KR101431371B1 - Method and Apparatus for realizing a Generalized Electrical Dynamic Absorber - Google Patents

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Abstract

본 발명은 진동 및 음향과 같은 파동을 되먹임 제어를 이용해 능동적으로 저감시키기 위한 것이다. 더욱 구체적으로는, 비최소위상 특성을 갖는 제어시스템의 진동 또는 음향 제어를 위하여 기계적 동감쇠기 작동메커니즘을 전기전자적으로 구현한 일반형 전자 동감쇠기를 제공하기 위한 것이다.
본 발명에서는 감지부로부터 전기신호를 입력받는 입력단계, 상기 입력신호로부터 적어도 하나의 모드신호를 추출하는 모드동조단계, 상기 각각의 동조모드신호 이득을 조정하는 이득조정단계, 상기 각각의 동조모드신호 위상을 조정하여 보상하는 위상보상단계 및 각각 모드에 대한 상기 단계를 통한 출력신호의 총 합을 가진부에 출력하는 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 되먹임 제어를 이용한 일반형 전자동감쇠기 구현 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명에 의하면, 복수모드 및 비최소위상 특성을 갖는 일반적 진동 및 음향 물리계에서 진동 또는 음향 파동의 단수 또는 복수 모드를 되먹임 제어방식을 이용해 능동적으로 저감시킬 수 있다.
The present invention is to actively reduce waves such as vibration and sound using feedback control. More specifically, the present invention is to provide a general type of electromagnetic attenuator that implements a mechanical dynamic attenuator operating mechanism electrically and electronically for vibration or sound control of a control system having a non-minimum phase characteristic.
According to the present invention, there is provided a method of controlling a tuning mode, comprising: inputting an electric signal from a sensing unit; modulating a mode signal to extract at least one mode signal from the input signal; A phase compensating step of compensating for phase by adjusting the phase of the output signal, and an output step of outputting the result to a unit having a total sum of output signals through the step for each mode, wherein the method and apparatus for realizing the general automatic attenuator using the feedback control to provide.
According to the present invention, in a general vibration and acoustic physical system having a plurality of modes and non-minimum phase characteristics, one or more modes of vibration or acoustic waves can be actively reduced using a feedback control method.

Description

일반형 전자 동감쇠기 구현 방법 및 장치 {Method and Apparatus for realizing a Generalized Electrical Dynamic Absorber}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a generalized electromagnetic dynamic absorber,

본 발명은 진동 및 음향과 같은 파동의 공진과 공명을 되먹임 제어를 이용해 능동적으로 저감시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 비최소위상 특성을 갖는 일반적 진동 및 음향 제어시스템의 진동 또는 음향 제어를 위한 일반형 전자 동감쇠기에 관한 것이다. The present invention relates to a method and apparatus for actively reducing resonance and resonance of waves such as vibration and sound using feedback control, and more particularly, to a method and apparatus for reducing vibration or sound of a general vibration and sound control system having non- To a general type of electromagnetic attenuator for control.

능동제어는 제진재 및 흡음재 등의 수동적 방법으로 저감이 곤란한 약 500 Hz이하의 저주파 진동 및 음향 저감에 효과적인 것으로 알려져 있다. 이는 부가적으로 도입된 진동원 및 음향원을 이용하여 외란에 의해 형성된 기존의 파동을 상쇄간섭 또는 능동적으로 소산(energy absorption)시켜 저감하는 방식이다. 그러므로 제어장치 구성을 위해 일반적으로 감지기(sensor)와 그에 따른 부대장치인 감지신호 보정 및 증폭용 기기(signal conditioner, pre-amplifier)를 포함하는 감지부, 가진기(actuator)와 그에 따른 부대장치인 가진신호 증폭기(amplifier)를 포함하는 가진부, 및 제어기(controller)를 포함하는 제어부가 추가적으로 요구된다. Active control is known to be effective for low-frequency vibration and sound reduction below about 500 Hz, which is difficult to reduce by passive methods such as vibration damping materials and sound absorbing materials. This is a method in which existing waves formed by disturbance are additionally canceled by destructive interference or actively absorbing energy using an introduced vibration source and an acoustic source. Therefore, in order to construct a control device, a sensing unit including a sensor and a corresponding device such as a signal conditioner and a pre-amplifier, an actuator, An oscillator including a signal amplifier having an adder, and a controller including a controller are additionally required.

진동 및 음향의 능동제어방식은 크게 순차제어(feedforward control), 현대적 되먹임 제어(modern feedback control), 고전적 되먹임 제어(classical feedback control)로 나뉜다. 외란이 예측 불가능하고 불확정성(uncertainty)이 큰 물리계의 경우 고전적 되먹임 제어 방식이 특히 실용적인 것으로 알려져 있다. 제품화에 성공한 예로는 Bose사의 특허(US4455675, 1984년)에 기초한 능동음향제어 헤드폰과 Karnopp 등의 논문(1974년)에 기초한 진동절연용 능동마운트가 있다. 두 경우 모두 제어대상 물리계가 대단히 단순하여, 헤드폰의 경우 귓속 음향 소공간이고 능동마운트의 경우 강체 관성체를 지지하는 마운트이다. 제어기 역시 대단히 단순한 비례제어에 기초한 이득조정기라 할 수 있으므로 전자 댐퍼(electrical damper)라 칭한다. 전자댐퍼란 기계적 댐퍼 작동메커니즘 및 효과를 되먹임 제어를 통해 전기전자적으로 구현한 장치를 의미하며 이득조정기가 제어기 역할을 수행한다. The active control methods of vibration and sound are classified into feedforward control, modern feedback control, and classical feedback control. In the case of physics where disturbance is unpredictable and uncertainty is large, classical feedback control methods are known to be particularly practical. Examples of successful commercialization include active acoustic control headphones based on Bose's patent (US4455675, 1984) and active mounts for vibration isolation based on Karnopp et al. (1974). In both cases, the physics to be controlled is very simple, the headphone is an acoustic space for the ear, and the active mount is a mount for supporting a rigid body. The controller is also referred to as an electrical damper because it can be referred to as a gain adjuster based on a very simple proportional control. An electronic damper is a device that implements a mechanical damper operation mechanism and its effect electronically through feedback control, and the gain adjuster acts as a controller.

전자 댐퍼는 상기 예와 같이 플랜트(plant: 가진기 입력과 감진기 출력을 갖는 제어 대상 시스템)가 최소위상(minimum phase) 특성을 갖는 경우에 한정하여 유용하다. 이 조건을 만족하기 위해선 동점제어(collocation control: 가진기와 감지기가 같은 점에 위치)이며, 되먹임 회로내 전기전자 기기에서의 신호의 시간지연이 없는 무지연제어(delayless control) 환경이 바람직하다. 엄밀한 의미에서 전체 주파수에 대해 최소위상 조건을 만족하기는 어려우므로 저주파 제어영역(control bandwidth)에서 만족하면, 다시 말해 부분적 최소위상계(band-limited minimum phase system)인 경우, 전자댐퍼의 사용이 가능하다 할 수 있다. 이때 안정된 고성능 제어효과를 위해선 제어주파수영역에서의 플랜트 감도는 비제어 주파수영역에서보다 상대적으로 높아야 한다. 그렇지 않을 시, 이득조정기의 이득값이 제한돼 제어성능이 높지 않다.The electronic damper is useful only when the plant has a minimum phase characteristic as a control target system having a vibrator input and an amplifier output as in the above example. In order to satisfy this condition, it is desirable to have a collision control (the oscillator and the detector are at the same point), and a delayless control environment in which there is no time delay of the signal in the electric and electronic devices in the feedback circuit. In the strict sense, it is difficult to satisfy the minimum phase condition for all the frequencies. Therefore, if the control bandwidth is satisfied, that is, the band-limited minimum phase system, it is possible to use an electronic damper I can do it. For stable high performance control, the plant sensitivity in the control frequency range should be relatively higher than in the non-control frequency range. Otherwise, the gain of the gain adjuster is limited and the control performance is not high.

무한개의 모드를 갖는 연속체 진동계, 거대 공간을 갖는 음향계, 그리고 가진기와 감지기 사이 각 모드 신호가 각기 다른 전달 시간차나 위상차를 갖는 경우와 같이 실생활에 일상적으로 존재하는 복잡 물리계의 효과적인 진동 및 음향 제어를 위해선 좀 더 진보된 방법이 요구된다. 위의 목적을 위한 그 동안의 수 많은 시도 중 다음 두 가지 기술이 주목된다: 전자 동감쇠기(electrical dynamic absorber)와 시간지연제어(delayed feedback control). In this paper, we propose an effective vibration and sound control system for complex physical systems that exist in everyday life, such as continuous vibration system with infinite mode, acoustic system with huge space, and each mode signal between exciter and detector have different transmission time difference and phase difference. A more advanced method is required. Of the many attempts made for this purpose, the following two techniques are noted: electrical dynamic absorber and delayed feedback control.

전자동감쇠기는 전자댐퍼와 마찬가지로 부분적 최소위상계를 제어대상으로 삼으나 전자댐퍼보다 제어 성능과 강건성을 크게 제고시킬 수 있는 기술이다. 이 기술은 그 효과가 이미 잘 알려진 기계적 동감쇠기(dynamic absorber)의 작동 메커니즘을 되먹임 제어를 이용해 전기전자적으로 구현하여 공진 및 공명을 능동적으로 저감시키는 기술로, 김상명 등(2008년, 2011년)에 의해 최근 실험적으로 구현되었다. 여기서 동감쇠기는 동흡진기와 동흡음기(헬름홀쯔 공명기, dynamic sound absorber)를 포괄하는 용어로서 진동저감에 쓰이면 전자 동흡진기 그리고 음향저감에 쓰이면 전자 동흡음기라 할 수 있다. 제어기로는 2차 필터형의 모드동조기(mode tuner)와 이득조정기(gain controller)를 사용한다. 모드동조기는 특정 모드신호만을 추출하는 역할을 하므로 모달필터(modal filter)라 할 수 있다. 이득조정기는 추출모드의 되먹임 이득을 나타내며 동감쇠효과를 조정하는 역할을 한다. 다수의 모드를 제어하기 위해선 단순히 다수의 전자동흡진기를 사용하여 제어기를 구성한다. 광대역제어기(broad band controller)인 전자댐퍼에 비해 전자동감쇠기는 협대역제어기(narrow band controller)이다. 그러므로 전자댐퍼와 비교해, 다수 모드의 개별 및 동시 제어처럼 모드의 선택적 제어가 가능하고 또한 제어기가 제어주파수영역 밖의 불확정성에 대해 좀 더 강건하게 작동하므로 제어성능을 제고할 수 있다. Like an electronic damper, a fully automatic attenuator uses a partial minimum phase-difference system as a control target, but it is a technique that can greatly enhance control performance and robustness than an electronic damper. This technology is a technology that actively reduces the resonance and resonance by implementing the mechanism of the mechanical dynamic damper which is well known in the art by using the feedback control. Recently implemented experimentally. Here, the dynamic damper is a term that encompasses dynamic damper (dynamic sound absorber), dynamic damper, dynamic damper, vibration damper, electromagnetic absorber, and acoustic damper. As the controller, a mode tuner and a gain controller of a second filter type are used. The mode tuner can be called a modal filter because it plays a role of extracting only a specific mode signal. The gain adjuster represents the feedback gain of the extraction mode and adjusts the damping effect. In order to control a plurality of modes, a plurality of fully automatic damper is used to constitute a controller. Compared to an electronic damper, which is a broadband controller, the automatic attenuator is a narrow band controller. Thus, compared to an electronic damper, selective control of the mode is possible, such as discrete and simultaneous control of multiple modes, and the controller is able to operate more robustly against uncertainties outside the control frequency range, thereby improving control performance.

시간지연제어는 시간지연을 동반한 정현파에 의해 구동되는 진동계에서의 진동을 인위적인 추가 시간지연을 준 되먹임 비례제어를 통해서 원래 진동을 저감시키고자 하는 기술로 1990년대 Yang 등에 의해 제안되었다. 여기서 인위적으로 부가되는 비례제어는 이득조정기로 행해지며 시간지연기는 일종의 위상보상기(phase compensator)의 역할을 한다. 제어대상 플랜트에서의 시간지연을 올바르게 보상하였을 시, 이득조정기는 전자댐퍼와 마찬가지로 해당 주파수의 파동에너지를 능동 소산시키므로 결과적으로 이 기술은 시간지연 물리계에서 기계적 댐퍼효과를 전기-전자적으로 구현한 일반형 전자댐퍼(generalized electrical damper)라 칭할 수 있다. 이 기술은, 비록 그 적용범위가 한정적이나, 제어가 어려운 비(非)최소위상 물리계를 적용대상으로 삼은 흔치 않은 제어방법이라는데 의의가 크다. 추후 Udwadia 등(2008년)을 포함한 여러 연구자가 다자유도 진동계 상이점제어(non-collocated control)를 시도 하기도 했으나 대부분 이론해석에 그치고 성공적 실현은 보기 드물다. 그 이유는, 전자댐퍼나 일반형 전자댐퍼는 공히 광대역제어기이므로 모드별 개별제어(즉, 협대역제어)가 불가능하다는 근원적 한계를 갖기 때문이다. 다시말해, 비최소위상 플랜트에서는 모드별 크기와 위상이 상이한데 상기의 단수 광대역 이득조정기와 단수 광대역 위상보상기로 상이한 복수 모드의 크기와 위상을 개별적으로 조정 및 보상은 불가능하다. The time delay control is proposed by Yang et al. In the 1990s to reduce the original vibration through the proportional control of the feedback with artificial additional time delay in the vibration system driven by the sinusoidal wave with time delay. Here, the artificial proportional control is performed by the gain adjuster, and the time delay serves as a phase compensator. When the time delay in the controlled plant is compensated correctly, the gain regulator actively dissipates the wave energy of the corresponding frequency like an electronic damper, and as a result, this technique can be applied to a general type electron It may be referred to as a generalized electrical damper. This technique is significant because it is an uncommon control method in which a non-minimum phase physical system, whose application range is limited but is difficult to control, is applied. Many researchers, including Udwadia et al. (2008), have attempted to control non-collocated multi-degree-of-freedom vibration systems, but most of them have been successful in theoretical analysis. This is because the electronic damper and the general type electromagnetic damper are both broadband controllers, and thus have a fundamental limitation that individual mode-dependent control (that is, narrow-band control) is impossible. In other words, in the non-minimum phase plant, the magnitude and phase of each mode are different, and it is impossible to adjust and compensate individually the magnitude and phase of the plurality of modes differing by the single wide-band gain adjuster and the single wide-band phase compensator.

비최소위상계는 제어주파수영역 내에서조차 플랜트 특성이 최소위상계가 아닌 시스템으로 최소위상으로부터 위상변형(phase distortion)된 시스템이라 할 수 있다. 플랜트가 비최소위상계인 경우는 상이점제어(non-collocated control)를 포함해서 실제로 무수히 많다. 가진기와 감지기는 설계상 또는 제어효율 측면에서 의도적으로 다른 지점에 위치시키곤 한다. 예를 들면, 하드 디스크 드라이브에서 작동모터는 허브에 위치하나 진동저감 위치는 조작기 끝점이다. 또한 승용차 실내에서 스피커는 차실 벽면에 장착되나 관심 음향저감위치는 주로 승객 귀 부근이다. 더구나 실제 가진기나 감지기 작동은 이상적일 수 없고 되먹임 회로 내의 각종 신호의 보정기 및 증폭기와 제어기가 상당량의 시간지연을 동반하기도 한다. The non-minimum phase difference system is a system in which the plant characteristic is not the minimum phase system even within the control frequency range and is a phase distortion system from the minimum phase. If the plant is a non-minimum phase system, there are actually a myriad of them, including non-collocated control. The exciter and detector are intended to be located at different points in terms of design or control efficiency. For example, in a hard disk drive, the operating motor is located at the hub, but the vibration reduction position is the actuator endpoint. Also, the speaker is mounted on the wall of the passenger compartment, but the location of the sound reduction is mainly near the passenger's ear. Moreover, the actual exciter or detector operation is not ideal, and the correlators and amplifiers of various signals in the feedback circuit and the controller are accompanied by a significant amount of time delay.

이와 같이 복수모드 (즉, 거대 물리계) 및 비최소위상 (즉, 상이점 또는 시간지연제어 시스템) 특성을 갖는 일반적 진동 및 음향 물리계의 단수 또는 복수 모드제어는 지난 수십 년간의 학계 및 산업계의 노력에도 불구하고 여전히 난제로 남아있다. 이 경우 상술한 것처럼 전자동감쇠기나 시간지연제어를 단순 적용할 수 없으며 이 들의 단점을 극복한 새로운 발명이 요구된다. 본 발명은 넓은 의미에서 고전적 되먹임제어 범주에 속하고, 좁은 의미에서 전자동감쇠기와 일반형 전자댐퍼 기술을 응용한 발명을 통해 복수모드에 의해 지배되는 비최소위상계와 같은 능동제어기술의 새로운 적용분야를 개척하기 위한 것이다.The single or multiple mode control of a general vibration and acoustical physics system with multiple modes (ie, macroscopic) and non-minimum phase (ie, differential or time delay control system) And still remains a challenge. In this case, as described above, the automatic attenuator and the time delay control can not be simply applied, and a new invention overcoming the disadvantages is required. The present invention relates to a new application field of active control technology, such as a non-minimum phase-controlled system dominated by a plurality of modes, through an invention applying a fully automatic damper and a general electronic damper technique in a narrow sense, It is for exploitation.

USUS 44556754455675 B2B2

D Karnopp, M J Crosby and R A Harwood, Vibration control using semi-active force generators, ASME Transactions Journal of Engineering Industry, 96, pp. 619-26 (1974)D Karnopp, MJ Crosby and RA Harwood, Vibration control using semi-active force generators, ASME Transactions Journal of Engineering Industry, 96, pp. 619-26 (1974) B. Yang and C. D. Mote, Jr., On time delay in noncollocated control of flexible mechanical systems, J. Dyn. Sys., Meas., Control - Trans. ASME, 114, pp. 409-415, (1992)B. Yang and C. D. Mote, Jr., On time delay in noncollocated control of flexible mechanical systems, J. Dyn. Sys., Meas., Control - Trans. ASME, 114, pp. 409-415, (1992) F. E. Udwadia, H. F. von Bremen, R. Kumar and M. Hosseini, Time delayed control of structural systems, Earthquake Engng Struct. Dyn., vol. 32, pp. 495-535, (2003)F. E. Udwadia, H. F. von Bremen, R. Kumar and M. Hosseini, Time delayed control of structural systems, Earthquake Engng Struct. Dyn., Vol. 32, pp. 495-535, (2003) S M Kim, S Pietrzko and M J Brennan, Active vibration isolation using an electrical damper or an electrical dynamic absorber, IEEE Transactions on Control Systems technology, 16(2), pp. 245-254, (2008) S M Kim, S Pietrzko and MJ Brennan, Active vibration isolation using an electrical damper or an electrical dynamic absorber, IEEE Transactions on Control Systems technology, 16 (2), pp. 245-254, (2008) S. M. Kim, S. Wang and M. J. Brennan, Comparison of negative and positive position feedback control of a flexible structure, Smart Mater. Struct., vol. 20, art. no. 015011, (2011)S. M. Kim, S. Wang and M. J. Brennan, Comparison of Negative and Positive Position Feedback Control of a Flexible Structure, Smart Mater. Struct., Vol. 20, art. no. 015011, (2011)

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 복수모드 및 비최소위상 특성을 갖는 일반적 진동 및 음향 물리계에서 진동 또는 음향 파동의 단수 또는 복수모드를 되먹임 제어를 이용해 능동적으로 저감시키는 방법 및 장치를 제공하고자 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a method of actively reducing a single or plural modes of vibration or acoustic waves using a feedback control in a general vibration and acoustic physical system having multiple modes and non- Device.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명이 제공하는 실질적 방법에 있어서, 진동 및 음향 물리계; 상기 물리계 물리량을 감지하여 전기량으로 변환하고 증폭하는 감지부; 및 임의 입력 전기량을 증폭하고 물리량으로 역변환하여 상기 물리계를 가진하는 가진부를 포함하는 기전복합계의 진동 또는 소음의 능동저감을 위한, In a practical method provided by the present invention for solving the above-mentioned problems, there is provided a vibration and acoustic physical system; A sensing unit for sensing the physics physical quantity and converting the sensed physical quantity into an electrical quantity and amplifying the electrical quantity; And an excitation unit for amplifying the input electrical quantity and inverting the physical quantity to obtain a physical quantity, and for oscillating or reducing the noise of the pre-

감지부로부터 전기신호를 입력받는 입력단계; 상기 전기신호로부터 적어도 하나의 모드신호를 동조시켜 추출하는 모드동조단계; 상기 적어도 하나의 동조모드신호 각각의 이득을 조정하는 이득조정단계; 상기 적어도 하나의 이득조정된 동조모드신호 각각의 위상을 조정하여 보상하는 위상보상단계; 및 상기 적어도 하나의 이득조정 및 위상보상된 동조모드신호의 전체 합을 가진부에 출력하는 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 되먹임 제어를 이용한 일반형 전자동감쇠기 구현방법를 제공한다. An input step of receiving an electric signal from the sensing unit; A mode tuning step of tuning and extracting at least one mode signal from the electric signal; A gain adjustment step of adjusting a gain of each of the at least one tuning mode signal; Adjusting a phase of each of the at least one gain adjusted tuned mode signal to compensate; And an output step of outputting the gain-adjusted and phase-compensated tuned mode signals to a unit having a total sum of the at least one gain adjusted and phase-compensated tuned mode signals.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명이 제공하는 실질적 장치에 있어서, 진동 및 음향 물리계의 능동제어를 위하여, 상기 물리계 물리량을 감지하여 전기량으로 변환하고 증폭하는 감지부; 상기 감지부 출력신호를 물리계 공진 또는 공명을 능동저감하도록 처리하는 제어부; 및 상기 제어부 출력신호를 증폭 및 물리량으로 역변환하여 상기 물리계를 가진하는 가진부를 포함하는 제어장치로서, 상기 제어부는, 상기 일반형 전자동감쇠기 구현방법에 의해 구성되는, In order to achieve the above object, the present invention provides a substantial apparatus comprising: a sensing unit for sensing physical quantities of a physical system and converting the physical quantities into electrical quantities and for amplifying them for active control of a vibration and acoustical physical system; A control unit for processing the output signal of the sensing unit so as to actively reduce the physical system resonance or resonance; And a vibrator having the physical system by amplifying and outputting a physical quantity of the output signal of the controller, wherein the controller comprises:

감지부 출력신호를 제어부 입력신호로 받아 하나 또는 그 이상의 모드신호를 추출하는 모드동조기; 상기 하나 또는 그 이상 모드동조기와 각각 연결되어 각기 신호의 이득을 조정하는 이득조정기; 및 상기 하나 또는 그 이상 이득조정기와 각각 연결되어 각기 신호의 위상을 조정하는 위상보상기를 포함하되, 상기 각각 모드에 대한 해당 모드동조기, 이득조정기, 위상보상기는 직렬연결되며 상기 각각 직렬연결단자 출력의 전체 합을 제어부 출력신호로 내보내는 것을 특징으로 하는 되먹임 제어를 이용한 일반형 전자동감쇠기 장치를 제공한다.A mode tuner for receiving the sensing unit output signal as a control unit input signal and extracting one or more mode signals; A gain adjuster coupled to the one or more mode tuners to adjust a gain of each signal; And a phase compensator coupled to the one or more gain adjusters to adjust the phase of each signal, wherein a corresponding mode tuner, a gain adjuster, and a phase compensator for each mode are serially connected, And outputs the total sum to the control unit output signal. The general automatic attenuator device using feedback control is provided.

본 발명에 따른 일반형 전자동감쇠기는 복수모드 및 비최소위상 특성을 갖는 일반적 진동 및 음향 물리계에서 진동 또는 음향 파동의 단수 또는 복수 모드를 되먹임 제어방식을 이용해 능동적으로 저감시킬 수 있다. The general type automatic attenuator according to the present invention can actively reduce one or more modes of vibration or acoustic waves in a general vibration and acoustical physical system having a plurality of modes and non-minimum phase characteristics by using a feedback control method.

도 1은 단수 모드에 의해 지배되는 비최소위상 물리계의 단수 모드제어를 위한 본 발명의 일 실시예를 나타내는 블록선도.
도 2는 복수 모드에 의해 지배되는 비최소위상 물리계의 복수 모드제어를 위한 본 발명의 일 실시예를 나타내는 블록선도.
도 3a와 3b는 위상 변형된 1자유도 진동자의 제어를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 블록선도(a)와 등가 기계시스템을 나타낸 도면(b)
도 4a와 도 4b는 위상정합법을 이용한 비반전 위상지연모드(a)와 반전 위상지연모드(b)의 위상보상방법을 예시한 도면
도 5는 시간지연을 동반한 외팔보 플랜트의 상이점제어를 위해 일반형 전자동감쇠기를 실시한 실험장치 개략도.
도 6은 복소평면에서의 도 5의 실험 플랜트의 개루프 주파수응답곡선
도 7은 도 5의 실험 플랜트의 1차와 2차 모드 동시제어 전후의 센서 진동량을 비교한 그래프이다.
1 is a block diagram showing one embodiment of the present invention for a singular mode control of a non-minimum phase physical system governed by a singular mode;
2 is a block diagram illustrating an embodiment of the present invention for multiple mode control of a non-minimum-phase physical system governed by a plurality of modes.
3A and 3B are a block diagram (a) and an equivalent mechanical system (b) for controlling a phase-transformed 1-degree-of-freedom oscillator according to an embodiment of the present invention;
FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating a phase compensation method of a non-inverted phase delay mode (a) and an inverted phase delay mode (b)
Fig. 5 is a schematic view of an experimental apparatus in which a general type automatic attenuator is implemented for control of difference of a cantilever plant with time delay.
Figure 6 shows the open loop frequency response curve of the experimental plant of Figure 5 in the complex plane
7 is a graph comparing sensor vibration amounts before and after the simultaneous control of the primary and secondary modes of the experimental plant of FIG.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 다음 순으로 기술한다. 첫째, 본 발명의 기술적 사상을 기술하고, 둘째, 그 토대 위에 구체화된 본 발명이 제공하는 바람직한 방법과 장치의 실시예를 도면을 참조해 상세히 설명한 후, 셋째, 당업자의 정확하고 용이한 실시를 돕고자 상기 구체적 발명내용을 수학적으로 재기술한다. 마지막으로 본 발명을 실시해 얻은 실험 결과를 예시해 본 발명의 성능을 시현한다.
Specific details for carrying out the present invention are described in the following order. First, the technical idea of the present invention will be described. Secondly, an embodiment of the preferred method and apparatus provided by the present invention embodied on the basis thereof will be described in detail with reference to the drawings. Thirdly, The contents of the specific invention are re-described mathematically. Finally, the performance of the present invention is demonstrated by exemplifying the experimental results obtained by carrying out the present invention.

기술적 사상Technical thought

본 발명의 기술적 사상은 다음 수학법칙에 근거한다. 첫째, 일반적으로 물리계 플랜트 응답은 최소위상항과 비최소위상항으로 분리해 나타낼 수 있다. 다시 말해 물리계 플랜트는 최소위상계와 전역필터(all pass filter) 등으로 표시되는 위상변형기가 직렬연결된 쌍으로 나타낼 수 있다. 둘째, 일반적으로 한정(finite dimensioned) 물리계 플랜트 응답은 모드의 조합으로 나타낼 수 있다. 그러므로 플랜트 내 각 모드는 1자유도 최소위상 진동계와 위상변형기가 직렬연결된 쌍으로 나타나며, 전체 플랜트는 각기 다른 상기 쌍의 병렬조합으로 나타낼 수 있다. The technical idea of the present invention is based on the following mathematical rules. First, in general, the physical plant response can be expressed as a minimum phase term and a non-minimum phase term. In other words, the physical plant can be represented as a series of phase shifters, represented by a minimum phase shift and an all pass filter. Second, a finite dimensioned physics plant response can be represented by a combination of modes. Each mode in the plant therefore appears as a pair of cascaded 1 degree of freedom minimum phase oscillator and phase shifter, and the entire plant can be represented as a parallel combination of the different pairs of the above.

본 발명의 기술적 사상은 다음 개념에 근거한다. 만약에 상기 위상 변형된 모드신호를 모드동조기로 추출한 후 그 변형된 위상을 일종의 위상보상기로 완벽히 보상할 수 있다면 이 모드신호는 되먹임 폐회로 내에서 마치 최소위상계에서의 응답처럼 거동하며 자연 소산될 것이다. 그러므로 전자동감쇠기에서의 모드동조기와 시간지연제어의 위상보상기를 접목하면 위상보상이 가능한 일반형 전자동감쇠기가 구현되는 것이 될 것이다. 각 모드별 모드동조기, 위상보상기, 그리고 파동에너지 감쇠량을 조정하기 위한 이득조정기가 추가되어 한 모드에 대한 일반형 전자동감쇠기를 이룬다. 이는 전자댐퍼의 비례제어기와 시간지연제어의 위상보상기를 접목하여 일반형 전자댐퍼를 구현한 것과 원리상 유사하다. The technical idea of the present invention is based on the following concept. If the phase-shifted mode signal can be completely compensated by a phase compensator after extracting the phase-shifted mode signal with the mode tuner, the mode signal will behave like a response in the feedback loop and behave like a response in the minimum phase system and be spontaneously dissipated . Therefore, if a mode tuner in a fully automatic attenuator and a phase compensator in a time delay control are combined, a general type automatic attenuator capable of phase compensation will be realized. A mode modulator for each mode, a phase compensator, and a gain adjuster for adjusting the wave energy attenuation are added to form a general type of automatic attenuator for one mode. This is basically similar to the implementation of a general-purpose electronic damper by combining a proportional controller of an electronic damper and a phase compensator of a time delay control.

일반형 전자동감쇠기는 제어기 구조상, 기존의 전자동감쇠기에 추가하여 위상보상기를 직렬 연결한 구조를 갖는다. 제어기 구조상에 단순한 변화를 준 것이나 이 새로운 제어기는 기존의 전자동감쇠기로는 제어 불가능인 비최소위상 시스템의 제어를 가능케 한다. The general type automatic attenuator has a structure in which a phase compensator is connected in series in addition to a conventional fully automatic attenuator in a controller structure. This new controller allows for control of non-minimum phase systems that can not be controlled with conventional fully-automatic attenuators.

협대역제어기인 일반형 전자동감쇠기는 광대역제어기인 일반형 전자댐퍼와 비교해서도 양적 및 질적으로 크게 향상된 장점을 갖는다. 첫째, 전자댐퍼와 전자동감쇠기간의 비교처럼 일반형 전자동감쇠기는 플랜트의 비제어영역에서의 불확정성과 감도에 강건하므로 더욱 안정된 제어를 수행하고 제어성능을 제고시킬 수 있다. 둘째, 모드별 선택적 개별 및 동시제어가 가능하므로 복수의 다중모드의 제어가 필요한 경우 단순히 상기 각 모드에 대한 일반형 동감쇠기의 병렬조합으로 제어기를 구성할 수 있다. 다시 말해 복수모드에 의해 지배되는 플랜트에서 모드별 상이한 위상변형량의 각개적 보상이 가능해진다는 것을 의미한다. 이는 질적으로 다른 대단히 중요한 장점으로 복수모드 및 비최소위상 특성을 갖는 일반적 물리계의 단수 또는 복수 모드 제어가 더 이상 불가능하지 않음을 의미한다.The general type automatic attenuator, which is a narrow-band controller, has a significant improvement in both quantitative and qualitative characteristics compared with a general type electronic damper as a broadband controller. First, as compared with the electronic dampers and the automatic damping period, the general type automatic dampers are robust against the uncertainty and sensitivity in the uncontrolled region of the plant, so that they can perform more stable control and enhance the control performance. Secondly, since it is possible to selectively and individually control each mode, when a plurality of multi-mode control is required, a controller can be constructed by simply combining parallel-type dynamic attenuators for each mode. In other words, it means that it is possible to perform individual compensation of different phase deformation amounts per mode in a plant governed by a plurality of modes. This implies that single or multiple mode control of a general physical system with multiple mode and non-minimum phase characteristics is no longer possible, which is a critically important advantage in terms of quality.

본 발명은 진동 및 음향 파동 모두에 적용가능하고 이는 다음 물리법칙에 근거한다. 물리법칙에 의하면 진동계에서의 진동을 흡수하는 동흡진기의 원리는 음향계에서의 음향을 흡수하는 동흡음기와 정확히 상사관계에 있다. 그러므로 상술한 것처럼 동흡진기와 동흡음기를 포괄하는 개념으로 동감쇠기라는 용어를 도입했다. 동감쇠기는 동조주파수를 포함한 일정 주파수 영역(제어 주파수영역)에 한해서 감쇠기처럼 작동하는 수동적 또는 능동적으로 구현된 장치이다. 본 발명에서의 단수 모드에 대한 일반형 전자동감쇠기는 전기적 필터로 구현된 모드동조기, 이득조정기 및 위상보상기를 포함하며, 이 되먹임 제어시스템이 진동계에 적용되면 전자동흡진기라 칭하고 음향계에 적용되면 전자동흡음기라 칭한다.
The present invention is applicable to both vibration and acoustic waves, and is based on the following physical laws. According to the physical law, the principle of a dynamic damper that absorbs vibrations in a vibration system is precisely related to the dynamic sound absorber that absorbs the sound in the acoustic system. Therefore, the term "dynamic damper" is introduced as a concept covering the dynamic damper and the dynamic damper as described above. The attenuator is a passively or actively implemented device that acts like an attenuator only in a certain frequency domain (control frequency domain) including the tuning frequency. The general type fully automatic attenuator for the single mode in the present invention includes a mode tuner implemented by an electrical filter, a gain adjuster, and a phase compensator. When this feedback control system is applied to a vibration system, it is called an automatic dynamic absorber. It is called.

발명의 구체적 내용DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

다음은 상술한 기술적 사상의 토대 위에 구체화된 본 발명이 제공하는 바람직한 방법과 장치에 관한 실시예를 도시한 도면을 참조해 기술한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the preferred embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어블록선도를 나타낸 도면으로 단수 모드에 의해 지배되는 비최소위상 물리계(20)의 단수 모드제어를 위하여 단수의 일반형 전자동감쇠기를 구현한 구성을 도시한다. 상기 물리계(또는 플랜트)는 파동성질을 갖는 진동 및 음향 물리계를 의미하며, 이는 진동 또는 음향 물리계와 진동음향연성 물리계를 포함한다. 그러므로 구조가진에 의한 진동이나 음향응답, 혹은 음향가진에 의한 음향이나 진동응답, 모두를 포함한다. 상기 단수모드 및 비최소위상 특성을 갖는 플랜트(20)는 1자유도 진동자 (oscillator) (21)로 이루어진 최소위상계와 임의의 위상함수를 갖는 위상변형기(22)가 직렬 연결된 형태로 구성된다. 이는 상술한 본 발명의 기술적 사상의 근간이 되는 수학법칙에 따른 것이다. 여기서, 진동자(21)는 개념적 이해를 돕고자 질량, 스프링, 댐퍼의 병렬연결로 블록내에 표시했다. 참고로, 제어부(40) 출력단에 위치한 위상반전기(55)는 통상적인 부궤환(negative feedback)회로가 되도록 단순 추가된 것이다. 그리고, 신호 d (98)와 신호 e (99)는 각각 제어전 및 제어후의 전기신호를 나타낸다. FIG. 1 is a block diagram of a control block according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a configuration in which a single general-purpose automatic attenuator is implemented for single-mode control of a non-minimum-phase physical system 20 governed by a single- The physical (or plant) means a vibrational and acoustical physical system having a wave property, which includes a vibrational or acoustical physics system and a vibrational acoustically soft physics system. Therefore, it includes both vibration and acoustic response by structure excitation, or acoustic or vibration response by acoustic excitation. The plant 20 having the singular value mode and the non-minimum-phase characteristic is configured in the form of a series connection of a phase shifter 22 having a minimum phase system composed of a 1-degree-of-freedom oscillator 21 and an arbitrary phase function. This is in accordance with a mathematical rule which is the basis of the technical idea of the present invention described above. Here, the vibrator 21 is displayed in a block in parallel connection of a mass, a spring, and a damper in order to help a conceptual understanding. For reference, the phase inverter 55 located at the output of the controller 40 is simply added to be a conventional negative feedback circuit. The signal d (98) and the signal e (99) represent electrical signals before and after the control, respectively.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제어블록선도를 나타낸 도면으로 복수 모드(M개)에 의해 지배되는 일반적 비최소위상 물리계(20)의 복수 모드제어를 위하여 복수의 일반형 전자동감쇠기(N개, NM보다 작거나 같다)를 구현한 구성을 도시한다. 플랜트 내에서 모드를 병렬 나열 후 합을 취한 것은 상술한 바와 같이, 본 발명의 기술적 사상의 근간이 되는 수학법칙에 따른 것이다. 일반적 거대 구조물 또는 거대 공간과 같은 연속 물리계는 무한개의 모드를 가지나, 저주파가 제어영역이고 고주파 비제어영역에서의 플랜트 감도가 적을 때 도 2와 같이 한정된 개수의 모드만을 고려해 모델링할 수 있다. 하나의 모드에 대해 도시한 도 1은 도 2의 특수한 상황에 지나지 않는다.Figure 2 is a multiple-mode (M) to a plurality of general type full automatic attenuator to a plurality of mode control of a general non-minimum phase physical world 20 which is dominated by (N a view showing a control block diagram according to another embodiment of the present invention; And N is less than or equal to M ). The combination of the modes in parallel in the plant is based on the mathematical rules which are the basis of the technical idea of the present invention, as described above. A continuous physical system such as a general macro structure or a large space has an infinite number of modes. However, when a low frequency is a control region and a plant sensitivity is low in a high frequency uncontrolled region, only a limited number of modes can be modeled as shown in FIG. Figure 1 for one mode is nothing more than a special situation in Figure 2.

도 1과 도 2의 실시예에 나타낸 것처럼 본 발명에서 제공하는 일반형 전자동감쇠기 구현방법의 특징은 다음과 같다: 진동 및 음향 물리계(20); 상기 물리계 물리량을 감지하여 전기량으로 변환하고 증폭하는 감지부(30); 및 임의 입력 전기량을 증폭하고 물리량으로 역변환하여 상기 물리계를 가진하는 가진부(50)를 포함하는 기전복합계의 공진 또는 공명의 능동저감방법에 있어서, 감지부(30)로부터 전기신호를 입력받는 입력단계(110); 상기 전기신호로부터 적어도 하나의 모드신호를 동조시켜(tuned) 추출하는 모드동조단계(41); 상기 적어도 하나의 동조모드신호 각각의 이득을 조정하는 이득조정단계(42); 상기 적어도 하나의 이득조정된 동조모드신호 각각의 위상을 조정하여 보상하는 위상보상단계(43); 및 상기 적어도 하나의 이득조정 및 위상보상된 동조모드신호의 전체 합(90)을 가진부(30)에 출력(120)하는 출력단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 되먹임 제어방법이다. 도 1과 같이 모드동조단계(41)에 있어서 하나의 모드를 추출한 경우, 하나의 모드에 대해 상기 이득조정단계(42) 및 상기 위상보상단계(43)를 수행한 후 이득조정 및 위상보상된 하나의 동조모드신호를 가진부(30)에 출력(120)하는 것을 특징으로 한다.As shown in the embodiments of FIGS. 1 and 2, the generalized automatic attenuator implementation method provided by the present invention has the following features: a vibration and sound physical system 20; A sensing unit 30 for detecting the physical quantity of the physical system and converting the physical quantity into an electrical quantity and amplifying the electrical quantity; And an excitation unit (50) for amplifying an arbitrary input electrical quantity and inverting the electromotive force to a physical quantity to have the physical system, the method comprising the steps of: inputting an electrical signal from the sensing unit (30) Step 110; A mode tuning step (41) of tuning and extracting at least one mode signal from the electric signal; A gain adjustment step (42) for adjusting a gain of each of said at least one tuning mode signal; A phase compensation step (43) for adjusting and compensating the phase of each of the at least one gain adjusted tuned mode signal; And an output step (120) for outputting (120) to the part (30) having the total sum (90) of the at least one gain adjusted and phase compensated tuned mode signal. When one mode is extracted in the mode tuning step 41 as shown in FIG. 1, the gain adjusting step 42 and the phase compensating step 43 are performed for one mode, and then the gain adjusted and phase compensated one (120) to the section (30) having the tuning mode signal of the tuning mode.

또한 도 1과 도 2의 실시 예에 나타낸 것처럼 상술한 구현방법에 의해 구성된 일반형 전자동감쇠기 장치의 특징은 다음과 같다: 진동 및 음향 물리계(20)에 있어, 상기 물리계 물리량을 감지하여 전기량으로 변환하고 증폭하는 감지부(30); 상기 감지부 출력신호를 물리계 공진 또는 공명을 능동저감하도록 처리하는 제어부(40); 및 상기 제어부 출력신호를 증폭 및 물리량으로 역변환하여 상기 물리계를 가진하는 가진부(50) 를 포함하되, 상기 제어부(40)는, 상술한 본 발명이 제공하는 방법에 의해 구성되는, 상기 감지부 출력신호(110)로부터 하나 또는 그 이상의 모드신호를 추출하는 모드동조기(41); 상기 하나 또는 그 이상 모드동조기(41)와 각각 연결되어 각기 신호의 이득을 조정하는 이득조정기(42); 및 상기 하나 또는 그 이상 이득조정기(42)와 각각 연결되어 각기 신호의 위상을 조정하는 위상보상기(43) 를 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 각각 모드에 대한 해당 모드동조기(41), 이득조정기(42), 위상보상기(43)는 직렬연결되며 상기 각각 직렬연결단자 출력의 전체 합(90)이 제어부 최종출력신호(120)를 이루는 것이 바람직하다. 참고로, 상기 모드동조기(41)내 질량, 스프링, 댐퍼 직렬연결 진동자는 플랜트 진동자(21)에서와 마찬가지로 개념적 이해를 돕고자 표시했다.In addition, as shown in the embodiments of FIGS. 1 and 2, the characteristics of a general type automatic attenuator constructed by the above-described implementation method are as follows: In the vibration and sound physical system 20, A sensing unit 30 for amplifying the signal; A control unit (40) for processing the output signal of the sensing unit so as to actively reduce the physical system resonance or resonance; And an excitation unit 50 having the physical system by amplifying and inversely converting the output signal of the control unit into a physical quantity. The control unit 40 includes the sensing unit output A mode tuner 41 for extracting one or more mode signals from the signal 110; A gain adjuster (42) connected to the one or more mode tuners (41) to adjust a gain of each signal; And a phase compensator (43) connected to the one or more gain adjusters (42) to adjust the phase of the respective signals. The corresponding mode tuner 41, the gain adjuster 42 and the phase compensator 43 for each mode are connected in series and the total sum 90 of the respective serial connection terminal outputs constitutes the control final output signal 120 desirable. For reference, the mass, spring, and damper series connection oscillator in the mode tuner 41 are shown to facilitate conceptual understanding as in the case of the plant oscillator 21.

또한 도 1과 도 2의 실시예에서 제어부(40)가 일반형 전자동감쇠기의 필수적인 장치이고 감지부(30)와 가진부(50)는 주변장치이다. 상기 감지부(30)는 최소 하나의 감지기와 그에 따른 부대장치를 포함하며 마찬가지로 상기 가진부(50)도 최소 하나의 가진기와 그에 따른 부대장치를 포함한다. 본 발명의 방법 및 장치는 제어부(40)가 핵심으로 감지기 및 가진기 형식에 무관하게 적용 가능한 장점을 갖는다. 그러므로, 상술한 바와 같이 본 발명의 기술적 사상의 근간이 되는 물리법칙에 따라 가진부(50) 가진 물리량의 형식에 무관하게 감지부(30)에서 진동응답을 저감하면 전자동흡진기이고 음향응답을 저감하면 전자동흡음기라 할 수 있다.1 and 2, the control unit 40 is an essential device of a general type automatic attenuator, and the sensing unit 30 and the exciting unit 50 are peripheral devices. The sensing unit 30 includes at least one sensor and associated accessory devices, and likewise the accessory 50 includes at least one vibrator and associated accessory devices. The method and apparatus of the present invention have the advantage that the control unit 40 is applicable as a core regardless of the type of the detector and the exciter. Therefore, as described above, when the vibration response is reduced in the sensing unit 30 regardless of the type of the physical quantity possessed by the excitation unit 50 according to the physical law that is the basis of the technical idea of the present invention, if the acoustic response is reduced It can be called a fully automatic sound absorbing machine.

상기 감지부(30)와 가진부(50)는 감지 및 가진 물리량에 따라 압전식(piezoelectric), 전자기식(electromagnetic) 등 다양한 형식(type)의 감지기와 가진기를 가질 수 있다. 전형적인 파동 감지기는 스트레인게이지, 가속도계, 마이크로폰, 하이드로폰 등이 있다. 전형적 파동 가진기는 각종 압전세라믹(PZT)식이나 전자기식 가진기(electromagnetic shaker), 스피커, 서보모터 등이 있다. 선택된 감지기와 가진기의 형식에 따라 사용 가능한 적절한 부대장치의 형식이 결정된다. 제어부(40)의 각 요소는 아날로그 또는 디지털 전기전자필터로 구현하는 것이 바람직하므로 각각의 모드동조기, 이득조정기, 위상보상기는 역할에 따른 구분이고 제어기 하드웨어 측면에서 시각적 구분을 의미하는 것은 아니다. The sensing unit 30 and the exciting unit 50 may have detectors and vibrators of various types such as piezoelectric, electromagnetic and the like depending on the sensing and possessing physical quantities. Typical wave detectors include strain gauges, accelerometers, microphones, and hydrophones. Typical wave exciters include various types of piezoelectric ceramics (PZT), electromagnetic shakers, speakers, and servo motors. Depending on the type of detector selected and the type of detector, the type of appropriate auxiliary device available is determined. Since each element of the control unit 40 is preferably implemented by an analog or digital electric / electronic filter, each of the mode tuner, the gain adjuster, and the phase compensator is classified according to roles and does not mean a visual classification in terms of the controller hardware.

마지막으로 본 발명과 본 발명의 배경이 되는 종래기술과의 차이를 도면을 참조해 더욱 뚜렷하게 대비하여 설명한다. 도 1에서 제어기(40) 내 모드동조기(41)가 부재하고 더불어 위상보상기(43)가 단순히 시간지연회로를 사용해 구현되면 종래기술에서 사용하는 시간지연제어의 일 예이다. 이때, 플랜트(20)는 단일모드에 의해 지배되고 비제어영역에서 감도 및 불확정성이 적어야 안정된 제어성능을 보장할 수 있다. 시간지연제어는 상술한 바와 같이 원칙적으로 도2와 같은 복수모드 플랜트에 적용할 수 없다. 한편, 도 2에서 플랜트(20) 내 위상변형기(22) 세트와 제어기(40) 내 위상보상기(43) 세트가 부재하면 플랜트는 최소위상계가 되며 제어기는 종래기술에서 사용하는 전자동감쇠기의 일 예가 된다.
Finally, the difference between the present invention and the prior art which is a background of the present invention will be described more clearly with reference to the drawings. 1 is an example of the time delay control used in the prior art when the mode tuner 41 in the controller 40 is absent and the phase compensator 43 is simply implemented using a time delay circuit. At this time, the plant 20 is governed by a single mode, and the sensitivity and uncertainty in the uncontrolled region are required to ensure stable control performance. The time delay control can not be applied to the multi-mode plant as shown in Fig. 2 in principle as described above. 2, when the set of the phase shifter 22 in the plant 20 and the set of the phase compensator 43 in the controller 40 are absent, the plant becomes the minimum phase system, and the controller is an example of the automatic attenuator used in the prior art .

수학적 이론Mathematical theory

이상은 본 발명의 기술적 사상과 구체적 구성에 대한 상세한 설명이다. 실제 적용시 제어성능은 제어기 내의 각각의 구성요소 인자값들에 의해 좌우되므로 이들을 정량적으로 바람직하게 설정하는 것은 본 발명의 실시에 있어 대단히 중요하다. 이를 위해, 본 발명 각 요소의 구체적이고 바람직한 실시예에 대해 수학식을 참조해 아래에 기술한다. 먼저 단일모드 제어의 경우를 다룬 후 다중모드 제어의 경우로 이론을 확장한다. 한 모드에 대한 일반형 전자동감쇠기를 구현하기 위해선 모드동조기(41), 이득조정기(42) 및 위상보상기(43)를 설계해야 된다. The foregoing is a detailed description of the technical idea and specific constitution of the present invention. It is very important in the practice of the present invention that the control performance in practical application depends on the respective component factor values in the controller, so that it is preferable to quantitatively set them. To this end, a concrete and preferred embodiment of each element of the present invention will be described below with reference to an equation. First we discuss the case of single mode control and then extend the theory to the case of multi-mode control. The mode tuner 41, the gain adjuster 42, and the phase compensator 43 must be designed in order to implement the general type automatic attenuator for one mode.

도3a는 도 1의 전기적 관점에서의 제어블록선도를 기계적 관점에서 다시 도시한 것이다. 여기서, 플랜트(20)는 질량 ms (1) || 스프링 ks (2) || 댐퍼 cs (3) 병렬(||로 표시, 여기서, 기계계 시스템의 병렬연결은 임피던스관점에서의 연결을 의미함) 연결된 1자유도 최소위상 진동자(21)와 직렬연결된 임의의 위상변형기(22)를 포함한다. 플랜트 전달응답은 제어기(70)를 단락시킨 상태에서 제어가진력 fc (102) 입력에 대한 위상변형기(22) 출력이 된다. 참고로, 질량(1)에 직접 작용하는 외란은 주가진력 fp (101)이다. 또한, 제어기(70),

Figure 112013004437376-pat00001
, 에서의 음의 부호는 통상적인 부궤환 되먹임(negative feedback)을 나타낸다. 플랜트는 다음 수식으로 표현할 수 있다.Fig. 3A again shows a control block diagram of the electrical aspect of Fig. 1 from a mechanical point of view. Here, the plant 20 has a mass m s (1) || Spring k s (2) || The damper c s is connected to one of the phase shifters 22 connected in series with the one-degree-of-freedom minimum phase oscillator 21 connected in parallel (denoted by ||, where the parallel connection of the mechanical system means connection in terms of impedance) ). The plant transfer response becomes the output of the phase transducer 22 for the control excitation force f c (102) input with the controller 70 shorted. For reference, the disturbance directly acting on the mass (1) is the propulsive force f p (101). In addition, the controller 70,
Figure 112013004437376-pat00001
The negative sign in, represents the usual negative feedback. The plant can be expressed by the following formula.

Figure 112013004437376-pat00002
Figure 112013004437376-pat00002

여기서 최소위상계

Figure 112013004437376-pat00003
는 주가진력(101)에 대한 진동자(21) 속도응답으로 최소위상 특성을 갖으며
Figure 112013004437376-pat00004
는 위상변형기(22)이다. 측정 물리량이 변위응답인 경우 또는 가속도 응답인 경우 [수 1]을 각각
Figure 112013004437376-pat00005
로 나눠주거나 곱해준 형을 갖는다. 그리고
Figure 112013004437376-pat00006
,
Figure 112013004437376-pat00007
, 고유주파수
Figure 112013004437376-pat00008
, 정규화 반파워밴드폭(half power bandwidth)
Figure 112013004437376-pat00009
,
Figure 112013004437376-pat00010
, 감쇠율
Figure 112013004437376-pat00011
, 위상변형함수
Figure 112013004437376-pat00012
,
Figure 112013004437376-pat00013
표시는 위상 비반전(+: in phase) 또는 반전(-: out of phase)을 나타낸다. Here,
Figure 112013004437376-pat00003
Has a minimum phase characteristic in terms of the velocity response of the vibrator 21 to the power 101
Figure 112013004437376-pat00004
Is the phase shifter 22. When the measured physical quantity is a displacement response or an acceleration response, [number 1]
Figure 112013004437376-pat00005
Or divide or multiply by. And
Figure 112013004437376-pat00006
,
Figure 112013004437376-pat00007
, Natural frequency
Figure 112013004437376-pat00008
, Normalization half power bandwidth,
Figure 112013004437376-pat00009
,
Figure 112013004437376-pat00010
, Decay rate
Figure 112013004437376-pat00011
, Phase transformation function
Figure 112013004437376-pat00012
,
Figure 112013004437376-pat00013
The indication indicates phase inversion (+: in phase) or inversion (-: out of phase).

도 1의 일반형 전자동감쇠기는 다음 수식으로 표현할 수 있다. The general type automatic attenuator of FIG. 1 can be expressed by the following equation.

Figure 112013004437376-pat00014
Figure 112013004437376-pat00014

여기서

Figure 112013004437376-pat00015
은 모드동조기(41), ca 는 이득조정기(42),
Figure 112013004437376-pat00016
는 위상보상기(43)이다. 그리고,
Figure 112013004437376-pat00017
는 위상보상함수이다. 상기 이득조정값 ca 는 도 1의 이득조정기(42) 값에 감지부 및 가진부 감도와 증폭비를 반영한 값이다. 여기서 중요한 특징으로는,
Figure 112013004437376-pat00018
이므로 모드동조기는 동조주파수
Figure 112013004437376-pat00019
, 반파워밴드폭
Figure 112013004437376-pat00020
,
Figure 112013004437376-pat00021
를 갖는 2차의 밴드통과필터(band pass filter)형을 갖는다. [수 2]는 속도 물리량에 대한 전개이고 만약 변위 또는 가속도 물리량인 경우 [수 2]에 각각
Figure 112013004437376-pat00022
를 곱한 고역통과 필터(high pass filter)나
Figure 112013004437376-pat00023
로 나눈 저역통과필터(low pass filter)를 각각 사용한다. 상기 조치는, 측정 물리량에 무관하게 동일한 전자동감쇠효과를 얻기 위한 것이다. here
Figure 112013004437376-pat00015
A mode tuner 41, c a a gain adjuster 42,
Figure 112013004437376-pat00016
Is a phase compensator 43. And,
Figure 112013004437376-pat00017
Is a phase compensation function. The gain adjustment value c a is a value reflecting the sensing unit and the excitation sensitivity and amplification ratio to the gain adjuster 42 of FIG. Here,
Figure 112013004437376-pat00018
Mode tuner,
Figure 112013004437376-pat00019
, Half power band width
Figure 112013004437376-pat00020
,
Figure 112013004437376-pat00021
Band pass filter having a second-order band pass filter. [2] is the expansion to the velocity physical quantity, and if it is a displacement or acceleration physical quantity,
Figure 112013004437376-pat00022
Pass filter (high pass filter) multiplied by
Figure 112013004437376-pat00023
Pass filter (low pass filter) is used. This measure is intended to obtain the same fully automatic damping effect regardless of the measured physical quantity.

[수 2]의 모드동조기(41)와 이득조정기(42)의 조합은 전자동감쇠기를 이루며 이는 도 3b와 같이 질량 m a (4) - 스프링 k a (5) - 댐퍼 c a (6)가 직렬(-로 표시) 연결된 상사시스템(49)으로 나타낼 수 있다. 하나의 모드를 제어하기 위해선 전자동감쇠기에서의 상기 3개의 변수와 위상보상함수

Figure 112013004437376-pat00024
를 결정해야 한다. The combination of the mode tuner 41 and the gain adjuster 42 of the above formula 2 constitutes an automatic attenuator which is a combination of a mass m a (4) -spring k a (5) -a damper c a (6) (Denoted by -) may be represented by a connected superior system 49. To control one mode, the three variables in the fully automatic attenuator and the phase compensation function
Figure 112013004437376-pat00024
.

전자동감쇠기 설계이론에 의하면 동조주파수(

Figure 112013004437376-pat00025
)는 모드고유주파수(
Figure 112013004437376-pat00026
)와 일치시키는 것이 바람직하므로 다음 수식으로 나타난다.According to the theory of automatic attenuator design,
Figure 112013004437376-pat00025
) Is the mode natural frequency (
Figure 112013004437376-pat00026
), It is preferable to coincide with the following expression.

Figure 112013004437376-pat00027
Figure 112013004437376-pat00027

또한 이득값 c a가 주어졌을 때 해당 제어모드를 최대한 평탄화시키며 2dB 제어넘침(control spillover)을 용인하는 최적 모드동조기의 정규화 반파워밴드폭은 다음 수식으로 주어진다.Also given the gain c a , the normalized half-power bandwidth of an optimal mode tuner that allows for a 2dB control spillover while maximizing the corresponding control mode is given by:

Figure 112013004437376-pat00028
Figure 112013004437376-pat00028

여기서

Figure 112013004437376-pat00029
. 그러므로, [수 2-4]에 따르면, 모드동조기는 제어하고자 하는 모드고유주파수에 동조(tuning)되고, 제어 후 모드응답을 최대한 평탄화하도록 반파워 밴드폭이 설정된 2차형의 저역통과, 밴드통과 또는 고역통과 필터 중 하나를 사용하는 것이 바람직하다.here
Figure 112013004437376-pat00029
. Therefore, according to [Numerical 2-4], the mode tuner is tuned to the mode natural frequency to be controlled, and a second-order low-pass, band-pass, or half- It is preferable to use one of the high-pass filters.

위상보상함수

Figure 112013004437376-pat00030
는 주어진 위상변형함수
Figure 112013004437376-pat00031
에 따라 설정되며 해당모드의 저감을 극대화하도록 설정하는 것이 바람직하다. 상기 주어진 위상변형함수에 따라 완벽히 또는 근사적으로 보상할 수 있다. 모드의 고유주파수 대역에서 저감이 특히 중요하므로 위상보상기(22)는 고유주파수
Figure 112013004437376-pat00032
Figure 112013004437376-pat00033
에서 다음 수식을 만족하도록 설정하는 것이 바람직하다.Phase compensation function
Figure 112013004437376-pat00030
Lt; RTI ID = 0.0 >
Figure 112013004437376-pat00031
And it is desirable to set such that the reduction of the corresponding mode is maximized. Can be perfectly or approximately compensated according to the given phase distortion function. Since the reduction is particularly important in the natural frequency band of the mode,
Figure 112013004437376-pat00032
Figure 112013004437376-pat00033
It is desirable to set the following expression to satisfy the following expression.

Figure 112013004437376-pat00034
Figure 112013004437376-pat00034

고유주파수 대역에서 [수 5]를 만족하면 [수 1]과 [수 2]의 곱인 개루프(open loop) 주파수 응답함수가 최소위상계의 그것과 같게 되어 결과적으로 전자 동감쇠기를 구현한 것이 된다. 도 3b는 [수 5]에 따라 위상을 보상했을 때 고유주파수 대역에서 유효한 기계적 상사시스템을 도시한다. 하부 진동자(21)가 물리계를 나타내고 상부 진동자(49)가 전기전자적으로 구현된 일반형 전자동감쇠기를 나타낸다. In the natural frequency band, if [5] is satisfied, the open-loop frequency response function, which is the product of [1] and [2], becomes equal to that of the minimum phase-shift system, resulting in the implementation of an electromagnetic dampener . FIG. 3B shows a mechanical analog system effective in the natural frequency band when phase is compensated according to [5]. And the lower vibrator 21 represents the physical system and the upper vibrator 49 is the electric and electronically realized general automatic attenuator.

도 4는 [수 5]에 의한 위상보상법을 예시한다. [수 5]에 의하면 모드저감을 극대화하기 위해 모종의 위상보상 수단(즉, 위상보상기)은, 제어가진 신호(102)에 대한 추출된 모드신호의 고유주파수에서의 원(original) 위상값

Figure 112013004437376-pat00035
(201)과 위상보상단계내의 제어기 보상위상값(205)의 합이 복소평면에서 실수축(위상각도 0도) (250)에 정합하도록 하는 조건을 만족하는 것이 바람직 하다. 이를 본 발명에서는 위상정합법이라 칭한다. FIG. 4 illustrates a phase compensation method according to [Formula 5]. In order to maximize the mode reduction according to equation 5, some kinds of phase compensation means (i.e., a phase compensator) are used to obtain an original phase value at the natural frequency of the extracted mode signal for the control-
Figure 112013004437376-pat00035
(Phase angle 0 degrees) 250 in the complex plane to satisfy the condition that the sum of the phase compensation value 201 in the phase compensation step and the controller compensation phase value 205 in the phase compensation step matches the real axis (phase angle 0 degrees) This is referred to in the present invention as the above-mentioned approximation method.

도 4a는 비반전 지연 모드(in-phase delayed mode)의 위상보상과정을 예시한다. 모드 페이저(phaser) (210)를 양의 실수축(250)과 정합시키기 위해선 먼저 제어기내 위상보상기에 지연위상값

Figure 112013004437376-pat00036
(206)을 주어 음의 실수축(260)으로 이동시킨 후 반전시킨다. 상기 위상반전은 180도 위상지연을 야기하는 시간지연회로를 이용하는 것보다 단순히 -1을 곱하는 것이 개루프 시간지연 단축측면에서 유리하므로 바람직하다. 이는 일반적으로 개루프 시간지연이 크면 제어성능이 떨어지기 때문이다. 그러므로 최소량의 위상지연
Figure 112013004437376-pat00037
(206)으로 위상보상기를 구성하는 것이 바람직하다. 이러한 원리에 따라, 만약 원 위상값
Figure 112013004437376-pat00038
(201)이 아주 작은 경우(가령,
Figure 112013004437376-pat00039
도) 180도에 가까운 위상지연회로를 쓰느니보다 차라리 무시하는 편이 바람직하다. 정량적으로 어느 정도 범위의 원 위상값(201)을 무시할 수 있는지는 제어 난이도, 제어 수월성, 목표성능 등을 고려해 시스템에 따라 달리 결정되어야 할 사항이다. 4A illustrates a phase compensation process in an in-phase delayed mode. In order to match the mode phaser 210 with the positive real axis 250, the delay phase value
Figure 112013004437376-pat00036
 (206) to move to the negative real axis (260) and then to invert. This phase inversion is desirable because it is advantageous in terms of shortening the open loop time delay to simply multiply by -1 than to use a time delay circuit that causes a 180 degree phase delay. This is because, generally, large open-loop time delays result in poor control performance. Therefore, the minimum amount of phase delay
Figure 112013004437376-pat00037
 It is preferable to configure the phase compensator 206 as a phase compensator. According to this principle, if the original phase value
Figure 112013004437376-pat00038
(201) is very small (e.g.,
Figure 112013004437376-pat00039
It is preferable to ignore the phase delay circuit near 180 degrees rather than to use it. The extent to which the original phase value (201) can be ignored quantitatively depends on the system in consideration of control difficulty, controllability, and target performance.

도 4b는 반전 지연 모드(out-of-phase delayed mode)의 위상보상과정을 예시한 것으로, 모드페이저(220)를 보상위상값(205)만큼 단순 추가지연시켜 양의 실수축(250)과 정합시킨다. 여기서, 위상보상기(43)내 위상반전은 불필요하고 제어기 보상위상값(205)는 제어기 지연위상값(206)과 같다.4B illustrates a phase compensation process in an out-of-phase delayed mode in which the mode pager 220 is simply delayed by a compensation phase value 205 to match the positive real axis 250 . Here, the phase inversion in the phase compensator 43 is unnecessary and the controller compensation phase value 205 is equal to the controller delay phase value 206.

도 4a와 도 4b에서 위상보상 수단으로 전기적 아날로그 필터나 전자적 디지털 필터를 사용하는 것이 바람직하다, 또한, 시간지연필터보다 전역필터를 사용하는 것이 그룹지연(group delay)과 고주파영역의 위상지연을 줄일 수 있으므로 제어폭 확대와 안정성 제고 측면에서 바람직하다. 이런 관점에서 1차형의 전역필터가 가장 바람직하며 요구되는 제어기 지연위상값

Figure 112013004437376-pat00040
(206)에 대해 다음 수식과 같이 표현된다.4A and 4B, it is preferable to use an electrical analog filter or an electronic digital filter as the phase compensating means. Further, using a global filter rather than the time delay filter reduces the group delay and the phase delay of the high frequency region It is preferable from the viewpoint of increasing the control width and improving stability. From this point of view, the global filter of the first order is most preferred and the desired controller delay phase value
Figure 112013004437376-pat00040
(206) < / RTI >

Figure 112013004437376-pat00041
Figure 112013004437376-pat00041

여기서,

Figure 112013004437376-pat00042
이고
Figure 112013004437376-pat00043
에서 (-)는 도 4a와 같이 비반전 지연모드에 대한 것이고 (+)는 도4b와 같이 반전지연모드에 대한 보상을 위한 것이다. 그러므로, 임의의 위상지연을 갖는 각각의 모드에 대한 위상보상 수단으로, [수 6]과 같은 위상 비반전된 또는 반전된 1차 전역필터 중 어느 하나를 사용하는 것이 바람직하다. [수 6]의 상기 1차 전역필터를 사용하는 주목적은 고유주파수
Figure 112013004437376-pat00044
Figure 112013004437376-pat00045
에서 위상지연을 주기 위한 것으로, 이는 고차 전역필터로도 구현이 가능하다. 또한, 고주파 진폭왜곡 특성이 중요하지 않다면, 저역통과 필터로도 구현이 가능하다. 상술한 각종 방법은 실질적으로 본 발명이 제안하는 위상 비반전 및 반전 1차 전역필터를 구현하는 것과 다름이 없음은 자명하다.here,
Figure 112013004437376-pat00042
ego
Figure 112013004437376-pat00043
(-) is for the non-inverting delay mode as shown in FIG. 4A and (+) is for the compensation for the inverting delay mode as shown in FIG. 4B. Therefore, as the phase compensation means for each mode having an arbitrary phase delay, it is preferable to use any one of the phase non-inverted or inverted primary global filter such as [Expression 6]. The main purpose of using the above-mentioned first-order global filter of [Expression 6]
Figure 112013004437376-pat00044
Figure 112013004437376-pat00045
Which can be implemented with a higher order global filter. Further, if the high-frequency amplitude distortion characteristic is not important, it can also be implemented as a low-pass filter. It will be appreciated that the various methods described above are substantially the same as implementing the phase non-inverting and inverting primary global filters proposed by the present invention.

상술한 바와 같이, 도 4a와 도 4b는 플랜트 모드 위상지연을 동반한 일반적인 경우에 근사적으로 위상보상하는 예이다. 특수한 상황의 일 예로 만약 추가적 위상변형이 없는 단순 비반전모드이면 추가적인 위상보상없이 완벽한 위상정합을 이룬다. 또 다른 특수한 상황의 일 예로 모드 위상이 반전된 단순 반전모드이면 위상보상기에서 위상을 반전시킴으로써 완벽한 위상정합을 이룰 수 있다. 상기 위상 비반전모드는 원 위상값(201)이 정확히 0도인 모드뿐만 아니라 0도에 가까운 모드(가령,

Figure 112013004437376-pat00046
도)를 포함하며, 상기 위상 반전모드는 원 위상값(201)이 정확히 180도인 모드뿐만 아니라 180도에 가까운 모드를 포함한다. 감쇠가 아주 적은 한정된 연속 물리계의 상이점제어 시 플랜트는 이러한 단순 반전 및 비반전 모드들에 의해 지배되므로 이러한 플랜트의 위상보상은 위상의 단순 반전 및 비반전만으로 수행하는 것이 바람직하다. 그러므로, [수 6]에서 고유주파수에서 요구되는 제어기 지연위상값(206)이 0도인 경우, 위상 보상수단으로 위상 비반전(bypass) 또는 반전(phase inversion)회로를 사용하는 것이 바람직 하다: 즉,
Figure 112013004437376-pat00047
. 여기서, 요구되는 지연위상값(206)이 0도라는 의미는 정확히 0도를 포함한 0도에 가까운 지연위상값(206) (가령,
Figure 112013004437376-pat00048
도)을 뜻한다. 정량적으로 어느 정도 범위의 지연위상값(206)을 0도로 보느냐는 제어 난이도, 제어 수월성, 목표성능 등 고려해 시스템에 따라 달리 결정되어야 할 사항이다. 상기 위상 비반전 회로는 필터함수가 전주파수에서 1인 필터이고 상기 위상 반전 회로는 필터함수가 전주파수에서 -1인 함수이다. 상기 비반전 및 반전회로는 [수 6]의 1차 전역필터를 포함한 각종 전역필터의 구현하려는 지연위상값(206)이 아주 작을 때의 근사식이다. 또한, 상기 비반전 및 반전 회로는 시간지연회로의 근사식이기도 하다. 또한, 상기 비반전 및 반전 회로는 각종 저역통과 필터의 저주파 근사식이기도 하다. 상술한 각종 방법은 실질적으로 본 발명이 제안하는 위상 비반전 및 반전회로를 구현하는 것과 다름이 없음은 자명하다.As described above, FIGS. 4A and 4B are examples of approximate phase compensation in the general case with the plant mode phase delay. As a special case, if a simple non-inverting mode without additional phase deformation, complete phase matching is achieved without additional phase compensation. As another example of a special situation, a simple inversion mode in which the mode phase is inverted can achieve perfect phase matching by inverting the phase in the phase compensator. The phase non-inverting mode is a mode in which the original phase value 201 is in a mode close to 0 degree (for example,
Figure 112013004437376-pat00046
And the phase inversion mode includes a mode close to 180 degrees as well as a mode in which the original phase value 201 is exactly 180 degrees. Since the plant is dominated by these simple inverting and noninverting modes in controlling the dissimilarity of the limited continuous physical system with very little attenuation, it is desirable that the phase compensation of such a plant be performed with only simple inversion and noninversion of phase. Therefore, it is desirable to use a phase inversion or phase inversion circuit as the phase compensation means when the controller delay phase value 206 required at the natural frequency is 0 degrees in Equation 6:
Figure 112013004437376-pat00047
. Here, the required delay phase value 206 is 0 degrees, which means that the delay phase value 206 close to 0 degrees including zero degrees (for example,
Figure 112013004437376-pat00048
And so on. Whether or not a certain range of delay phase value 206 is zero is quantitatively determined depending on the system in consideration of control difficulty, control smoothness, and target performance. The phase noninverting circuit is a filter whose filter function is 1 at all frequencies and the phase inversion circuit is a function whose filter function is -1 at all frequencies. The noninverting and inverting circuit is an approximate expression when the delay phase value 206 to be implemented by various global filters including the first-order global filter of [Expression 6] is very small. The non-inverting and inverting circuits are also approximations of the time delay circuit. The non-inverting and inverting circuit is also a low-frequency approximation expression of various low-pass filters. It will be appreciated that the various methods described above are substantially equivalent to implementing the phase-inversion and inversion circuit proposed by the present invention.

[수 3, 5]로부터 2개의 인자값이 독립적으로 결정되고 나머지 2개의 인자값은 [수 4]와 이득조정기 할당값 c a에 의해 결정된다. 상기 이득값은 개루프 주파수응답함수에 대한 그래픽한 안정성검사(Nyquist stability criterion)를 통해 편리하게 할당할 수 있다. 이상이 위상지연된 단일모드를 일반형 전자동감쇠기를 설계하여 제어하는 구체적인 방법이다. The two factor values are independently determined from [Numerals 3, 5], and the remaining two factor values are determined by [Equation 4] and the gain adjuster allocation value c a . The gain value can be conveniently allocated through a Nyquist stability criterion for the open loop frequency response function. This is a concrete method of designing and controlling a general type automatic attenuator in a single mode with phase delay.

도 2와 같이 복수모드에 의해 지배되는 플랜트는 [수 1]을 확장해 다음 수식과 같이 기술할 수 있다.As shown in FIG. 2, a plant governed by a plurality of modes can be described by expanding [Expression 1] as follows.

Figure 112013004437376-pat00049
Figure 112013004437376-pat00049

여기서, m은 모드차수이고 M은 총 모드수이다. 내부항은

Figure 112013004437376-pat00050
,
Figure 112013004437376-pat00051
,
Figure 112013004437376-pat00052
이며 각 변수는 [수 1]의 진동자 에서와 유사하게 정의할 수 있다. 특수한 상황으로, 전 모드가 비반전모드이면,
Figure 112013004437376-pat00053
이고, 최소위상계가 된다. 또 다른 특수한 상황으로 모드별로
Figure 112013004437376-pat00054
와 -1가 뒤섞여 있으면, 경감쇠계의 상이점제어로 이 경우 상술한 것처럼 위상 비반전 및 반전 회로를 사용하여 용이하게 위상을 보상할 수 있다. 경감쇠계의 상이점제어는 능동제어가 효과를 발휘할 수 있는 주요 적용대상으로서 실용적 중요성을 갖는다.Where m is the mode order and M is the total mode number. The internal term
Figure 112013004437376-pat00050
,
Figure 112013004437376-pat00051
,
Figure 112013004437376-pat00052
And each variable can be defined similar to that in [1]. In a special situation, if the full mode is the non-inverting mode,
Figure 112013004437376-pat00053
And becomes a minimum phase system. In another special situation,
Figure 112013004437376-pat00054
And -1 are mixed, it is possible to easily compensate the phase by using the phase non-inversion and inversion circuit as described above in this case with the control of the difference in the light decay system. Control of the damping damping system has practical importance as the main application object in which the active control can be effective.

마찬가지로 [수 2]를 확장해 복수모드를 제어하는 일반형 전자동감쇠기를 다음 수식과 같이 기술할 수 있다. Likewise, a general type automatic attenuator which can expand [number 2] and control multiple modes can be described as follows.

Figure 112013004437376-pat00055
Figure 112013004437376-pat00055

여기서 n은 모드차수이고 N은 총 제어 모드수이다. 마찬가지로

Figure 112013004437376-pat00056
,
Figure 112013004437376-pat00057
,
Figure 112013004437376-pat00058
로 정의된다. 복수모드에 대한 제어기 설계 역시, 단수모드의 경우와 유사한 방법으로 수행한다. 모드별 제어기에서 [수 3-5]를 이용할 수 있으므로 제어이득
Figure 112013004437376-pat00059
만이 미지수이다. N개 모드를 제어시 N개의 제어이득
Figure 112013004437376-pat00060
을 결정하는 문제로 단순화 되므로 이는 그래픽한 안정성검사로 편리하게 결정될 수 있다. 필요하다면 최소위상계를 가정한 근사식인 [수 4]의 대역폭 bn 도 추가적으로 조정해 성능 및 안정성의 제고를 꾀할 수 있다. 끝으로 본 발명이 제공하는 비최소위상 플랜트에 대한 상기 위상보상단계(43)의 특징을 기술하면, 비최소위상 플랜트에서는 모드별 위상변형기(22)의 원 위상(201)이 동일하지 않으므로, 따라서 모드별 위상보상기(43)의 보상 위상(205)도 동일할 수 없다는 특징을 갖는다.
Where n is the mode order and N is the total number of control modes. Likewise
Figure 112013004437376-pat00056
,
Figure 112013004437376-pat00057
,
Figure 112013004437376-pat00058
. The controller design for multiple modes is also performed in a manner similar to that in the singular mode. Because [Mode 3-5] can be used in the mode-specific controller,
Figure 112013004437376-pat00059
Only unknown. When controlling the N mode, the N control gains
Figure 112013004437376-pat00060
, Which can be conveniently determined by a graphic stability test. If necessary, the bandwidth b n of [4], which is an approximate equation assuming the minimum phase difference, can be additionally adjusted to improve performance and stability. Finally, if we describe the features of the phase compensation step 43 for the non-minimum phase plant provided by the present invention, since the original phase 201 of the mode-wise phase shifter 22 is not the same in the non-minimum phase plant, And the compensation phase 205 of the mode-dependent phase compensator 43 can not be the same either.

실시예Example

아래는 본 발명을 실시해 얻은 실험결과를 제시해 본 발명의 성능을 예시한다.Hereinafter, the performance of the present invention is illustrated by presenting experimental results obtained by carrying out the present invention.

도 5는 압전세라믹 가진기(306)에 의해 랜덤 가진되는 외팔보(300)의 뿌리부에 제어용 압전세라믹 가진기(305)를 설치하고 끝단에 진동측정용 가속도계(301)를 부착하여 양 지점간 상이점제어를 통해 외팔보의 복수모드를 능동저감하기 위한 실험장치도이다. 가속도계용 앰프(302), 가진기용 앰프(304), 인공적으로 시간지연 효과를 주기 위한 저역통과필터(lowpass filter) (303), 그리고 제어부(40)를 연결해 되먹임 회로를 형성한다. 제어부(40)는 DSP 프로토타이핑 모듈(Matlab/Simulink xPC Target)을 이용해 [수 8]을 구현했다. 5 is a sectional view of the piezoelectric ceramic vibrator 305 provided at the roots of the cantilevers 300 randomly excited by the piezoelectric ceramic vibrator 306 and attached to the end thereof with an accelerometer 301 for vibration measurement, FIG. 6 is an experimental apparatus for actively reducing the plurality of modes of the cantilever through control. FIG. An amplifier 302 for an accelerometer, an amplifier 304 for a vibrator, a lowpass filter 303 for artificially delaying a time delay, and a controller 40 to form a feedback circuit. The control unit 40 implements [Numeral 8] using a DSP prototyping module (Matlab / Simulink xPC Target).

도 6은 제어부(40)를 단락 시킨 상태에서 가진용 앰프(304) 입력과 시간지연회로(303)출력간의 개루프 주파수응답함수를 복소평면에 나타낸 것이다. 플랜트 응답은 첫번째 2개 모드 응답이 두드러지며 제1 응답위치(211)는 1차모드의 페이저 위치이고 제2 응답위치(221)는 2차모드의 그것이다. 각각 모드의 위상변형은 위상정합법을 통해 보상했다. 참고로, 도 6에서 시간지연회로(303)를 제외하고 개루프 주파수응답을 측정하면 경감쇠 물리계이므로 비반전모드와 반전모드만 두드러지게 나타난다. 삽입된 시간지연회로(303)는 플랜트를 더욱 복잡하게 하여 일반적인 경우에서의 제어성능을 시연하기 위함이다.6 shows the open loop frequency response function between the input of the amplifier for use 304 and the output of the time delay circuit 303 in the complex plane in a state where the control unit 40 is short-circuited. The plant response is dominated by the first two mode responses, where the first response position 211 is the pager position of the first mode and the second response position 221 is that of the second mode. The phase deformation of each mode was compensated by the above assumption method. 6, when the open-loop frequency response is measured except for the time delay circuit 303, only the non-inversion mode and the inversion mode are prominently displayed since the system is a light attenuation physical system. The inserted time delay circuit 303 is intended to further complicate the plant and demonstrate control performance in the general case.

도 7은 상술한 방법에 의해 1차모드와 2차모드를 동시제어 했을 때, 가속도계 위치에서의 제어전(310)과 제어후의 예측(320) 및 실험(330)을 통한 진동량을 비교한 그래프이다. 두 모드 공히 20 dB가량의 큰 저감을 보이고 있다. 봉우리부인 공진대역에서 진동량이 크게 저감되고 대신 양쪽 어깨부에서 진동량이 상승하는 현상은 기계적 또는 전기전자적 방식에 무관하게 동감쇠기 메커니즘을 사용했을 때 나타나는 전형적인 현상이다. 도시하진 않았으나 1차모드용 동흡진기만 사용했을 시는 2차모드 응답은 별 영향없이 도 7의 1차모드와 같이 크게 저감됐으며, 반대로 2차모드용 동흡진기만 사용했을 시는 그 반대 현상이 나타났다. 이러한 모드의 개별독립제어는 전자동흡진기가 협대역제어기이기 때문에 가능하다.FIG. 7 is a graph showing the comparison of the amount of vibration through the control 310 at the accelerometer position, the predicted 320 after the control, and the experiment 330 when the primary mode and the secondary mode are simultaneously controlled by the above- to be. Both modes show a significant reduction of about 20 dB. The phenomenon that the amount of vibration is greatly reduced in the resonance zone of the peak portion instead of the vibration of the shoulder portion is a typical phenomenon when the dynamic damper mechanism is used irrespective of the mechanical or electric and electronic methods. Although not shown in the figure, when the dynamic mode damper for the first mode is used, the second mode response is greatly reduced as compared with the first mode in FIG. 7, and conversely, when only the dynamic damper for the second mode is used, appear. Separate independent control of these modes is possible because the fully automatic damper is a narrowband controller.

이상에서 압전세라믹 가진기와 가속도계를 이용한 공진제어의 실험장치 및 결과를 도시했으나 본 제어방법 및 장치는 근본적으로 다른 형태의 가진기와 감지기를 보유한 기전시스템의 공진 또는 공명 파동의 능동적 저감에도 제한없이 사용할 수 있다. 또한 구조가진에 의한 진동이나 음향제어, 혹은 음향가진에 의한 음향제어나 진동제어에도 제한없이 사용할 수 있다.Although the experimental apparatus and the result of the resonance control using the piezoelectric ceramic exciter and the accelerometer are shown in the above, the present control method and apparatus can be used without limit to the resonance or active reduction of the resonance wave in the mechanical system having fundamentally different types of exciter and detector have. Also, it can be used without limitations in vibration control or acoustic control by structure excitation, or sound control or vibration control by acoustic excitation.

이상은 불특정 랜덤 외란에 대해 일반적 저소음 및 저진동 기전시스템을 구현하기 위해 공진 및 공명주파수를 능동저감목표로 삼은 것이다. 만약 물리계가 하나 또는 몇 개의 두드러진 주파수에 의해 가진되는 경우(예, 자동차 엔진소음, 팬소음 등) 상기 가진 주파수를 능동저감목표 주파수로 설정하여 본 발명에서 제공하는 동일한 방법과 장치로 능동저감효과를 얻을 수 있다. 이는 기계적 동흡진기가 공진주파수 여부에 무관하게 단일 주파수 진동을 효과적으로 저감 시키는 원리와 유사하다. 다만, 고유주파수가 아닌 가진주파수가 제어목표 주파수인 경우 해당 주파수에서 플랜트 감도저하로 제어기설계 시 제어성능 및 안정성이 다소 제한적일 수 있다.The aim of this study is to reduce the resonance and resonance frequency to achieve the general low noise and low vibration mechanism for unspecified random disturbance. If the physical system is excited by one or several prominent frequencies (e.g., automobile engine noise, fan noise, etc.), the excitation frequency is set to the active reduction target frequency, and the same method and apparatus provided by the present invention provides an active reduction effect Can be obtained. This is similar to the principle of effectively reducing single-frequency vibration regardless of whether the mechanical dynamic damper is resonant frequency. However, when the excitation frequency other than the natural frequency is the control target frequency, the plant sensitivity may deteriorate at the corresponding frequency, so that the control performance and stability in the controller design may be somewhat limited.

본 발명의 대표적 산업적 적용 대상으로는 각종 모터 조작기(motor manipulators), 관절 로봇, 하드 디스크 드라이브, 구조음향계인 수송기계 실내소음 및 투과소음, 음향계인 배기계 소음 등이 있다. 특히, 제품 자체가 제어부를 구비한 가진부 이거나(예, 모터) 또는 제어부 및 가진부를 포함한 기전복합 물리계인 경우(예, 모터 조작기, 오디오 시스템) 이점이 크다. 이와 같은 경우, 진동 또는 음향 측정을 위한 감지부 추가와 기존 제어부의 개선만으로 본 발명이 의도하는 일반적 전자동감쇠기 장치를 용이하게 구성하여 결과적으로 진동 또는 음향제어가 가능한 제품으로 고성능화 할 수 있다. Representative industrial applications of the present invention include various types of motor manipulators, articulated robots, hard disk drives, interior noise and transmission noise of a transportation system such as a structural sound system, and exhaust system noise such as a sound system. Particularly, the product itself is advantageous in the case of an excitation unit having a control unit (for example, a motor) or an electromotive composite physical system including a control unit and an excitation unit (for example, a motor manipulator and an audio system). In this case, the general automatic fully-attenuator device intended by the present invention can be easily configured only by the addition of the sensing part for vibration or sound measurement and the improvement of the existing control part, and as a result, the product can be made high-performance as a product capable of vibration or sound control.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 논함으로써 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하였으며, 본 발명의 기술적 사상이 본 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상에 위배되지 아니한 범위 내에서 다양한 형태의 일반형 전자동감쇠기 구현이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야의 평균의 지식을 지닌 자에게 자명하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that a variety of general-purpose automatic attenuators may be implemented without departing from the technical idea of the present invention.

1: 진동자 질량
2: 진동자 스프링
3: 진동자 댐퍼
4: 동감쇠기 질량
5: 동감쇠기 스프링
6: 동감쇠기 댐퍼
20: 물리계 플랜트
21: 최소위상 물리계
22: 위상변형기
30: 감지부
40: 제어부
41: 모드동조기
42: 이득조정기
43: 위상보상기
49: 동감쇠기
50: 가진부
55: 위상반전기
90: 가산기
98: 제어전 응답
99: 제어후 응답
101: 주 가진력
102: 제어 가진력
110: 제어부 입력
120: 제어부 출력
201: 모드 원 변형위상값
205: 제어기 보상위상값
206: 제어기 지연위상값
210: 비반전 모드 페이저
220: 반전 모드 페이저
250: 위상정합 페이저
260: 위상반정합 페이저
300: 외팔보
301: 가속도계
302: 가속도계 프리앰프
303: 시간지연회로
304: 압전세라믹용 앰프
305: 제어용 압전세라믹
306: 외란용 압전세라믹
310: 제어전 진동응답
320: 제어후 진동 예측응답
330: 제어후 진동 실험응답
1: Oscillator mass
2: oscillator spring
3: oscillator damper
4: Copper damper mass
5: Copper damper spring
6: Copper damper damper
20: Physical plant
21: Minimum phase physics
22: phase transducer
30:
40:
41: Mode tuner
42: Gain adjuster
43: Phase compensator
49: Dynamic Attenuator
50:
55: Phase Reversal
90: adder
98: Pre-control response
99: response after control
101: Primary excitation
102: Controlling force
110: Control input
120: Control output
201: mode source deformation phase value
205: controller compensation phase value
206: controller delay phase value
210: non-inverting mode pager
220: inverted mode phaser
250: Phase matching pager
260: phase anti-matching pager
300: Cantilever
301: Accelerometer
302: Accelerometer preamplifier
303: Time delay circuit
304: Piezoelectric ceramic amplifier
305: Piezoelectric ceramic for control
306: Piezoelectric ceramic for disturbance
310: Vibration response before control
320: Vibration predictive response after control
330: Vibration test response after control

Claims (9)

진동 및 음향 물리계(20);
상기 물리계 물리량을 감지하여 전기량으로 변환하고 증폭하는 감지부(30); 및
임의 입력 전기량을 증폭하고 물리량으로 역변환하여 상기 물리계를 가진하는 가진부(50)
를 포함하는 비최소위상특성을 갖는 기전복합계의 진동 또는 소음의 능동저감방법에 있어서,
상기 감지부(30)로부터 전기신호를 입력받는 입력단계(110);
상기 전기신호로부터 적어도 하나의 모드신호를 동조시켜 추출하는 모드동조단계(41);
상기 적어도 하나의 동조모드신호 각각의 이득을 조정하는 이득조정단계(42);
상기 적어도 하나의 이득조정된 동조모드신호 각각의 위상을 조정하여 보상하는 위상보상단계(43); 및
상기 적어도 하나의 이득조정 및 위상보상된 동조모드신호의 전체 합(90)을 가진부(30)에 출력(120)하는 출력단계
를 포함하는 것
을 특징으로 하는 되먹임 제어방법.
Vibration and acoustical physics (20);
A sensing unit 30 for detecting the physical quantity of the physical system and converting the physical quantity into an electrical quantity and amplifying the electrical quantity; And
An excitation unit 50 having the physical system by amplifying the random input electric power and inverting it with a physical quantity,
A method for active reduction of vibration or noise of a pre-reversal total system having non-minimum phase characteristics,
An input step (110) of receiving an electric signal from the sensing part (30);
A mode tuning step (41) of tuning and extracting at least one mode signal from the electric signal;
A gain adjustment step (42) for adjusting a gain of each of said at least one tuning mode signal;
A phase compensation step (43) for adjusting and compensating the phase of each of the at least one gain adjusted tuned mode signal; And
(120) to a section (30) having a total sum (90) of said at least one gain adjusted and phase compensated tuned mode signal
Including
/ RTI >
청구항 1에 있어서,
상기 모드동조단계(41)에서의 상기 적어도 하나의 모드신호를 동조시켜 추출하기 위한 수단으로,
2차형의 저역통과, 밴드통과 또는 고역통과 필터 중 하나를 사용하는 것
을 특징으로 하는 되먹임 제어방법.
The method according to claim 1,
Means for tuning and extracting said at least one mode signal in said mode tuning step (41)
Using one of the low-pass, band-pass or high-pass filters of the quadratic type
/ RTI >
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 위상보상단계(43)에서의 상기 각각의 위상을 조정하여 보상하기 위한
보상위상값(205)은,
제어가진 신호에 대한 추출된 모드신호의 고유주파수에서의 원 위상값(201)과 상기 위상보상단계의 상기 보상위상값(205)의 합이 복소평면에서 실수축(위상각도 0도) (250)에 정합하도록 설정하는 것
을 특징으로 하는 되먹임 제어방법.
The method according to claim 1,
For compensating for each phase in the phase compensation step (43)
The compensation phase value (205)
(Phase angle 0 degrees) 250 in the complex plane, and the phase difference between the original phase value 201 at the natural frequency of the extracted mode signal and the compensated phase value 205 of the phase compensation step with respect to the control- To match
/ RTI >
청구항 4에 있어서,
상기 보상위상값(205)을 구현하기 위한 수단으로,
전기적 또는 전자적 필터를 사용하는 것
을 특징으로 하는 되먹임 제어방법.
The method of claim 4,
As means for implementing the compensation phase value 205,
Using electrical or electronic filters
/ RTI >
청구항 5에 있어서,
상기 전기적 또는 전자적 필터는,
상기 보상위상값(205)이 0도 및 180도가 아닌 경우,
위상 비반전 또는 반전 전역필터를 포함하는 것
을 특징으로 하는 되먹임 제어방법.
The method of claim 5,
The electrical or electronic filter may comprise:
If the compensation phase value 205 is not 0 degrees and 180 degrees,
Including a phase non-inverting or inverting global filter
/ RTI >
청구항 5에 있어서,
상기 전기적 또는 전자적 필터는,
상기 보상위상값(205)이 0도 또는 180도인 경우,
위상 비반전 또는 반전 회로를 포함하는 것
을 특징으로 하는 되먹임 제어방법.
The method of claim 5,
The electrical or electronic filter may comprise:
If the compensation phase value 205 is 0 degrees or 180 degrees,
Including phase inversion or inversion circuits
/ RTI >
삭제delete 비최소위상 특성을 갖는 진동 및 음향 제어시스템 물리계(20)의 능동제어를 위하여,
상기 물리계 물리량을 감지하여 전기량으로 변환하고 증폭하는 감지부(30);
상기 감지부 출력신호를 물리계 공진 또는 공명을 능동저감하도록 처리하는 제어부(40); 및
상기 제어부 출력신호를 증폭 및 물리량으로 역변환하여 상기 물리계를 가진하는 가진부(50)
를 포함하는 제어장치로서,
상기 제어부(40)는,
청구항 1의 방법에 의해 구성되는,
상기 감지부(30)의 출력신호(110)를 상기 제어부(40)의 입력으로 받아 하나 또는 그 이상의 모드신호를 추출하는 모드동조기(41);
상기 하나 또는 그 이상 모드동조기(41)와 각각 연결되어 각 출력신호의 이득을 조정하는 이득조정기(42); 및
상기 하나 또는 그 이상 이득조정기(42)와 각각 연결되어 각 출력신호의 위상을 조정하는 위상보상기(43)
를 포함하되,
상기 각각 모드에 대한 해당 모드동조기(41), 이득조정기(42), 위상보상기(43)는 직렬연결되며 상기 각각 직렬연결단자 최종 출력의 전체 합(90)을 제어부 출력신호(120)로 내보내는 것
을 특징으로 하는 되먹임 제어장치.
For active control of the vibration and sound control system physical system 20 having non-minimum phase characteristics,
A sensing unit 30 for detecting the physical quantity of the physical system and converting the physical quantity into an electrical quantity and amplifying the electrical quantity;
A control unit (40) for processing the output signal of the sensing unit so as to actively reduce the physical system resonance or resonance; And
An excitation unit 50 having the physical system by inversely converting the output signal of the control unit by amplification and physical quantity,
The control device comprising:
The control unit (40)
The method of claim 1,
A mode tuner 41 for receiving the output signal 110 of the sensing unit 30 as an input to the control unit 40 and extracting one or more mode signals;
A gain adjuster (42) connected to the one or more mode tuners (41) to adjust the gain of each output signal; And
A phase compensator 43 coupled to the one or more gain adjusters 42 to adjust the phase of each output signal,
, ≪ / RTI &
The corresponding mode tuner 41, the gain adjuster 42 and the phase compensator 43 for each mode are connected in series and the entire sum 90 of the serial connection terminal final outputs is output to the control output signal 120
And a feedback control unit.
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