비례 방향제어밸브의 동특성 개선에 관한 연구
- Abstract
- 본 연구에서 사용한 비례 방향제어밸브는 스풀의 위치 피드백용 센서가 내장된 밸브이며, 스풀의 중립 위치에서 오버랩형 즉 클로즈드 센터형인 밸브이다.
이 연구의 2장에서는 연구 대상 밸브의 응답성(정특성 및 동특성)을 개선하기 위한 제어기법을 제시한다. 이어서, 제 3장에서는 연구 대상 밸브를 유압 실린더 위치 제어계에 적용할 때에 우수한 제어 성능을 얻기 위한 제어기법을 제시한다. 제 2장 및 제 3장의 연구 내용을 요약하면 아래와 같다.
제 2장에서는 먼저 비례 방향제어밸브의 구성과 기초적 특성에 대해 기술한다. 비례 솔레노이드, 센터링 스프링 그리고 비례 증폭기를 분석하고, 이어서 밸브의 응답성 및 정상상태 특성 개선을 위하여 피드-포워드 제어기를 부가한 PI-D 제어기를 제어루프에 적용한다. 또한, 주파수 영역에서 추종 성능을 향상시키기 위하여 Input Shaping Filter를 제안한다.
제 3장의 도입부에서는 비례 방향제어밸브를 이용한 유압 실린더 위치제어계의 구성과 기초적 특성에 대해 기술한다. 여기서 저자는 중립점 부근에서 발생하는 비선형 제어 특성을 보상하기 위해 오버랩 보상기를 제안한다. 주의할 점은 오버랩 보상기와 미분 제어기를 함께 사용할 경우 중립점 부근에서 헌팅 현상이 발생할 수 있다는 점이다. 따라서 대상 시스템의 제어를 위하여 FF-PI 제어기, 오버랩 보상기 및 ISF를 적용하였으며, 실험 결과의 고찰을 통하여 제어성능을 검증한다.
결과적으로, 이 연구에서 고안된 제어 기법이 (1) 비례 방향제어밸브의 동적 응답성을 향상시키고 (2) 비례 방향제어밸브를 이용한 유압 실린더 위치 제어 시스템에서도 뛰어난 제어성능을 얻는데 효과가 있음을 확인하였다.
- Issued Date
- 2013
- Awarded Date
- 2013. 8
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교
- Affiliation
- 대학원
- Department
- 대학원 메카트로닉스공학과
- Advisor
- 이일영
- Table Of Contents
- 목 차
Abstract ⅰ
기호설명 ⅲ
제 1 장 서론
1.1 연구의 배경 1
1.2 연구의 개요 1
제 2 장 비례 방향제어밸브의 응답 특성 개선
2.1 서언 3
2.2 비례 방향제어밸브의 기초적 특성 3
2.2.1 밸브의 구조 3
2.2.2 비례 방향제어밸브의 센터링 스프링력 특성 4
2.2.3 비례 솔레노이드의 흡인력 특성 6
2.2.4 비례 방향제어밸브의 스풀-슬리브 치수 측정 7
2.2.5 비례 방향제어밸브의 무부하 유량 특성 9
2.2.6 변위 측정기(LVDT)의 출력 신호 특성 10
2.3 비례 증폭기의 특성 11
2.3.1 폐회로 앰프의 특성 11
2.3.2 개회로 앰프의 특성 13
2.4 폐회로 앰프를 이용한 스풀의 위치 제어 16
2.4.1 실험장치의 구성 16
2.4.2 실험 결과 17
2.5 개회로 앰프를 이용한 스풀의 위치 제어 18
2.5.1 개회로 앰프를 이용한 스풀 위치 제어계의 모델링 18
2.5.2 FF-PI-D 제어기의 설계법 20
2.5.3 실험장치의 구성 23
2.5.4 실험 결과 24
2.6 Input Shaping Filter의 적용 25
2.7 결언 27
제 3 장 유압 실린더의 위치 제어
3.1 서언 28
3.2 유압 실린더 위치 제어계의 기초적 특성 28
3.2.1 대상 시스템의 구성 28
3.2.4 변위 측정기(LVDT)의 출력 신호 특성 29
3.3 유압 실린더 위치 제어계의 모델링 31
3.3.1 비례 방향제어밸브의 유량방정식 31
3.3.2 유압 실린더 위치제어계의 기초방정식 33
3.3.3 수치 시뮬레이션 모델 36
3.4 비례 방향제어밸브의 오버랩 특성 보상 37
3.4.1 오버랩이 제어성능에 미치는 영향 37
3.4.2 오버랩 보상기 및 Anti-windup기법 적용 40
3.5 제어기의 설계 43
3.5.1 FF-PI 제어기의 설계법 43
3.5.2 제어계의 파라미터 결정 및 제어기 설계 44
3.6 실험 및 시뮬레이션 47
3.6.1 오버랩 보상기 적용시의 응답 47
3.6.2 PID 제어기 적용시의 응답 48
3.6.3 FF-PI 제어기 적용시의 응답 49
3.7 Input Shaping Filter의 적용 51
3.7.1 Input Shaping Filter의 설계 51
3.7.2 Input Shaping Filter 적용시의 응답 53
3.8 결언 54
제 4 장 결론
4.1 본 연구의 결론 56
4.2 향후 과제 57
참고문헌 58
부록 A
A.1 비례 증폭기의 블록선도 59
A.2 비례 방향제어밸브의 원형 노치에 의한 비선형 개구면적 계산식 60
A.3 비례 방향제어밸브 스풀의 동적 응답성을 2차계 전달함수로 모의 61
A.4 중립점 보상기의 종류에 따른 제어 입력 의 변화 62
A.5 Anti-windup기법 및 적분기의 조건 제어 적용 결과 63
A.6 제어기에 따른 정현파 응답 결과 선도 65
- Degree
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