스풀형 비례제어밸브의 유체력 검증법

Abstract

유압시스템에서 널리 사용되는 비례제어밸브의 해석을 위한 수학 모델을 구할 때, 스풀에 작용하는 유체력은 주요한 물리파라미터 중 하나이다. 스풀에 작용하는 유체력은 유체 정압력과 유체의 유동에 따른 유동력으로 구분할 수 있으며, 유체 정압력은 스풀의 대칭구조로써 서로 상쇄되는 반면 유체의 유동력은 그렇지 않다. 유체의 유동력을 유체역학에서 운동량 이론으로써 해석한 사례를 유압 전문 문헌들에서 다소 찾아볼 수 있다. 하지만, 실제 밸브에서는 밸브 실 내 체적의 형상과 환경에 따른 변수가 많으므로 운동량 이론으로써 해석한 유체의 유동력을 실제 밸브에 고려하기에는 어려운 점이 있다. 이 연구에서는 제어공학의 외란관측기 이론을 도입하여 직접 설계한 ‘유동력 추정기’를 사용하여 실제 비례제어밸브에서의 정상유동력을 비교적 정확하게 추정하는 기법을 제안하였다. 먼저, 실제 밸브에서 스풀에 작용하는 정상유동력을 제외한 요소들을 정확히 모의하는 밸브 모델링을 선행하였고, 외란관측기 기법을 응용하기 위하여 외란관측기 관련 연구 사례를 고찰하였다. 이를 토대로 밸브 모델과 실제 밸브를 대상으로 하는 실험 및 시뮬레이션을 수행하여 스풀에 작용하는 정상유동력을 추정하였으며, 그 결과를 논문에 게재하였다.