KR20200081033A - 잔류 진동 제어 장치 - Google Patents

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KR20200081033A
KR20200081033A KR1020180171118A KR20180171118A KR20200081033A KR 20200081033 A KR20200081033 A KR 20200081033A KR 1020180171118 A KR1020180171118 A KR 1020180171118A KR 20180171118 A KR20180171118 A KR 20180171118A KR 20200081033 A KR20200081033 A KR 20200081033A
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임경화
이동주
이명준
채승호
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한국기술교육대학교 산학협력단
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Abstract

잔류 진동 제어 장치가 개시된다. 본 장치는 수평 고정 봉 상에 배치되어 수평 전후 방향으로 움직이는 엑추에이터, 수평 고정 봉이 공간 상에 고정되게 하는 지지부, 엑추에이터에 수직 방향으로 줄에 메달린 제1 오브젝트, 제1 오브젝트에 수직 방향으로 줄에 메달린 제2 오브젝트, 엑추에이터가 수평 전후 방향으로 이동되게 하며, 상기 엑추에이터의 이동에 의해 발생되는 잔류진동을 소정 범위 내에서 상쇄시키는 상쇄진동을 소정의 주기로 발생시키는 모터 및 잔류진동을 감지하는 가속도 센서를 포함한다. 이에 따라, 잔류 진동이 효과적으로 제어될 수 있다.

Description

잔류 진동 제어 장치{APPARATUS FOR CONTROLLING RESIDUAL VIBRATION}
본 발명은 입력 성형 기법을 적용하여 잔류 진동을 제어하는 장치에 관한 것이다.
건설 중장비인 크레인을 이용하여 물체를 운반하면서 위치나 진동을 실시간으로 확인하려면 고가의 장비를 사용하여야 하며, 기술적으로도 시간과 노력이 많이 필요하다. 또한, 크레인 사용에는 각별한 주의가 필요하며, 작업 도중 발생되는 잔류 진동은 작업의 수율을 저하시킨다.
크레인을 이용하여 운반 대상 오브젝트를 움직이는 경우, 크레인에 포함되어 운반 대상 오브젝트를 운반하기 위한 후크 및 후크와 강선줄에 연결된 운반 대상 오브젝트에 의해 발생되는 잔류 진동을 효과적으로 감쇄하는 방법이 필요하다 할 것이다.
한편, 상기와 같은 정보는 본 발명의 이해를 돕기 위한 백그라운드(background) 정보로서만 제시될 뿐이다. 상기 내용 중 어느 것이라도 본 발명에 관한 종래 기술로서 적용 가능할지 여부에 관해, 어떤 결정도 이루어지지 않았고, 또한 어떤 주장도 이루어지지 않는다.
공개특허공보 제10-2009-0098575호(공개일 : 2009.09.17)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 일 실시 예는 1축 2질량을 포함하는 기기의 잔류 진동을 제어하는 장치를 제안한다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔류 진동 제어 장치는 수평 고정 봉 상에 배치되어 수평 전후 방향으로 움직이는 엑추에이터; 상기 수평 고정 봉이 공간 상에 고정되게 하는 지지부; 상기 엑추에이터의 수직 방향에 설치된 줄에 메달린 제1 오브젝트; 상기 제1 오브젝트의 수직 방향에 설치된 줄에 메달린 제2 오브젝트; 상기 엑추에이터가 수평 전후 방향으로 이동되게 하며, 상기 엑추에이터의 이동에 의해 발생되는 잔류진동을 소정 범위 내에서 상쇄시키는 상쇄진동을 소정의 주기로 발생시키는 모터; 및 상기 잔류진동을 감지하는 가속도 센서를 포함한다.
몇몇 실시 예에서, 상기 잔류 진동 제어 장치는 감지된 잔류 진동 및 잔류 진동을 상쇄하는 상쇄 진동을 표시하는 표시부를 더 포함할 수 있다.
몇몇 실시 예에서, 상기 상쇄 진동은 초당 4 회로 트리거될 수 있다.
몇몇 실시 예에서, 상기 제2 오브젝트의 무게가 상기 제1 오브젝트의 무게보다 무겁게 구현될 수 있다.
본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 잔류 진동 제어 장치가 제공됨으로써 아래와 같은 효과가 발생될 수 있다.
첫째로, 크레인 등의 중장비에서 발생되는 잔류 진동이 효과적으로 제거할 수 있다.
둘째로, 중장비에서 발생되는 잔류 진동 및 이를 상쇄하기 위한 상쇄 진동이 효과적으로 시뮬레이션될 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력 성형 기법을 이용하여 잔류 진동을 제어하는 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 1축 2질량 기기의 운동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔류 진동 제어 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4 내지 도 6(b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 전달함수를 도출하는데 필요한 내용을 설명하기 위한 도면이다.
도 7(a) 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔류 진동 제어 장치에 적용되는 다모드 입력 성형기를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔류 진동 제어가 수행된 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 입력 성형 기법을 이용하여 잔류 진동을 제어하는 장치(도 3의 100, 이하 “잔류 진동 제어 장치”)를 설명하기 위한 도면이다.
입력 성형 기법이란, 앞선 입력에 의해 발생된 진동을 적절한 시간 지연 후에 가한 입력에 의해 발생되는 진동과 상쇄시킬 수 있도록 입력을 성형하는 방법이며, 입력 성형기는 ZV, ZVD, ZVDD, 다모드 성형기 등을 포함하며, 다모드 성형기의 경우 잔류 진동을 제어하는데는 보다 효과적일 수 있다.
잔류 진동 제어 장치(100)는 수평 고정 봉 상에 배치될 수 있다. 수평 고정 봉은 공중에 고정되게 하는 지지부를 포함하며, 엑추에이터(110)가 모터에 의해 수평 전후 방향으로 움직일 수 있다.
일 실시 예에서, 엑추에이터(110)는 질량을 가지는 제1 오브젝트(113) 및 제2 오브젝트(115)와 줄(117A, 117B)을 통해 연결될 수 있다. 즉, 1축에 2개의 질량이 연결될 수 있다. 엑추에이터(110), 제1 오브젝트(113) 및 제2 오브젝트(115)는 수직 방향으로 배치될 수 있다.
이하에서는, 도 2를 참고하여 1축 2질량을 포함하는 잔류 진동 제어 장치(100)의 이동에 따른 운동을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 따르면, 엑추에이터가 v(t)로 움직이면, 질량 m1 및 질량 m2와 L1 및 L2가 그림과 같이 움직일 수 있다. 이때, L1 이 엑추에이터의 수직면과 이루는 각도(θ1)의 가속도와 L2가 질량 m1과 이루는 각도(θ2)의 가속도가 라그랑지 운동방정식을 통해 도출될 수 있다.
본 발명에서는 상기 θ1 및 θ2에 대한 전달함수를 구하고 상기 전달함수에 기반하여 잔류 진동 제어 장치(100)에 가해지는 잔류 진동을 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔류 진동 제어 장치(100)의 구성을 나타내는 블록도이다. 다만, 상술한 구성들은 본 발명을 설명하는데 반드시 필수적인 구성은 아닌 바, 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔류 진동 제어 장치(100)는 상술한 구성보다 더 많거나 적은 구성을 포함할 수 있다.
엑추에이터(110)는 모터(120)에 의해 진동이 발생되며, 수평 방향으로 움직이면서 소정의 주기에 별도의 압력이 가해져서 잔류 진동을 상쇄시킬 수 있다. 액추에이터(110)는 MW-EQB45-DC54-120 일 수 있으며, atemega128이 적용될 수 있다.
모터(120)는 엑추에이터(110)가 수평 전후 방향으로 이동될 수 있게 엑추에이터(110)를 제어할 수 있으며, 엑추에이터(110)의 이동에 의해 발생되는 잔류 진동을 소정 범위 내에서 상쇄시키는 상쇄진동을 소정의 주기로 발생시킬 수 있다. 여기서, 잔류 진동을 감쇄하는 진동은 4회에 걸쳐서 트리거될 수 있으나, 실시 예가 이에 국한되는 것은 아니다.
가속도 센서(130)는 잔류 진동을 감지할 수 있으며, 기계 및 차량의 상태 모니터링을 수행할 수 있으며, 2.4GHz 의 ISM 밴드대역의 모듈을 사용할 수 있으며, 800 Hz의 샘플링 속도가 구비될 수 있다. 가속도 센서(130)는 제1 오브젝트(113) 및 제2 오브젝트(115)에 각각 배치될 수 있다.
또한, 잔류 진동 제어 장치(100)는 표시부(미도시)를 포함할 수 있으며, 표시부는 다양한 정보를 시각화할 수 있으며, 잔류 진동의 현재 상태 및 상쇄 진동이 적용된 경우 진동 상태를 표시할 수 있다. 상기 표시부에 의해 표시되는 데이터는 엑셀 등을 통해 저장될 수 있으며, 저장된 엑셀의 데이터를 LabView 를 통해 파일 포맷이 변경되어 화면에 표시할 수 있다. 표시부는 데이터가 표시되는 표시부로 디스플레이(120)는 액정 디스플레이(liquid crystal display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode, OLED), 플렉서블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전자잉크 디스플레이(e-ink display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 6(b)를 참고하여, 잔류 진동 제어 장치(100)가 잔류 진동에 대응되는 상쇄 진동을 발생시키는 것을 설명하기로 한다. L1의 길이는 0.75 미터, L2의 길이는 0.25 미터, 제1 오브젝트는 1kg, 제2 오브젝트는 5Kg 으로 설정하며, 중력가속도는 9.8 Kg/s2임을 가정한다. 제2 오브젝트(115)는 제1 오브젝트(113)보다 더 무겁게 설정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 시뮬링크로 나타낸 잔류 진동 제어 장치(100)의 잔류 진동을 제어하기 위한 회로이다.
시뮬링크는 잔류 진동을 감쇄하기 위한 전달함수를 구하는데 필요한 툴이며, L1, L2의 길이 및 제1 오브젝트, 제2 오브젝트의 질량 및 중력가속도를 이용하여 A, B, C, D의 변수를 도출할 수 있으며, 이를 이용하여 상태 방정식의 분자(den)와 분모(num)을 구할 수 있다(도 5). 상기 식에 기초하여 시뮬링크는 도 6(a) 및 도 6(b)와 같이 θ1 및 θ2의 전달함수를 도출할 수 있다. 여기서, U(S)는 가속도의 입력를 나타낼 수 있고, s는 분모를 0으로 만드는 질량의 고유 진동수가 될 수 있다.
도 7(a) 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔류 진동 제어 장치에 적용되는 다모드 입력 성형기를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 잔류 진동 제어 장치(100)는 다모드 성형기를 이용할 수 있으며, 다모드 성형기는 가속도의 크기 Ai 및 시간 ti 에 대해 도 7(a) 및 도 7(b)와 같이 설정될 수 있다. 즉, 0.25초마다 목적 속도가 되기까지 압력이 가해질 수 있으며, 4회에 걸쳐서 수행될 수 있다.
도 8을 참고하면, 잔류 진동 제어 장치(100)는 4회에 걸쳐서 크기를 크게하면서 잔류 진동을 제어하기 위한 상쇄 진동을 발생시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 잔류 진동 제어가 수행된 결과를 설명하기 위한 그래프이다.
도 9를 참고하면, 측정된 잔류 진동(820)이 상쇄 진동이 반영된 상쇄 진동(810)에 의해 제어되는 것이 설명될 수 있다. 이때, 실험적으로 75% 의 잔류 진동이 제거될 수 있다.
살핀 바와 같이, 상술한 방법에 따르면 실제로 크레인의 잔류 진동을 측정하지 않더라도 실험실에서 잔류 진동을 모니터링할 수 있으며, 발생된 잔류 진동이 효과적으로 감쇄될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
지금까지 본 발명을 바람직한 실시 예를 참조하여 상세히 설명하였지만, 본 발명이 상기한 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 또는 수정이 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 미친다 할 것이다.

Claims (4)

  1. 수평 고정 봉 상에 배치되어 수평 전후 방향으로 움직이는 엑추에이터;
    상기 수평 고정 봉이 공간 상에 고정되게 하는 지지부;
    상기 엑추에이터의 수직 방향에 설치된 줄에 메달린 제1 오브젝트;
    상기 제1 오브젝트의 수직 방향에 설치된 줄에 메달린 제2 오브젝트;
    상기 엑추에이터가 수평 전후 방향으로 이동되게 하며, 상기 엑추에이터의 이동에 의해 발생되는 잔류진동을 소정 범위 내에서 상쇄시키는 상쇄진동을 소정의 주기로 발생시키는 모터; 및
    상기 잔류진동을 감지하는 가속도 센서를 포함하는, 잔류 진동 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지된 잔류 진동 및 잔류 진동을 상쇄하는 상쇄 진동을 표시하는 표시부를 더 포함하는, 잔류 진동 제어 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상쇄 진동은 초당 4 회로 트리거되는, 잔류 진동 제어 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 오브젝트의 무게가 상기 제1 오브젝트의 무게보다 무거운, 잔류 진동 제어 장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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