기계과 졸업논문 크레인의 잔류진동 제거

목차

1. 서론
1) 입력성형제어기의 연구 배경
2) 입력성형제어기의 원리

2. 입력성형제어를 이용한 안벽크레인의 진동제거
1) Input shaping control를 이용한 ZV성형기
2) Robustness 를 이용한 ZVD성형기
3) Simulink를 통한 NO, ZV, ZVD 성형기 비교

3. Imperse vector를 이용한 NEM, ETM5 성형기설계
1) 임펄스 벡터를 이용한 NEM, ETM5 성형기 설계
2) 크레인 자유물체도 수식화
3) Simulink를 통한 ZV, ZVD, NEM, ETM5 성형기 비교

4. 결론
1) 참조문헌
2) 부록

본문내용

1.1 연구배경
최근 세계 20대 크레인 제조업체의 총 매출량은 ICM20순위에서 285억달러로 건전하게 증가하고 있다. 크레인은 중량물을 편리하게 이동할 수 있는 유용한 장비이지만 중량물 이동 중 발생하는 잔류진동은 작업효율을 나쁘게 할 뿐만아니라 안전에 심각한 위협이 될 수 있다[7][9].
이와 같은 문제를 개선하기 위해 지금까지 많이 사용되어온 잔류진동 제어기법은 되먹임제어 방식이다. 트롤리의 위치와 부하의 흔들림을 제어하기 위해 PID제어기를 이용하여 트롤리와 부하의 각각의 동특성에 기초한 보상기를 이용하여 제어하는 방식 등이 제안된 바 있다. 하지만, 이 방법은 시스템의 특성에 따라 제어기를 설계해야 하며 되먹임을 위한 측정장치 및 제어장치를 추가적으로 장착해야하므로 시스템이 복잡해지게 된다. 따라서 잔류진동을 보다 효과적으로 제거하는 방법론이 제시될 필요가 있어 이 논문에서는 입력신호(Input signal)를 성형(shaping)하여 잔류진동(residual vibration) 발생을 억제하는 입력성형제어론(Input shaping control)을 제시한다[1]. 입력성형제어는 로직이 간단하고, 디지털 기술로 구현이 쉽기 때문에 오늘날 산업현장에서 널리 사용되고 있다.

1.2 입력성형제어기의 원리
입력성형제어는 기본적으로 컴퓨터 조작장치에서 잔류진동을 줄이기 위한 되먹임제어 기술이며, 지령입력에 임펄스열을 컨볼루션함으로써 작동된다. 이러한 임펄스 응답을 기반으로한 유연생산시스템(Flexible Manufacturing System)의 잔류진동 y(t) 은 2차시스템으로 모델링하여 고유진동수(natural frequency) wn과 감쇠비(damping ratio) ζ로 표현할 수 있다. 감쇠비 ζ 는 잔류진동이 얼마나 빨리 사라지는지를 나타내는 척도로서, 이웃하는 두 오버슈트의 진폭비에 의해 결정되는 값이다.

참고 자료

C.-G. Kang, “입력성형제어의 이해,”제어로봇시스템학회지, vol. 27, no. 2, pp. 21-32, 2021.
C.-G. Kang. “Impulse Vectors for Input-Shaping Control: A Mathematical Tool to Design and Analyze Input Shapers” IEEE Control Systems, vol. 39, no. 4, 2019.
Ramon Piedrafita,“Simulink implementation and industrial test of Input Shaping techniques,” Journal of Control Engineering Practice, vol. 79, pp. 1-21, 2018.
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Available online at http://aoengr.com/Dynamics/PendulumOnCart
SICK, “Sensor Intelligence Quay crane and quay area.” Available online at
https://www.sick.com/us/en/industries/port/container-terminal/quay-area/quay-crane-and-quay-area/monitoring-of-the-quay-area/c/p664018
A. Bartosek, O. Mark, “Quay Cranes in Container Terminals,” TRANSACTION ON TRANSPORT SCIENCES, vol. 6, pp. 9-18, 2013.
GMI, “Crane Market Size - By Product (Mobile Crane, Fixed Crane), By Type, Load Capacity, Application (Construction & Mining, Utility, Manufacturing, Transport/Shipping, Oil & Gas/Energy) & Global Forecast, 2022 - 2030.” Available online at https://www.gminsights.com/industry-analysis/cranemarket
Wikipedia, “Impulse vector.” Accessed on May 2021. Available online at
https://en.wikipedia.org/wiki/Impulse_vector
International Cranes, “Which companies top this years ICM20?.” Accessed November 2021. Available online at https://www.internationalcranes.media/news/which-companies-top-this-year-s-icm20-/8016282