능동제어 실험 고찰

목차

1. Euler Beam

2.Stability

3.Smart Marterial

실험결과

1. Piezo Beam

●결과 분석

●고 찰

본문내용

e) 를 받아서 구속이 되고, 입자 자신의 회전 운동과는 무관하게 규정할 수 있다. 넓은 의미에서 MR 및 ER 유체의 고유 특성으로서는 자기장 또는 전기장에 따른 항복 응력, 제어성, 빠른 응답성, 그리고 액상과 고상의 가역성을 들 수 있다. 하지만, 이러한 가제어성 유체들 사이에 차이가 있음을 부연 설명하고자 한다. 먼저, 이러한 유체들의 장단점을 살펴보면, ER 유체는 빠른 응답성과 전기장 형성이 용이하다는 장점을 가진 반면, 낮은 강도와 좁은 사용 온도 범위, 특히 고온에서 급격한 성능 저하와 비 가용 시 분산된 입자와 유체 사이의 분리 현상으로 인한 시스템의 안정성 저하를 가져올 수 있으며, 일반적으로 제조 공정이나 가용 시 발생할 수 있는 물과 불순물에 대하여 치명적인 성능 저하를 가져온다는 단점이 있다. 또한, ER 유체는 고전압을 필요로 하므로 순간적으로 몇 천 볼트의 전압을 낼 수 있는 고전압 장치가 복잡하다는 단점 또한 내포하고 있다. 이에 비해, MR 유체는 ER 처럼 분리 현상이 발생하고 자기장 형성이 어려움이 상존하고 있지만, 동일한 에너지 공급시 ER 유체에 배해 20- 50배 정도의 높은 강도를 가지며, 넓은 온도 범위에서 안정성이 비교적 보장된다고 할 수 있다. 또한, 불순물에 대한 영향이 어느 정도 둔감 할 수 있다.
d.Piezo
1.압전효과
결정체에 어떤 방향으로 압축 또는 인장력을 가하면, 즉 Stress를 가하면 전기분극이 일어나고 그 대응되는 단면에 분극전하가 나타난다. 이는 결정의 변형에 의한 이온의 상대적 위치변화 때문에 일어나는 것이다. 이런 현상을 압전효과라고 한다. 높은 압전효과를 갖는 대표적 물질은 다음과 같다.
Rochelle 염, BaTiO3
, PbTiO3
, LiNbO3
, 수정(SiO2
), Pb(Zr, Ti)O3
, PVDF 등
만일 x 축 방향에 응력 Txx를 가할 때 x 축 방향으로 유전분극 Px 가 발생하였다면 압전효과는 다음과 같다.
Px = dTxx
2. 금속선의 변형게이지 효과
금속저항선에 응력을 가하면 기하학적 형상변화에 기인하는 저항변화가 일어난다. 인장응력이냐 또는 압축응력이냐에 따라서 저항이 증가하거나 감소하는 현상이 일어난다. 금속선의 저항(R) 은 다음과 같다.
일반적으로 금속선의 경우에는 가 무시되므로 다음과 같이 근사적으로표현된다.
실험결과
1. Piezo Beam
(1) Beam specification
1) Base material
Length
Thickness
Width
Young's Modulus
18 cm
0.5 mm
24 mm
10 GPa
2) Piezo Film(d31)
Length
Thickness
Width
Young's Modulus
d31
18 cm
110 ㎛
22 mm
2 GPa
23 x 10^-12 V/m
(2) Simulation results
1) Natural frequency and damping ratio
Natural Frequency
Damping Ratio
First Mode
Second Mode
1
2
Hz
Hz
2) Control gains
PID
P
I
D
Excitation
23050
1215
0
(3) Experimental results
1) Natural frequency and damping ratio
Natural Frequency
Damping Ratio
First Mode
Second Mode
1
2
17.2Hz
109.6Hz
0.01075
0.00534
2) Control gains
PID
P
I
D
Excitation
23050
1215
0
●결과 분석
Damping ratio의 경우 FFT상에서의 그래프 모양에서 위상을 육안으로 측정하여 마우스를 통해서 잡아네었다. 위상차를 이용한 보간법으로 두개의 제타 값을 구해보았고, logrithnic decrement로 다른 제타 값을 구해보았다. Second Moded에서 logrithnic decrement값과 일치되는 것을 볼수가 있다. Peak값은 프로그램상에서 바로 잡아주나, 두 번째 최대 위상을 잡아줄 경우 마우스를 통해서 해야만 하는 상황이라 그 값을 정확히 신뢰하기란 다소 어려움이 따른다. 그 값이 정확하다면, 그 계산치는 신뢰성이 더욱 높아진다 볼수있다. 그리고 제어 실험에서 P,I,D 각각의 Gain 값들 역시 그래프를 육안으로 관찰하여 구하므로 많은 오차가 있다고 보인다. Gain값들 역시 정확한 데이터라 보기에는 무리가 있다.
●고 찰
Piezo 실험에서는 고유 주파수로 가진시켰을 때의 공진 현상을 관찰 하여 FFT를 이용하여 Damping ratio를 구해 보았다. Half-Power Method를 이용하여 위상차를 이용하여 제타값을 구하여보았다. 실험도중에 프로그램이 피크값만을 찾아주는 것을 보고는 2번째,3번째 최대 위상값을 자동으로 찾아주었하면 하는 아쉬움이 남았다. 마우스로 클릭하여 찾아준 두 번째 최대위상값은 그 신뢰성이 다소 의심된다. 그래프형을 더욱더 확대를 하는 경우를 제외하고는 그 뚜렷한 해결책이 생각되진 않았다. 역시 logrithnic decrement역시 최대점은 신뢰되나 그 다음 위상 때문에 다소 오차가 생길 여지를 남긴다. 그리고 공진현상에서 볼때 PIEZO 자체의 뎀핑 계수 때문에 뎀핑이 일어나기 때문에 공진이 무한대로 가는 현상은 일어나지 않았고 모든 진동에 관련된 실험이 그러 하듯이 주변의 미세한 진동에도 많은 영향을 받은 것 같다. 실험실 곳곳에서 진동은 꾸준히 일어난다.
PID제어에서 정확한 게인값을 구하지는 못하고, 육안으로 관찰되는 그래프형을 이용하여 어림짐작한 Gain값을 찾아내 보았다. P게인에서 그 숫자가 꽤 크게나오는데 오차의 범위를 육안으로 관찰하여 그 범위가 개인차에 의해 큰폭으로 바뀔수 있다. 그래도 다른 Gain값에 비하면 육안으로 관찰되는 변화량이 뚜렷이 나타나기 때문에 어느 정도 까지의 비슷한 값을 얻을수 있는데 I,D Gain은 그 변화량에 따른 결과가 크게 나타나지 않기 때문에 실험 데이터의 그 신뢰성이 의심된다. 육안으로 관찰해야만 되는 프로그램으로 실험의 정확성에 약간의 아쉬움이 남는다.

키워드

제어,   실험,   Piezo ,   Damping