[기계공학실험]도립진자실험

소개글

기계공학실험-도립진자실험 레포트입니다.

목차

<실험요약>
1. 실 험 목 적
2. 실 험 결 과 의 개 요

<서 론>
1. 실 험 목 적
2. 실 험 이 론
3. 용 어 정 리
4. 실생활에 이용되고 있는 디지털 제어시스템의 예

<본 론>
1. 실 험 장 치
2. 실 험 방 법

<결 론>
1. 실 험 결 과
2. 결 론 및 고 찰
3. 참 고 문 헌

본문내용

1. 실험 목적
도립 진자 시스템(Inverted Pendulum System)은 카트위에 거꾸로 세워진 진자가 불안정한 평형점에서 쓰러지지 않도록 수직인 안정 상태를 유지하는 장치이다. 물리 시스템의 수학적 모델링과 불안정 시스템을 안정화시키기 위한 피드백 제어에 대해 이해하고 실제로 도립 진자 시스템을 제어할 수 있도록 한다.

2. 실험 이론
A. 도립진자의 구성
도립진자 시스템은 모터의 회전력을 볼 스크류를 통하여 전달하고, 볼 스크류를 통해
직선 운동으로 변화된다. 직선운동은 볼 스크류에 연결되어 있는 카트를 이송시킨다.
카트위에 올려진 진자가 쓰러지지 않도록 카트의 위치를 조정한다. 따라서 두 개의
센서로 기울어진 각도와 카트의 수평위치를 검출하고 검출된 데이터를 바탕으로 모
터를 회전시켜 카트의 위치와 진자의 각도를 제어한다. 즉, 도립진자 시스템은 두
개의 입력과 하나의 출력을 보내는 시스템이다.

B. 시스템의 수학적 모델링
제어시스템을 설계하기 위해서는 시스템의 입력과 출력에 대해 이해하고 이를 통해
시스템을 수학적으로 모델링하는 것이 중요하다. 수학적 모델링은 실제 시스템에서
입력과 출력의 관계를 수학적으로 표현한 것을 말한다. 도립진자의 수학적 모델에 대
해 이해하고 이를 구해보록 한다.

C. 측정 및 데이터의 입출력
일반적으로 제어 실험을 하는 경우 센서를 통하여 측정을 하고 DAQ 카드등을 통하
여 데이터를 출력한다. 포텐셔 미터를 통하여 진자의 기울기와 카트의 수평위치를 측
정하는 원리를 이해하고, 검출된 신호와 모델링한 신호를 DAQ카드를 이용하여 입출
력 하는 법에 대하여 이해한다.

D. 제어이론
PID 제어는 산업 현장에서 많이 사용되는 대표적인 제어기이다. 비례(Proportional)
제어는 오차에 비례하는 크기의 힘을 가하는 방법이며, 적분(Integral) 제어는 누적된
오차를 반영하여 정상상태 오차를 줄이려는 방법이고, 미분(Derivative) 제어는 오차
의 변화에 비례한 신호를 가하는 방법이다.

참고 자료

- 최신제어시스템, Richard C. Dorf 외, PEARSON
- 월간 해양과 조선(http://www.shipbuilding.or.kr/)
- 오토닉스(http://www.autonics.co.kr/)