KR20180045549A - 고소차의 진동을 감소시키는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고소차의 진동을 감소시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고소차에 구비된 크레인 와이어의 진동을 억제하기 위한 입력성형기법(Input Shapping Method)을 이용하여 붐대 끝단의 진동을 미리 예상하고 입력신호를 변경함으로써 진동을 억제하도록 한 고소차의 진동을 감소시키는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 현재의 고소차 시스템을 크게 변경하지 않으면서 입력성형기법을 이용하여 붐대 끝단의 진동을 미리 예상하고 입력신호를 변경함으로써 진동을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

고소차의 진동을 감소시키는 방법{Method for reducing vabration of hydraulic lift}

본 발명은 고소차의 진동을 감소시키는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고소차에 구비된 크레인 와이어의 진동을 억제하기 위한 입력성형기법(Input Shapping Method)을 이용하여 붐대 끝단의 진동을 미리 예상하고 입력신호를 변경함으로써 진동을 억제하도록 한 고소차의 진동을 감소시키는 방법에 관한 것이다.

선박 또는 블록의 외부에서 고소작업을 할 때 대부분 고소차를 이용하여 작업하게 된다.

고소차는 움직일 수 있는 차량 몸체, 차량 몸체에 설치되고 유압 구동되는 다수의 붐대, 붐대의 단부에 설치되어 작업자가 탑승가능한 작업대를 포함한다.

그리고, 고소차 작업은 붐대 확장, 회전을 통해 작업대를 작업위치로 이동시키고, 작업위치에 이르면 작업자는 작업대에 탑승한 상태에서 필요로 하는 작업, 이를 테면 도장작업 등을 수행하게 된다.

그런데, 고소차 작업을 위해 붐대를 확장할 때, 또한 회전하기 위해 유압을 구동시킬 때 등 여러가지 환경에 따라 붐대 단부의 작업대는 진동이 크게 발생하게 되며, 진동 발생시 진동이 줄어들 때 까지 작업을 할 수 없게 되므로 작업 효율이 떨어지는 단점이 있다.

이와 같은 진동을 줄이기 위해서는 고소차의 붐대 강성을 증가시켜야 한다.

하지만, 붐대의 강성을 증가시키게 되면 붐대의 두께도 함께 증가하게 되고, 이것은 결국 무게를 증가시키게 되므로 결국 그 증가된 하중을 모두 수용하려면 이를 지지하는 지지대의 크기도 커여야 한다.

결국, 붐대의 무게를 무한정 증가시킬 수 없기 때문에 모든 상황을 고려하여 최적상태로 붐대를 구성하고, 그 외 다른 방법을 병합하여 붐대의 단부 진동을 억제하는 방법을 모색해야 한다.

하지만, 아직까지 이러한 붐대 진동 문제를 해소하기 위한 명쾌한 방법이나 장치들이 개시되지 못하고 있는 실정이다.

대한민국 특허 등록번호 제10-0648589호(2016.11.15.) '유한요소법을 이용한 고소작업차의 안정성해석방법' 대한민국 특허 등록번호 제10-1141666호(2012.04.24.) '고소작업차량용 붐구조'

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 현재의 고소차 시스템을 크게 변경하지 않으면서 입력성형기법을 이용하여 붐대 끝단의 진동을 미리 예상하고 입력신호를 변경함으로써 진동을 억제하도록 한 고소차의 진동을 감소시키는 방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 고소차의 붐대 진동을 감소시키는 방법으로서, 붐대의 상하각도 조절속도, 좌우 회전속도, 인출속도, 붐대 단부에 걸리는 하중, 각 축의 유동값(고유진동수, 감쇠비) 인자를 가변시키면서 입력성형기법 모델링 알고리즘식을 이용하여 붐대의 단부 진동을 산출하는 제1단계; 상기 제1단계에서 사용된 인자의 가변량을 데이터베이스에 저장하여 테이블화하는 제2단계; 상기 제2단계 후 붐대를 실제 구동시켜 운영하는 제3단계; 상기 제3단계에서 발생되는 붐대 단부의 하중, 축속도 측정을 포함한 기본정보를 취득하는 제4단계; 상기 제4단계 후 취득된 정보를 토대로 데이터베이스를 검색하고 최소화된 진동 감쇠 속도를 찾아 그 속도로 제어하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고소차의 진동을 감소시키는 방법을 제공한다.

이때, 상기 제5단계에서 제어되는 속도에 대응되는 진동센서값을 메모리에 저장하는 단계와, 진동센서값에서 검출된 진동정보와 데이터베이스에 저장된 테이블값을 주기적으로 업데이트하여 노후화시에도 진동 감쇠제어가 가능하도록 한 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 제4단계에서 기본정보 취득을 위해 상기 붐대의 상단에 마련된 탑승실 저면에 진동센서와 무게센서를 각각 설치한 것에도 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 현재의 고소차 시스템을 크게 변경하지 않으면서 입력성형기법을 이용하여 붐대 끝단의 진동을 미리 예상하고 입력신호를 변경함으로써 진동을 억제하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 고소차의 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방법 구현을 위한 구성요소를 갖춘 고소차의 동작예를 보인 예시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 방법을 설명하는 플로우챠트이다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

또한, 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 크레인 와이어의 줄걸이시 진동을 억제하기 위해 연구 개발된 입력성형기법을 응용하여 고소차의 붐대 단부에서의 진동을 감소시키도록 하는데 특징이 있다.

입력성형기법(Input Shapping Method)은 1950년대 후반 Smith의 posicast 제어에서 제안되었고, Calvert의 signal component control에서 원시적인 형태의 아이디어가 제시되었으며, Smith의 posicast 제어에서는 주어진 계단입력을 두 개의 작은 계단입력으로 나누고 두 번째 계단입력은 약간의 지연시간을 두고 시스템에 가함으로써 출력의 정착시간을 줄였다.

이후, 잔류진동을 더 효과적으로 제거하기 위한 많은 노력이 있었으며, 1990년 Singer 등은 시스템의 임펄스응답을 이용하는 입력성형기법을 개발하였다. 이 기법은 임펄스열을 적절한 시간지연을 두고 선형시스템에 가함으로써, 각각의 임펄스응답에 의한 진동이 서로 상쇄되도록 하였다. 그리고 이 임펄스열을 입력지령치와 상승적분하여 시스템의 기준입력을 생성하도록 하였다.

입력성형기법에 대한 지속적인 연구는 다중 진동모드에 대해 적용이 가능하도록 발전되었고, 비선형시스템에 대하여, Coulomb 마찰에 대하여, 백래시에 대하여, 그리고 on-off 작동기에 대하여 적용가능 하도록 발전되었다.

최근에는 입력성형기법에 의해 잔류진동을 억제하는 제어기를 상용화하여 시판하고 있으며, 주로 크레인 제어에 많이 사용되고 있고, 개루프 상에서 지령치를 조작하기 때문에 특별한 센서나 장치 등이 필요하지 않아 비교적 간단하게 구현할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 이와 같이 공지되어 있는 크레인 와이어 입력성형기법을 그대로 사용하는 것이 아니라, 상대적으로 리지드(Rigid)한 고소차 붐대의 잔류 진동을 감소시킬 수 있도록 변형 제어된다.

이를 위해, 본 발명은 도 1의 예시와 같이, 고소차(100)의 붐대(110) 단부의 진동을 미리 예상하고, 입력신호를 변경함으로써 진동을 억제하도록 구성된다.

즉, 붐대(110)의 회전과 상하운동을 미리 예측하여 진동방향과 반대방향으로 일정한 힘을 작용시킴으로써 붐대(110)의 진동을 억제하도록 한 것이다.

이 방법은 작동시 추가적인 피드백 센서가 필요 없기 때문에 센서에 대한 오류 신호에 대한 위험이 떨어지며, 사용중에 데이터베이스(DB, 도 2 참조)를 지속적으로 저장하여 주기적으로 업데이트시킴으로써 진동량을 줄이는데 효과적으로 적용될 수 있도록 하여 준다.

보다 구체적으로, 고소차(100)에서 사용되는 붐대(110)는 크게 5가지 요인에 의해 진동이 발생하게 된다.

본 발명은 이러한 5가지 요인, 즉 5가지 변수를 입력성형기법에 응용하여 붐대의 진동발생, 특히 잔류진동을 억제하여 진동을 충분히 감쇄시킬 수 있도록 구성된다.

이때, 5가지 변수는 붐대(110)의 상하 각도를 조절할 때(a), 붐대(110)를 회전시킬 때(b), 붐대(110)의 길이를 조절할 때(c), 붐대(110)의 각 축이 움직일 때, 붐대(110)의 단부에 하중이 걸릴 때를 들 수 있으며, 이러한 경우 진동량이 달라지게 된다.

여기에서, 붐대(110)의 각 축(이 경우, 축의 의미는 (a),(b),(c)가 일어날 때 의 기준이 되는 각각의 축을 말함)이 움직일 때는 각 축의 속도가 달라지므로 발생되며 진동의 축은 총 3개(x,y,z)로 이루어지지만 붐대(110)의 각 축에서 z축은 붐대(110)의 비틀림과 관련된 것으로서 비틀림 축은 무시할 정도로 작기 때문에 무시해도 된다. 왜냐하면, 이 비틀림 축에 이상이 있는 경우라면 반드시 붐대(110)를 교체해야 하기 때문이다.

따라서, 진동의 축은 2개(x,y)만 고려하면 된다.

그리고, 붐대(110)의 단부에 하중이 걸릴 때는 하중, 즉 무게 변화가 있을 때를 의미한다.

아울러, 본 발명에 입력성형기법을 적용하기 위해서는 각 축 진동에 따른 붐대(110)의 고유진동수(ω)와 감쇠비(

)를 알아야 하며, 이를 이용하여 하기의 공지된 입력성형기법 모델링 알고리즘식을 계산함으로써 진동, 즉 잔류진동을 예상할 수 있으므로 이를 억제하는 방향으로 입력을 조절하여 진동을 감소시킬 수 있게 된다.

이때, 공지된 입력성형기법 모델링 알고리즘식은 다음과 같으며, 이는 붐대(110)에 2개의 임펄스 신호를 시차를 두고 가한 경우에 해당한다.

이때,

와

는 임펄스의 크기와 시간이며, 진동크기

를 최소화하기 위한

와

를 구하면 진동을 감쇠시키는 제어가 가능하게 된다.

특히, 본 발명에 따른 고소차(100)의 붐대(110)는 사용에 따른 노후화로 장비의 특성이 바뀌기 때문에 주기적으로 정보를 업데이트할 필요가 있는데, 본 발명은 이러한 개념까지 포함하고 있다.

또한, 본 발명은 진동 감쇠 제어, 즉 붐대(110)의 진동을 감소시키기 위해 진동변화와 하중변화를 감지할 수 있도록 도 2의 예시와 같이, 붐대(110)의 단부에 각각 진동센서(120)와 무게센서(130)를 설치한다.

더 정확하게는 붐대(110)의 단부에 작업자 탑승을 위한 탑승실(200)이 고정되는데, 상기 탑승실(200)의 저면에 상기 진동센서(120)와 무게센서(130)가 설치된다.

그리고, 고소차 본체(140)에는 데이터베이스(DB), 제어기(142), 메모리(144), 시스템 업데이트 관리기(146)를 더 포함한다.

그리하여, 진동센서(120)가 각 축의 출력에 따른 진동을 측정하여 제어기(142)의 제어신호에 따라 메모리(144)에 저장하고, 이 값을 이용하여 시스템 업데이트 관리기(146)는 장비 특성 변화에 따른 진동 변화량을 산출하여 시스템 업데이트에 활용한다.

아울러, 무게센서(130)는 붐대(110)의 단부 무게를 검출하고, 이 검출값은 제어기(142)의 제어신호에 따라 데이터베이스(DB)에 저장되어 있는 일치값을 찾아 제어에 활용하도록 하는 센서수단이다.

뿐만 아니라, 데이터베이스(DB)는 입력성형기법을 활용할 수 있는 5가지 변수가 저장된 메모리 공간이다.

또한, 제어기(142)는 제어속도, 무게, 축에 따라서 데이터베이스(DB)를 검색하여 최소 진동이 발생할 수 있게 입력성형기법의 모델링에 따른 회전 축의 입력을 조절한다.

그리고, 시스템 업데이트 관리자(146)는 제어에 사용된 축, 속도, 단부 무게에 대응되는 현재 진동데이터를 같이 저장하여 향후 시스템 업데이트시 시스템 모델링을 통해서 업데이트 관리함으로서 장비 노후화에 대처할 수 있도록 시스템을 유기적으로 움직이는 수단이다.

이러한 기본 구성을 토대로 본 발명에 따른 진동 감소방법은 도 1의 예시와 같은 단계로 진행된다.

먼저, 붐대에 대한 진동을 모델링하여 진동을 계산하는 제1단계를 수행한다.

이때, 상기 제1단계는 공지된 입력성형기법 모델링 알고리즘식을 이용하여 붐대의 단부 진동, 특히 잔류진동을 산출하는 것으로서, 단부 무게는 무게센서로부터 취득하고, 회전속도는 붐대의 움직임을 주제어기로부터 수신한 제어기가 정해진 식에 의해 산출하며, 이러한 진동 모델링에 요구되는 정보, 즉 5가지 변수는 다수의 센서들로부터 취득된 것을 사용한다.

그리고, 고유진동수와 감쇠비는 붐대마다 특정된 값이므로 그 값을 사용하면 된다.

상기 제1단계가 수행됨과 아울러 진동 모델링시 사용된 데이터, 즉 변수들이 데이터베이스(DB)에 저장되는 제2단계가 수행된다.

상기 제2단계는 붐대가 회전하는 경우 붐대 단부 무게와 회전속도, 그리고 x축의 고유진동수와 감쇠비, y축의 고유진동수와 감쇠비 등이 하나의 테이블로 정해진 채 저장되는 과정이다.

이렇게 하면, 붐대 단부에 걸리는 하중에 따라 진동모델에 의해 산출된 진동값이 확인되며, 그때 가장 작은 진동에 해당되는 회전속도를 찾아 그 속도로 회전제어하게 되면 회전 부분에 대한 진동을 최소화되게 감소시킬 수 있게 된다.

이와 같은 과정은 후술되는 각 단계를 다 거친 후 최종적으로 결정되는 사항이다.

즉, 상기 제2단계가 완료되면, 붐대를 구동시켜 운영하는 제3단계, 운영시 발생되는 붐대 단부의 하중 측정, 축속도 측정 등 기본정보를 취득하는 제4단계, 제4단계 후 취득된 정보를 토대로 데이터베이스를 검색하고 최소화된 진동 감쇠 속도를 찾아 그 속도로 제어하는 제5단계, 이때의 진동센서값을 메모리에 저장하는 제6단계를 포함하여 수행된다.

다시 말해, 모델링하여 산출한 진동값을 테이블화 하여 데이터베이스에 저장하고, 이때 인자들, 즉 변수들 정보를 모두 저장하되 실측시 변동되는 값들도 전부 검출한 후 그 값에 대응되는 진동값들을 모두 테이블화하게 되면 다음 붐대 전개시 단부에 걸린 하중에 맞는 최적의 붐대 진동 억제 속도 붐대를 펼칠 수 있고, 들어 올릴 수 있으며, 회전시킬 수 있게 되는 것이다.

이와 같은 과정은 주기적으로 업데이트되게 시스템 업데이트 관리자가 제어기의 제어신호에 따라 업데이트함으로서 붐대의 노후화시에도 최적의 진동 감쇠상태로 제어가능하게 된다.

Claims (3)

1. 고소차의 붐대 진동을 감소시키는 방법으로서,
   붐대의 상하각도 조절속도, 좌우 회전속도, 인출속도, 붐대 단부에 걸리는 하중, 각 축의 유동값(고유진동수, 감쇠비) 인자를 가변시키면서 입력성형기법 모델링 알고리즘식을 이용하여 붐대의 단부 진동을 산출하는 제1단계;
   상기 제1단계에서 사용된 인자의 가변량을 데이터베이스에 저장하여 테이블화하는 제2단계;
   상기 제2단계 후 붐대를 실제 구동시켜 운영하는 제3단계;
   상기 제3단계에서 발생되는 붐대 단부의 하중, 축속도 측정을 포함한 기본정보를 취득하는 제4단계;
   상기 제4단계 후 취득된 정보를 토대로 데이터베이스를 검색하고 최소화된 진동 감쇠 속도를 찾아 그 속도로 제어하는 제5단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고소차의 진동을 감소시키는 방법.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제5단계에서 제어되는 속도에 대응되는 진동센서값을 메모리에 저장하는 단계와, 진동센서값에서 검출된 진동정보와 데이터베이스에 저장된 테이블값을 주기적으로 업데이트하여 노후화시에도 진동 감쇠제어가 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 고소차의 진동을 감소시키는 방법.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제4단계에서 기본정보 취득을 위해 상기 붐대의 상단에 마련된 탑승실 저면에 진동센서와 무게센서를 각각 설치한 것을 특징으로 하는 고소차의 진동을 감소시키는 방법.

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