006499699-pat00037
Formula (f) 진동 응답에 대한 역상의 진동이 발생하도록 입력성형을 제어하는 입력성형 제어장치에 의해 제어하고자 하는 대상의 진동모드의 고유 진동값(sk)을 이용하여 서로 다른 시간 간격을 갖는 3개의 임펄스를 발생하는 가상의 진동모드를 추가하기 위한 입력성형 제어방법으로서,Three impulses with different time intervals are generated using the intrinsic vibration value (s k ) of the vibration mode of the target to be controlled by the input molding control device which controls the input molding so that the reverse phase vibration to the vibration response occurs. An input molding control method for adding a virtual vibration mode to 상기 3개의 임펄스 시간 간격(tk, k=0,1,2) 및 크기(Ak)를 결정하는 과정은,The process of determining the three impulse time interval (t k , k = 0,1,2) and the size (A k ), (a) 서로 다른 시간 간격을 갖는 3개 임펄스들의 조합으로 이루어진 식(a){
Figure 112011006499699-pat00038
}로 정의하는 단계;(a) Equation (a) consisting of a combination of three impulses with different time intervals {
Figure 112011006499699-pat00038
}; (b) 상기 정의된 식(a)의 첫 번째 임펄스의 입력시간(t0)을 '0'으로 둔 상태에서 라플라스 변환하여 식(b){
Figure 112011006499699-pat00039
}를 획득하는 단계;(b) Laplace transforming with the input time t 0 of the first impulse of the above defined equation (a) set to '0' and
Figure 112011006499699-pat00039
} Obtaining; (c) 상기 획득된 식(b)를 이용하여 대상의 진동모드에 의해 구성되는 고유 진동값(sk)을 상쇄하기 위하여 대상 고유 진동값(sk)을 영점으로 가지도록 식(c){In(sk)=0, k=1,2,3}를 정의하는 단계;(c) Equation (c) {so as to zero the target natural vibration value (s k ) to zero in order to cancel the natural vibration value (s k ) configured by the vibration mode of the object using the obtained equation (b) { Defining I n (s k ) = 0, k = 1,2,3}; (d) 상기 획득된 식(b)를 이용하여 상기 입력성형 제어장치에 의해 변경된 입력의 최종값에 변화가 없도록 임펄스 크기의 합을 '1'로 두는 식(d){In(0)=A0+A1+A2=1}를 정의하는 단계;(d) Equation (d) {I n (0) = to sum the impulse magnitude to '1' so that the final value of the input changed by the input molding control device is not changed using the obtained equation (b). A 0 + A 1 + A 2 = 1}; (e) 상기 정의된 식(c) 및 식(d)를 이용하여 복소 비선형행렬 방정식{식(e)}을 획득하는 단계;(e) obtaining a complex nonlinear matrix equation (Equation (e)) using equations (c) and (d) defined above;
Figure 112011006499699-pat00040
- 식(e)
Figure 112011006499699-pat00040
Formula (e) (f) 상기 획득된 식(e)를 반복계산에 근거한 수치해석 방법을 이용하여 3개의 임펄스 시간 간격(tk) 및 크기(Ak)의 해들을 획득하는 단계;(f) obtaining solutions of three impulse time intervals t k and magnitudes A k from the obtained equation (e) using a numerical method based on iterative calculation; (g) 대상의 진동모드를 갖는 시스템의 응답 상승시간 또는 민감도에 따라 상기 획득된 3개의 임펄스의 시간 간격(tk) 및 크기(Ak)의 해들 중 적어도 어느 하나를 적용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 입력성형 제어방법.(g) applying at least one of the solutions of the time interval t k and magnitude A k of the three impulses obtained according to the response rise time or sensitivity of the system having the vibration mode of interest; Input molding control method, characterized in that. 제4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 대상의 진동모드의 고유 진동값(sk)은 하기의 식(c-1)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 입력성형 제어방법.The natural vibration value (s k ) of the vibration mode of the target is defined by the following equation (c-1).
Figure 112011006499699-pat00041
- 식(c-1)
Figure 112011006499699-pat00041
Formula (c-1) 여기서,
Figure 112011006499699-pat00042
와
Figure 112011006499699-pat00043
는 k번째의 감쇠비(Damping Ratio)와 고유진동수(Natural Frequency)이고,
Figure 112011006499699-pat00044
는 k번째 감쇠 고유진동수(Damped Natural Frequency)로서
Figure 112011006499699-pat00045
로 정의된다.here,
Figure 112011006499699-pat00042
Wow
Figure 112011006499699-pat00043
Is the k-th damping ratio and the natural frequency,
Figure 112011006499699-pat00044
Is the kth damped natural frequency,
Figure 112011006499699-pat00045
Is defined as 제4 항에 있어서,5. The method of claim 4, 상기 단계(f)에서 3개의 임펄스 시간 간격(tk) 및 크기(Ak)의 해들을 획득하는 수치해석 방법은, 하기의 식(f)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 입력성형 제어방법.The numerical analysis method for obtaining solutions of the three impulse time intervals t k and the magnitude A k in the step (f) comprises the following equation (f).
Figure 112011006499699-pat00046
- 식(f)
Figure 112011006499699-pat00046
Formula (f)
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