메카트로닉스 실험 최종보고서

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본문내용

Inverted Pendulum 실험 목적
도립 진자란 말 그대로 시계추가 뒤집힌 형태의 시스템을 말한다. 이 시스템은 불안정한 상태로 이 시스템에 입력을 통하여 평형상태를 유지하도록 제어기를 설계하는 과정을 메카트로닉스 실험에서 할 예정이다. 이러한 도립 진자 형태의 시스템으로는 사람이 2족 보행하는 과정이나 지진계 등 그 외에도 다수의 과정에 적용이 가능하다.
따라서 이러한 불안정한 상태의 시계추를 도립 시킴으로서 물리시스템의 수학적 모델링이라던가 불안정 시스템에 대한 피드백 제어에 대하여 이해하고 도립 진자 시스템을 컨트롤 하는데 목적이 있다.

2. Inverted Pendulum 실험 이론
가. 자유물체도

위의 그림에서 알 수 있듯이 Inverted Pendulum은 지면과 수평 하게 회전하는 arm 부분과 지면에 수직하게 유지되는 pole 두 가지 덩어리로 나타낼 수 있다. 또한 이 두 개의 막대를 각각의 모터가 arm과 pole 각각에 모터가 존재하여 pole 이 도립상태를 유지하도록 도와준다. 따라서 이는 arm의 회전에 대한 자유도 하나와 pole의 회전에 대한 자유도 하나 총 두 개의 자유도가 존재하는 2자유도계 시스템이라고 정의 할 수 있다.

<이미지 중략>

위와 같이 각각의 부분에 대한 자유 물체도의 정의를 통하여 전체적인 운동방정식을 유도 할 수 있었고 운동방정식을 세우는 과정은 밑에서 이어서 하겠다.

실험 장비
가. DC모터
시스템의 arm 부분을 컨트롤해주며 이를 통하여 시계추 부분 pole이 도립할 수 있도록 동력을 제공한다.

① DC 모터란?
DC 모터란, 고정자로 영구자석을 사용하고, 회전자 (전기자)로 코일을 사용하여 구성한 것으로, 전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발, 흡인력으로 회전력을 생성시키는 모터이다. 모형 자동차, 무선조정용 장난감 등을 비롯하여 여러 방면에서 가장 널리 사용되고 있는 모터이다. 저가격으로 구동력도 크며 사용하기 쉽다. 일반적으로 DC 모터는 회전 제어가 쉽고, 제어용 모터로서 아주 우수한 특성을 가지고 있다고 할 수 있다.

참고 자료

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