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지구 자계 측정 방법

지구자계 측정에 관하여1. 아주 약하기 때문에 잘 측정할 수 있는 방법일반적으로 대학물리학실험에서도 하는 방법이지만 홀효과를 이용해 나침판을 두고 전류를 흘려서 나침반이 움직이는 각도를 이용해 지구 자기를 측정하는 방법이 있다. 하지만 이 방법은 외부조건에 따라 값이 다르고 또한 지구자계 역시도 크기가 약하기 때문에 측정하는 위치에 따라 각각의 오차가 발생한다. 그렇기 때문에 지자계를 잘 측정하기 위해서는 정밀하고 분해능이 좋고, 감도가 좋은 자계측정 센서를 사용하여 측정한다면, 더욱 더 자세하게 측정할수 있다. 어떤 방법으로 측정되는지, 그리고 어떠한 센서가 이용되는지에 대해 알아보자.2. 자기센서2-1. 자기센서의 종류· 홀소자· 홀 IC· 자기저항소자· 자기 다이오드· fluxcate형 센서· SQUID센서→여러 종류의 센서가 있지만, 현재 지구자계측정에 대해서는 작고 약하기 때문에 분해능과 감도가 좋은 센서를 사용하여야한다. 그러므로 현재 연구가 되고 있는 fluxcate형 센서와 SQUID센서에 대해 알아보자.2-2. fluxcate형 센서fluxcate형 센서는 자장검출범위에서 합리적인 가격에 높은 분해능을 가지는 특성으로 인해 많은 연구와 많은 분야에 사용되고 있다. fluxcate형 센서는 자장내부에서 다른 두 위치 사이의 자장차이 및 주위 자장의 세기를 측정하며, 자장의 검출범위는 약 10-1~106[nT], 분해능은 10-1[nT]이다.장점`단점단일선형구조간단한 형태로 제작이 용이출력감도 및 선형성이 떨어짐두 개의 평형코어 구조감도 및 출력선형성이 높음제작이 어려움링 코어 구조두 개의 평형코어 구조 센서가 가지는 물리적인 위치 및 균형을 맞춰야하는 조건이 필요없고, 제작이 용이하고 출력감도 및 선형성이 우수가격이 비쌈(fluxcate형 센서의 구조)fluxgate센서의 검출방법은 펄스위치 검출방법, 펄스크기 검출방법, 제2고조파 검출방법 등이 사용되고 있다. 현재 가장 많이 사용되고 있는 검출방법은 펄스위치 검출방법과 제 2고조파 성분 검출 방법이다.· 펄스위치 검출방법 : 비교기를 이용한 디지털신호처리 방식에 적합· 제2고조파 검출방법 : 아날로그 회로에 이용, 선형적인 전압출력을 나타냄검출방법에 따른 이런특징을 이용해서 자구자기장을 측정을 정확히 하기 위해 제2고조파 검출방법을 사용하여 선형적으로 출력을 얻고, AMP를 이용해 그 신호를 증폭시켜 디스플레이하는 방법이 정확하고 흔히 쓰이며, 링코어형 2차고조파 검출 fluxgate센서는 지구 밖의 자장측정에 대해 유용하게 사용되고 있고, 표준 자장측정이 있어서 표준이 되는 자력계이다.2-2-1 센서의 구조그림과 같이 외부자장에 대한 변화량을 검출하기 위해 링코어의 중심을 수직방향으로 검출코일이 단단하고, 가장적은 단면적을 가지도록 균일하게 감겨져있다. 검출코일은 수직으로 감겨져서 X축, Y축에서 유도된 자장변화를 검출할 수 있게 한다. 그리고 링코어 주변에 균일하게 코일이 감겨져있고, 이 코일을 여자코일이라 하며, 그림과 같이 Vi(t)가 인가되면 코어는 이력곡선의 득성대로 여자된다. 그리고 여자전류에 의해 코어는 내부의 자속의 흐름을 가진다. 그리고 코어 위에 감겨진 코일을 pick-up코일이라 하며, 이 pick-up코일의 유기 전압 Vx(t)와 Vy(t)는 코어 내부 자속의 흐름에 유기된다. 유기된 전압은 코어의 두 개의 영역을 통해 시간 함수적으로 변화기 때문에 각기 하나의 성분을 가지게 된다.X축에 놓여있는 코일을 통해 지나는 자속은 음의 X축을 가로지르는 By-(t)요소와 양의 X축을 가로지르는 By+(t)로 구성되어지며, 외부자장에 의한 간섭이 없을 경우, 각 성분의 유기전압이 같기 위해서는, 코어의 단면적이 일정해야 하며, pick-up코일이 균일하게 감겨져 있어야한다. 그리고 단면적과 여자코일의 균일한 패턴 및 pick-up코일의 정대칭 조건 및 균일한 패턴을 가져야만 더욱더 정확하게 측정할 수 있다.2-2-2. 외부자장이 없을 때(외부자장이 없는 B-H곡선)외부자장이 없을땐 B-H곡선이 이상적이며, 거의 선형적이기 때문에 센서로 쓰기에 적합하고 주기 T에 대한 항으로 표현이 가능하다.t _{sat} =(1- {H _{sat}} over {H _{max}} )( {T} over {2} ) 그리고 fluxgate센서를 B-H로 수학적으로 전개했을 때, 푸리에 급수로 전개, 짝수항만 남게되고, 결국 다음과 같은 식을 얻게 된다.v _{x} (t)=v _{x} ^{-} (t)+v _{x} ^{+} (t) 이것은B _{y} ^{-} (t)와`B _{y} ^{+} (t)가 pick-up코일에 의해 검출된 총 자속과 확실히 모양이 다르다는 것을 보여주고, 그결과 전압의 합은 0이므로 어떤 외부자장이 없는 곳에서 pick-up코일의 출력전압 0임을 알수 있다.2-2-3. 외부자장이 있을 때(외부자장이 있는 B-H곡선)그림과 같이 외부자장이 있을 경우k _{1} H _{0} sin theta 만큼 쉬프트 하는 것을 볼 수 있다. 그리고 이초기의 전압에서 변화된 전압을 알 수 있다면, 외부에서 작용하는 자기장의 값을 알 수 있다.이론적인 자기장에의한 출력전압의 값의 수식은 이러하다.v _{x} (t)= {16u _{0} u _{r}} over {T} k _{1} H _{0} sin theta BULLET sin( pi {H _{sat}} over {H _{max}} )sin( {4 pi } over {T} t)##v _{y} (t)= {16u _{0} u _{r}} over {T} k _{1} H _{0} cos theta BULLET sin( pi {H _{sat}} over {H _{max}} )sin( {4 pi } over {T} t)u=u0ur이며, 이것은 제질이 따라 다르므로 실험적으로 알수 있다.그리고 출력전압이 0[V]가 나오게 영점조절을 한 다음, 그다음 지구의 자기장을 측정하면 측정값을 알수 있으며, 신호가 작기 때문에 교류증폭기 Lcok-in Amp를 구성하고, PID제어를 통해 선형적으로 지구자기장의 크기를 알수 있다.2-3. 초전도양자간섭계(Superconducting Quantum Interference Device)초전도양자간섭계는 초전도체의 자속 양자화와 조셉슨 효과를 이용한 센서로서, 현재 개발된 SQUID는 10-20[Wb]의 자속을 정밀하고 측정할 수 있으며, 이는 지자계의 약 100억분의 1에 해당하는 약한 자기장으로서 지자계를 측정하기엔 적합하다.`(조셉슨 접합의 형태)두 개의 초전도체가 매우 얇은 절연박막에 의해 격리되어 있을 경우, 두 초전체 내에서 쿠퍼쌍이라고하는 전자쌍의 양자역학적 터널링현상을 일어나 전압이 인가되지 않은 상태에서도 두 초전도체에서 전류가 흐르게 되며, 이는 절연박막이 초전도체로 간주될 수 있다는 것을 의미한다.특성곡선으로부터 조셉슨 소자에 흐르는 전류 I가 어떠한 임계전류 Ic보다 작은 구간에서는 접합 사이의 전압은 나타나지 않으며, 이때 흐르는 전류는두 초전도체 사이의 파동함수의 위상차 θ에 비례한다. 이러한 현상을 직류효과라 하며 I=Icsinθ라 할 수 있다. 그러나 터널형에서 전류 I가 임계전류 Ic보다 커지게 되면 전압은 0[V]에서 Vc로 상승한다.조셉슨 효과의 또 다른 효과는 교류효과이며, 접합면에 전압을 인가하게 될 경우, 접합면을 통해 흐르는 전류의 진동에 의해 교류전류가 발생한다. 이것을 전압-주파수 관계식을 얻을수 있으며,f= {2qV} over {h}가 된다. q는 전하량이며, h는 플랑크상수이고, 미시세계에서는 불확정성원리를 바탕으로 발견된 이론이기 때문에 플랑크상수가 포함되고 거시세계에서의 이론과 다르다.이식을 통해 1[uV]마다 483.6[Mhz]의 주파수 증가를 알 수 있다.

공학/기술| 2015.01.04| 7페이지| 1,000원| 조회(172)

제어, 센서, 계측, 자계, 지구 자계, 자계 측정 원리

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Robust

Robust Control1. What’s mean Robust Control ? 2. Robust control and Sensitivity 3. Summary ContentsWhat’s mean Robust Control? control 1.Robust Control 2.Robust Control and Sensitivity 1) Sensitivity define 2) Robust Control and the sensitivity of the relevant 3) Robust Control example 4) Robust safetyWhat’s mean Robust Control “Robust Control” System change fatorWhat’s mean Robust Control “Robust Control and the sensitivity of the relevant”What’s mean Robust Control “Robust Control example#1” EX) Using Matlab , show the bode Because bode is lower than T(s) until w=0.2[ rad /s] , you know that Parameter K don’t influences to less change output.What’s mean Robust Control “Robust Control example#1” Selected K, from 1/16 to 1, system step respones is a consierable change. so wide change K is not robust.What’s mean Robust Control “Robust Control example#2” EX) Using Matlab , show the bode The sensitivity function S(t) and the transfer function T(t) completely reversed the frequency charactve uncertainty(Input) Multiplicative uncertainty(Output) Additive uncertainty Multiplicative uncertaintyWhat’s mean Robust Control “Robust safety” Feedback system that had multiplity uncertainty Divide to Block diagram Divide to two Block diagram r = Input d = disturbance w = noise y= OutputWhat’s mean Robust Control “Robust safety#1” from If you are designing a controller K, to it will be Robust satisfaction.What’s mean Robust Control “Robust safety#2” MSM(multiplicative stability margin) ASM(additive stability margin)What’s mean Robust Control “Conclusion” The influence of noise on the output is restraintly . but the output characteristic tracking or disturbance suppression characteristics will deteriorate it. H ∞ control is Based on whether the close-loop sensitivity function S(s) or complementary sensitivity function T(s) become as low as their maximun value in different situation.What’s mean Robust Control “Summary” Robust control is aimed at the System’s change fator If the rangeto less change output.What’s mean Robust Control “Robust Control example#1” Selected K, from 1/16 to 1, system step respones is a consierable change. so wide change K is not robust.What’s mean Robust Control “Robust Control example#2” EX) Using Matlab , show the bode The sensitivity function S(t) and the transfer function T(t) completely reversed the frequency characteristics each other. When user controlled system in frequecy range, you should focus on one of two points on system’s safety or system’s robustWhat’s mean Robust Control “Robust safety” In order to distinguish safety, What method do you use? Small gain theorem A sufficient condition for the closed-loop system is Finally loop-gain should be low to be stable. By Nyquist stability crierion , Stability is proved. By small gain theorem, two problem can be solved. Two problem If you have control of the target areas of uncertainty for limiting and stabilizing , With these uncertainties, Is the close-loop system always stable to dput characteristic tracking or disturbance suppression characteristics will deteriorate it. H ∞ control is Based on whether the close-loop sensitivity function S(s) or complementary sensitivity function T(s) become as low as their maximun value in different situation.What’s mean Robust Control “Summary” Robust control is aimed at the System’s change fator If the range of variation is small, sensitivity have used for measuring of Robust condition. If close-loop transfunction and sensitivity function are different, stablity and Robust of parameter changes should be consideredDo you have any Questions?Robust Control1. What’s mean Robust Control ? 2. Robust control and Sensitivity 3. Summary ContentsWhat’s mean Robust Control? control 1.Robust Control 2.Robust Control and Sensitivity 1) Sensitivity define 2) Robust Control and the sensitivity of the relevant 3) Robust Control example 4) Robust safetyWhat’s mean Robust Control “Robust Control” System change fatorWhat’s mean Robust Control “ A sufficient condition for the closed-loop system is Finally loop-gain should be low to be stable. By Nyquist stability crierion , Stability is proved. By small gain theorem, two problem can be solved. Two problem If you have control of the target areas of uncertainty for limiting and stabilizing , With these uncertainties, Is the close-loop system always stable to do? If any stable closed-loop control system has been configu red, To destabilize the closed-loop system, what size is the smallest control target’s uncertainty?What’s mean Robust Control “Robust safety” Additive uncertainty Multiplicative uncertainty(Input) Multiplicative uncertainty(Output) Additive uncertainty Multiplicative uncertaintyWhat’s mean Robust Control “Robust safety” Feedback system that had multiplity uncertainty Divide to Block diagram Divide to two Block diagram r = Input d = disturbance w = noise y= OutputWhat’s mean Robust Control “Robust safety#1” from If you are designing a controller K, to it will be R

공학/기술| 2012.12.10| 17페이지| 2,000원| 조회(75)

로버스트, 선형시스템, Robust, 로버스트제어

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메카트로닉스 및 설계 report#1

1. 최근 애플과 삼성전자의 특허전쟁이 IT업계의 가장 큰 이슈가 되고 있다. 현대 제조업체들이 대응해야만 하는 현실 문제에는 어떠한 것들이 있는지를 애플과 삼성전자의 특허전쟁을 예에서 찾아 서술하라.간단하게 삼성과 애플을 특허소송결과에 대해 살펴보자.디자인 관련 특허소송 결과통신기술 관련 특허소송 결과미국 판결항목한국 판결미국 판결항목한국 판결●아이폰 디자인○○무선자원 효율적사용 기술●○아이패드 디자인――무선단말기 데이터서비스 제공법○●메모아이콘○○모바일 기기에서MP3음악 재생―○전화아이콘○○갤러리에서 사용자위치 기억―○양쪽 책넘김○○이미지 전송하면서 표시―○한쪽 책넘김○―CDMA 관련 기술●●바운스백●(일부)―정보비트를 그룹별로구분해 저장○●멀티터치 확대―○상향링크 서비스를 지원하는시스템파워설정방법○●두드려 학대――밀어서 잠금해제○―아이콘 재구성○―휴리스틱스○2012 8월 24일 삼성 vs애플 특허 소송 결과(●침해, ○비침해, ―해당 없음)위의 결과와 같이 미국과 한국의 판결의 확연한 차이를 볼 수 있다. 미국판결의 경우 삼성전자가 애플의 디자인 특허침해를 하였다고 판결을 내렸고, 한국의 경우 디자인 특허는 삼성전자가 일부만 침해하였고, 애플이 통신 관련 기술에 대해 특허침해를 하였다고 판결하였다.이 결과를 보았을 때, 생산품의 기본 모양을 결정하는 디자인 관련에 대해서 현대 제조업자들에겐 아주 중요한 부분이다.다음은 한국, 미국, 유럽 디자인 보호제도이다.한국「디자인 보호법」미국 특허법의「디자인 관련규정」EU공동체 디자인법디자인조건물품성, 형태성,시각성,심미성제조물품성,장식성, 독창성물품성, 외관성,장식성디자인등록조건공업상 이용가능성,신규성,창작성,확대된 선출원주의신규성, 독창성,비자명성)신규성, 독창성,시각성,공서양속에 합치디자인등록출원디자인무심사등록출원제도,디자인심사등록출원제도심사주의전면적무심사주의(한국, 미국, 유럽 디자인 보호제도 비교)한국의 경우 특허법과 별개로 ‘디자인 보호법‘을 규정하고 있다. 그리고 디자인의 등록을 위해서 산업상 이용가능성다.한국판결에서는 애플사의 외각 디자인은 독점적이고 베타적인 권리를 인정하지 않고 트레이드 드레스의 범위를 좁게 봤고, 미국 판결의 경우는 트레이시 드레스의 법에 의해 결정하게 된 것이다.이번 소송 이후 한국의 디자인 보호법 전면 개정법률이 나왔고, ‘그래픽 디자인‘과 같은 부분이 보호법에 포함되었다.세계화 속에서 앞으로의 현대제조업자들은 많은 특허분쟁을 맞을 것으로 예상된다. 하지만 이번 삼성·애플분쟁을 통해 특허권의 보호에만 치중하던 부분을 ‘특허’이외의 지식재산권을 보호도 중요하다는 것을 알 수 있다. 따라서 향후 디자인 보호법 개정과 같은 지식재산권법의 개정 및 기타 정책적인 지원을 통해 지식재산권 보호 역량을 증대시켜야야 한다.2. 제조업체가 자동화와 수작업을 선택하는 기준이 무엇이라 생각하는가? 다음에 설명하는 생산 전략의 결정에서 자동화의 수작업을 선택하는 기준이 왜 중요하다고 생각하는가?1) 자동화? 정의- 제어 시스템과 다른 정보기술을 조화롭게 사용하여 산업 기계류와 공정을 제어, 사람이 관여할 필요를 줄이는 것.(자동화 진행과정)? 장점- 노동자의 안전을 보장- 향상된 생산성- 개선 및 통일 품질- 비용 절감- 재고감소, 운영 유연성 및 향상된 신뢰성 등? 단점- 많은 자본 투자- 복잡한 작업의 경우 불가능- 공급 실패 증가의 비용- 인간성 상실2) 수작업? 장점- 적은 자본 투자- 복잡한 작업이 가능- 공급실패시 유연하게 운영 가능? 단점- 업무 근로자 부상요소 존재- 통일 품질 제조시 생산성이 떨어짐- 많으면 많을수록 비용이 많이 듬- 운영 유연성 및 신뢰성 감소- 예상치 못한 상황 발생[ex)근로자 무단 결근]3) 자동화와 수작업을 선택하는 기준가장 중요한 것은 제품의 생산 시 총 제작비용이 적게 하는 것이 가장 중요하다. 그리고 제작비용을 줄이기 위해, 자동화와 수작업의 장·단점에서 선택하는 기준을 정할 수 있다. 특히 동일 제품생산 시 수작업보단 자동화를 했을 때, 더 많은 제품을 생산하고, 불량률을 줄일 수 있다. 즉 자동화는 대량진다. 결과적으로 수작업은 많은 이동과 동선이 필요한 경우 용이하다.4) 다음 설명하는 생산 전략의 결정에서 자동화의 수작업을 선택하는 기준의 중요성“생산 전략적 측면에서 두 가지 특징이 전 세계적으로 나타나고 있다. 첫 번째는 삼성전자와 같이 고가의 IT부품이나 완제품을 국내에서 생산하는 전략이다. 두 번째는 애플과 같이 중국에서 생산하는 전략이다. 기업들은 이러한 생산 전략, 즉 국내 생산을 할 것인지 후진국에서 생산할 것인지를 결정해야 한다.”생산전략이란 기업의 전체적인 방향이나 전략과 일치되는 생산부문의 의사결정으로써 추구하고자 하는 방향이나 목표를 정하고, 그에 생산 부문의 노력을 집중하되 이를 기업내, 외부의 환경에 적합하는 노력이다. 그리고 생산전략의 결정은 다음과 같은 3가지 조건에 맞춰 결정하게 된다.? 기업수준의 생산전략각각의 기업마다 집중한 전략이 다르고, 주변 환경 및 종업원 관리 등 기업수준에서 맞게 설정한다.? 위치전략기업의 경쟁 우선순위에 생산시스템의 조직을 결정하는 일로 생산시스템의 자원을 공정중심으로 모을것인지 아니면 제품중심으로 모을 것인지를 결정하게 된다.공정중심전략은 생산시스템의 자원을 공정 중심으로 모아서 조직화하는 전략이고, 제품중심전략은 생산시스템의 자원을 제품과 서비스를 중심으로 모아서 조직화하는 전략이다.? 경쟁우선순위경쟁우선순위란 기업의 장기적인 목표와 시장의 요구를 반영하여, 어떤 역량으로 경쟁할 것인지를 결정하는 것으로, 원가, 품질, 적시적소(빠른 공급), 유연성 등 4가지 측면에서 우선순위를 정하게 된다.원가는 생산부문에서의 낮은 원가를 바탕으로 시장에서 낮은 가격으로 승부하는 전략으로, 원가에 기초하여 경쟁하려면 생산부문의 노무비, 자재비, 불량품 폐기, 간접비 등을 줄이려는 전략이다.품질은 품질과 관련된 경쟁전략에는 고성능 설계를 바탕으로 한 전략과 일관된 생산품질을 기반으로 한 전략이 있다. 고성능 설계품질은 우수한 성능, 작은 허용오차, 높은 내구성을 기반으로 시장에서 우수한 품질로 경쟁하는 것이며,정확히 잘 지키는 능력을 기반으로 경쟁하는 전략, 개발속도는 초기의 아이디어 창출에서부터 최종적인 설계 및 생산까지의 시간, 즉 새로운 제품과 서비스를 빨리 시장에 출시하는 능력을 기반으로 한 전략이다.마지막으로 유연성은 다양한 변동에 품질, 시간, 원가 부분에 손실을 발생시키지 않으면서 대처하는 능력으로 고객화, 물량유연성으로 구분할 수 있다.즉 삼성전자는 위치전략에서 제품중심전략은 생산시스템의 자원을 제품과 서비스를 중심으로 모아서 조직화하는 하는 전략이고, 내수시장이 크고, 국내에서 가장 서비스부문에 1위를 하는 것을 볼 수 있다. 그리고 전략경쟁우선순위에서 원가와 품질을 중요시하는 전략을 세우고 있다. 고가의 IT부품이나 완제품을 제외한 나머지는 원가를 낮추는 전략이고, 또한 수작업의 요소가 포함된다. 국내에서 고가의 IT부품이나 완제품을 생산하므로써, 품질을 중요시하고, 내수고객의 신뢰도를 얻는 전략을 하고 있다.애플의 경우 원가에 대한 전략을 중요시하고 있다. 하지만 품질부분 역시 중요시하고 있다. 위 본문에서 볼 수는 없지만, 애플의 경우는 본사에서는 디자인만 생산하고, 하드웨어적인 부분은 다른 회사에 맡겨 각각 부품을 생산, 그리고 중국에서 생산하므로써, 원가를 낮추고 많은 이익을 창출하고 있다.결과적으로 수작업과 자동화의 생산전략은 각 기업의 주변환경과 경쟁전략에 따라 결정하게 된다.3. 제품의 다양성과 생산량에 따라 설비 배치는 job shop, 뱃치 생산, 셀 생산, 다량 생산, 흐름라인 생산으로 나눌 수 있다. 각 배치별로 한 개 이상의 예를 들어서 각 배치 방식의 특징에 대해서 설명하라.1) Jop shop(개별 주문생산)?정의-고객의 주문에 따라 주문생산ex) 공작기계, 조선, 병원 등?특징- 특정한 상황에 맞게 제조가능- 재고가 남지 않음- 적은 인력- 적은 마진2) 뱃치 생산(batch process)?정의- 주기적으로 일정량만큼 계획생산ex) 가구, 소(小)품종?특징- 특정기간동안 마진창출- 재고가 남지 않음- 변화에 민감함3) 4) 다량 생산?정의- 조립라인(assembly line)을 통한 대량 생산ex) 자동차?특징- 적은 원가에 다량 생산이 가능하다.- 창고 필요- 라인을 바꾸는데 많은 비용이 많이 든다.5) 흐름라인 생산?정의- 대규모 설비 투자에 의한 장치 산업 (석유화학, 비료 등)?특징- 초기 설치 후 이전이 힘들다.- 초기 자본이 많이 든다.4. NC)는 일반적인 절삭가공 형태에 따라, NC 선반, NC 드릴링머신, NC 밀링머신, NC 원통연삭기 등으로 나눌 수 있다. 각 종류에 대해 간략하게 서술하고, 4가지 유형별로 현재 판매되고 있는 국내외 NC 모델 1개씩을 찾아 모델명과 (여러가지 스펙들 중 각자가 중요하다고 생각되는) 중요 스펙 5가지를 기재하라.1) NC 공작기계란?수동핸들 대신 서보 모터를 구동시켜 2축, 3축을 동시에 제어하여 복잡한 형상도 정밀하게 단시간에 가공할 수 있다. 이와 같이 프로그램에 의하여 자동으로 작동되는 공작기계를 NC 공작기계라 한다.2) NC 공작기계의 이용시 장점? 제품의 균일성을 향상시킬 수 있다.? 생산능률 증대를 꾀할 수 있다.? 제조원가 및 인건비를 절감할 수 있다.? 특수공구 제작의 불필요 등 공구 관리비를 절감할 수 있다.? 작업자의 피로를 줄일 수 있다.? 제품의 난이성과 비례로 가공성을 증대시킬 수 있다.3) NC 공작기계의 제어방법? 개방회로 제어방식(Open-loop 제어)구동모터로는 스태핑 모터가 사용된다. 1펄스에 대해 1단계 회전하는 것을 이용하여 테이블이나 새들 등을 수치로 지령된 펄스 수만큼 이동시킨다.? 반폐쇄회로 제어방식(Semi closed-loop 제어)위치검출은 서보모터의 축 또는 볼스크류의 회전각도로 한다. 즉 테이블 직선운동을 회전운동으로 바꾸어 검출한다. 대부분의 NC 공작기계에 이 방식을 사용한다.? 폐쇄회로 제어방식(Closed-loop 제어)테이블에 직선형 스케일을 부착하여 위치를 검출한 후 위치편차를 피드백하여 보정한다. 특별히 정도를 필요로 하는 정밀 공작기계나 대형기계에 사용된

공학/기술| 2012.12.10| 18페이지| 1,000원| 조회(276)

로봇, 자동화, 메카트로닉스, 삼성애플

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2012년도 1학기 ‘선형시스템’ 설계과제

목차설계 문제 설명---------------------------------------------------------1상태피드백 설계--------------------------------------------------------3관측기설계------------------------------------------------------------11진상 보상기 설계-------------------------------------------------------14PID 설계-------------------------------------------------------------18최적제어(LQR) r=고정, Q=증가-------------------------------------------26최적제어(LQR) r=증가, Q=고정-------------------------------------------341. 열 개의 제어대상과 각 시스템에서 만족시켜야 하는 사양이 주어져있다. 이 중 하나 이상을 선정하여 다음에 지정한 세 종류의 방법을 적용한 제어기를 각각 설계하여라. 이 결과를 바탕으로 각 제어기 설계법이 가지는 특징 등을 간략히 언급하여 보아라.? 전달함수에 대한 상태방정식 표현으로부터 {상태피드백 + 관측기}의 방식으로 설계사양을 만족시키는 제어기 설계? 고전제어이론에서 일반적으로 사용되는 기법, 즉 진상, 지상 혹은 진지상보상기를 이용 하여 설계사양을 만족시키는 제어기 설계? PID제어기에 의한 설계, 즉 적절한 방법을 이용하여 PID 제어기의 각 파라미터(즉 KP, Ti, TD)를 결정하고, 이로부터 설계사양을 만족시킨다.PID 제어기의 전달함수:K _{P} =(1+ {1} over {T _{i} s} +T _{D} s)(2)````G(s)= {1} over {s(s+1)(s+5)}? ζ ≥ 0.707(감쇠비에 관한 조건)? Ts ≤ 4(정정시간에 관한 사양), ? Tr ≤ 5(상승시간에 관한 사양)? 비보상시스템의 응답곡선 및 근궤3일 때Simulink블록선도출력… 상태피드백을 했을 때, Ts가 3[s], ζ=0.707로 설계를 하였는데, 결과는 Ts는 3.25[s], ζ=0.7119가 나왔다. 이것은 3번째로 정한 극점이 좌반면으로 더 이동시키면, Ts사항은 좋아지지만, 출력의 크기가 너무 작게 나온다. 그래서 이번 설계에서는 지배극점의 실수부의 10배 증가한 값으로 선택하였다.2. 관측기 설계※가관측성 확인A=[-6 -5 0;1 0 0;0 1 0];B=[1 0 0]';C=[0 0 1];D=0;M=obsv(A,C)disp('가관측성 행렬의 랭크갯수')rank(M)disp('가관측성 행렬의 det(M)')det(M)… 가관측성이 확인되어 관측기 설계가 가능하다.? 비보상 시스템의 상태방정식 표현Question.2의 상태방정식 표현?폐루프시스템의 응답속도보다 10배 빠르게 개선하는 관측기 설계(A ^{T} -C ^{T} K ^{T} ) ^{T} =A-kCA ^{T} = LEFT [ {matrix{-5&```1&``````0#-6&```0&``````1#0&```0&````0}} RIGHT ] ,``C ^{T} = LEFT [ pile{pile{0#0}#1} RIGHT ] ,``K ^{T} = LEFT [ k _{1} `````k _{2} `````k _{3} RIGHT ](sI-(A ^{T} -C ^{T} K ^{T} ))= LEFT [ {matrix{s+5&```-1&`````````0#6&````s&```````-1#k _{1}&k _{2}&`````k _{3} +s}} RIGHT ] 관측기의 추정오차에 대한 상태 방정식은{d} over {dt} vec{e} `(t)`= {d} over {dt} vec{hat{x}} (t)- {d} over {dt} vec{x} (t)#````````````````````````````=(A-KC) vec{hat{x}} (t)+KC vec{x} (t)+B vec{u} (t)-A vec{x} (t)-B vec{u} (t)#`````````````````을 만족시킨다.PID 제어기의 전달함수:K _{P} =(1+ {1} over {T _{i} s} +T _{D} s)K2.05오버슈트4.34지배극점-0.448±0.449i2. PID TS와 Tr이 줄어 들도록 PID 설계①T _{s} =3[s]`이므로,THEREFORE ` {4} over {xi omega _{n}} `=3[s]``이다.zeta omega _{n} =1.333 이다zeta ` omega _{n} RARROWT _{s} =3[s]을 만족하는 극점의 실수부입니다.zeta `=`0.707가 0.707일 때, 좌반면에45 DEG 의 각도이므로, 허수부는omega _{d} ``=`1.3333 TIMES tan(180-45)``=`1.3333j가 된다.그러므로T _{s} =3[s]를 만족하고zeta `=`0.707(%OS`=`4.34)를 만족하는 극점은S _{1,2} ````=``-1.3333`±1.3333j 가 결정됩니다.S _{1} ````=``-1.3333`+1.3333j 를 선택한후근이 근 궤적상에 존재하기 위해180 DEG 의 홀수배가 되는 점을 찾는다.(피드백이 (-)이므로 홀수배를 구함)모든 각도의 합RARROW 135 + 104.0362 + 19.9831 = 259.0193 이다근 궤적상에 있는 테스트 점을 통과하기 위해서는 보상기 영점에 의한 각도가 259.0193 ?180 = 79.0193이 되어야 한다. 보상기의 영점을 구한다면{1.3333} over {1.3333-Z _{c}} `=`tan(180-79.0193)Z _{c} `=`1.592042118 으로 결정된다3. 설계한 영점을 시스템에 적용, 근궤적을 이용해 이득을 구해 보상된 출력을 본다.①p=-1.13+1.13i일`때,zeta `=`0.707이며,`이득`K=5.98이다.( zeta ` LEQ `0.707)②p=-1.01+1i일`때,zeta `=`0.711이며,`이득`K=5.08이다.(`` zeta ` LEQ `0.707)③p=-0.997+0.983i일`때,zeta `=`0.71 vec{x ^{T}} (t)} [Q+F ^{T} RF``] vec{x} (t)]dt``(A-BF)```안정하다고`가정J`=` vec{x _{o} ^{T}} P` vec{x _{o}} ``= int _{0} ^{INF } {{- {d} over {dt} [` vec{x} ^{T} (t)P` vec{`x} (t)]}dt`} 로 표현이 가능하다.vec{x ^{T}} (t)(Q+F ^{T} RF) vec{x} (t)=- {d} over {dt} ( vec{x} ^{T} (t)Px(t))을 얻고, 위 식의 오른쪽 항의 미분을 수행하고,{d} over {dt} vec{x} (t)`=`(A-BF) vec{x} (t)대입하면,vec{x} ^{T} (t)(Q+F ^{T} RF) vec{x} (t)=-( {d} over {dt} vec{x} ^{T} (t))P vec{x} (t)- vec{x} ^{T} P( {d} over {dt} vec{x} (t))#``````````````````````````````````````````````````````````````````````````````=- vec{x} ^{T} (t)[(A-BF) ^{T} P+P(A-BF)] vec{x} (t)그러므로```` RARROW ````````(A-BF) ^{T} P+P(A-BF)```=`-(Q+F ^{T} RF) 를 만족한다는 것을 알 수 있다J= int _{0} ^{INF } {[ vec{x ^{T}} (t)} Q vec{x} (t)`+ vec{u ^{T}} (t)R vec{u} (t)]dt``를 최소로 하는 피드백 행렬은R``=`정정인`실수행렬`가정R`=`T ^{T} T 로 분해가 가능하고(A ^{T} -F ^{T} B ^{T} ``)P+P(A-BF)+Q+F ^{T} T ^{T} T`F=0 이것은 다시A ^{T} P+PA+[TF-(T) ^{-1} B ^{T} P] ^{T} [TF-(T) ^{-1} B ^{T} P]-PBR ^{-1} B ^{T} P+Q=0vec{x ^{T}} (t)[TF-( 증가시키면,x(t)를 빨리 영으로 수렴하게 하는 것이 J값을 최소화 하는 방법이 다.J= int _{0} ^{INF } {[ vec{x ^{T}} (t)} Q vec{x} (t)`+ru ^{2} (t)]dt``,u(t)=- vec{f} _{0} BULLET vec{x} (t)ru2(t)이 고정이고, Q가 커짐에 따라 평가함수 J를 줄이기 위해, 피드백 이득vec{f}가 증가하는 것을 확인할 수 있다.이것은 Q의 증가에 따른 J의 증가를 방지하기 위해서, 제어입력vec{u} (t)=- vec{f} _{0} vec{x} (t)의r과`u(t)는 변함이 없지만,vec{x} (t)를 최소화 하기위해 피드백 이득vec{f}를 커지는 것이다.? 오픈루프의 주파수 특성< 오픈루프의 주파수 특성 >Q=qI,````R=r=1qGM(이득여유)PM(위상여유)w _{gc}(이득교차주파수)w _{pc}(위상교차주파수)1-15[dB]83.9˚2.01[Hz]12.8[Hz]10-22.4[dB]88.9˚2.12[Hz]37.9[Hz]102-31.6[dB]89.5˚2.16[Hz]118[Hz]103-41.3[dB]89.8˚2.17[Hz]369[Hz]106-71.2[dB]90˚2.17[Hz]1.17[kHz]… 원조건에 성립하면,L(s)의`w -> INF 에서의 위상지연은 90˚인 조건을 확인 할 수 있다.? 폐루프의 극MABLAB폐루프 극점E1=det(s*eye(3)-a+b*gain1);E2=det(s*eye(3)-a+b*gain1);E3=det(s*eye(3)-a+b*gain1);E4=det(s*eye(3)-a+b*gain1);E5=det(s*eye(3)-a+b*gain1);solve(E1)solve(E2)solve(E3)solve(E4)solve(E5)Q=qI,````R=r=1q피드백 벡터S _{1,2,3}1[ -0.7325+j2.1465 , -0.7325-j2.1465 , -12.0021 ]10[ -0.7335+j2.1782 , -0.7335-j2.1782 , -36.9581 ]102[ -0)

공학/기술| 2012.08.05| 37페이지| 4,000원| 조회(258)

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matlab을 이용한 여러가지 선형시스템 분석

선형시스템 설계 예비과제(2012년도 1학기)[문제 1] - double integratorSimulink를 이용하여 이중적분(double integrator) 시스템의 계단응답을 확인하고자한다. 우선 이중적분 모델을 다음에 지시하는 바와 같이 세 가지 형식으로 구성하고아래의 각 물음에 답하라.1. 전달함수 블록을 이용한다.2. 두 개의 적분기 블록을 직렬로 연결하여 작성한다.3. 상태방정식 블록을 이용한다.[물음 1] 위에서 작성한 모델 1과 2에 의해 얻어진 상태방정식 표현, 즉 �匿� �餐� �餐� �餐ㅙ�는 동일한가? 만약 차이가 있다면 그 이유를 설명하라.①전달함수블록 이용Simulink블록 구성Scope결과· linmod함수를 이용해 상태방정식 표현Simulink블록 구성Scope결과②적분기 두 개를 이용Simulink블록 구성Scope결과· linmod함수를 이용해 상태방정식 표현Simulink블록 구성Scope결과Model1과 Model2의 스텝입력에 대한 출력값은 동일하지만, linmod함수를 사용해 상태방정식의 [A B C D]의 계수를 구해보면 위의 그림과 같이 B, C, D는 동일하지만 Model1의 A행렬과 Model2의 A행렬을 비교했을 때, Model1는 a21에 1이 존재, Model2는 a12에 1이 존재함을 알 수 있다. 일단 전달함수가 분모가 2차이기 때문에, 상태변수는 2개가 존재하며, 이 이론을 전제로 두 시스템의 상태방정식을 블록선도로 구현했을 때,{d} over {dt} X _{1} =X _{2} 가`되거나` {d} over {dt} X _{2} =X _{1}되는 관계가 되는 것을 확인할 수 있고, 이건 상태변수간이 선형독립이 아닌 것을 볼 수 있다. 그러므로 Model1과 Model2의 각각A행렬의 a21과 a12가 다르다, 그러므로 Simulink에서 전달함수 블록으로 만든 Model1과 적분기 2개의 직렬로 구성한 Model2의 상태방정식표현은 [A B C]의 차이로 다르게 표현되었다.하지만 이것은 상태변수의 선정on -w(t),angle of shaft rotation -��alpha (t).��· 시스템의 입력:u(t)=500##M _{0} =1000�� 狼司司�· 시스템의 파라미터:R=10, L=10-3, Ce=50, Cm=100, J=100[1단계] 위의 상태방정식표현을 이용해 Simulink로 블록선도 표현 및 출력Simulink 블록선도출력파형출력Armature current -i(t)0.5초때 모든 입력이 될 때, Dc drive에 전류가 급격히 올랐다가 10의 값에 수렴, 그리고 2초뒤에 원점을 기준으로 한 대칭의 전류파형을 구할수 있는데, 이것은 플래밍의 법칙을 기반으로 120°의 간격으로 3개의 코일의 힘이 합해져 모터가 회전하는 것을 나타낸다.Speed of rotation -w(t)0.5에서 스텝입력일 경우, 각속도w(t) 는 급격히 증가하다가일정한 값에 수렴하는 것을 볼수 있으며, 이것은 실제 DC모터가 일정하게 회전하고 있다는 것을 알 수 있다.angle of shaft rotation -��alpha (t)��회전각은 각속도에 비례하므로, 각속도가 0.5~1.5초까지 극격히 증가하는 부분에서는 비선형의 모양을 보이다가, 각속도가 일정해지는 구간에서는 선형적으로 증가하는 것을 볼 수 있다.(변위에 해당)[단계 2] 위에서 작성한 블록선도로부터 명령어 ‘linmod’를 사용하여 상태방정식 구한다. 즉 [A, B, C, D]=linmode(‘filename’)을 실행한다.[단계 2-1] 상태방정식 표현을 통한 [A,B,C,D]u(t)=Ri(t)+L {di(t)} over {dt} +E(t)##RARROW ``각각의`출력을`i(t)=x _{1} ,``w(t)=x _{2} ,`` alpha (t)=x _{3} `상태변수`선정.##u(t)=Rx _{1} +L {dx _{1}} over {dt} +C _{e} x _{2} ````````` BULLET [E(t)=C _{e} w(t)]##{dx _{1}} over {dt} `=`- {R} over {L}{C _{e}} over {L}&#&&#`````` {C _{m}} over {J}&0&}} vec{x} (t)`+` {pmatrix{```` {1} over {L}&&`````0#&&#````0&&- {1} over {J} ```}} {pmatrix{&u(t)&#&&#&M _{0}&}}##vec{dot{x}} (t)= {pmatrix{-10000`&-50000`&#&&#1&0&}} vec{x} (t)`+` {pmatrix{````1000&&``````0#&&#`````0&&- {1} over {100}}} `` {pmatrix{&u(t)&#&&#&M _{0}&}}#y(t)= {pmatrix{1&&0#&&#0&&1}} vec{x} (t)[단계 4-2] matlab을 이용한 상태방정식 표현linmod함수를 이용한 [A, B, C, D]값Simulink구성출력[단계 5] 미분방정식 ①을 라플라스 변환하여 전달함수 표현을 구한다. 이 전달함수표현을 역시 Simulink의 전달함수 표현블록을 이용하여 simulation을 수행한다.u(t)=Ri(t)+L {di(t)} over {dt} +E(t) BULLET BULLET BULLET (1)식`##u(t)=Rx _{1} +L {di(t)} over {dt} +C _{e} w(t)````````` BULLET [E(t)=C _{e} w(t)]##RARROW 라플라스`변환을`하면,`단`초기값은``0이다.##u(S)=RI(s)+sLI(s)+C _{e} W(s)##(R+sL)I(s)+C _{e} W(s)=`u(S) BULLET BULLET BULLET BULLET BULLET (1)##M _{e} (t)=C _{m} i(t),````M _{e} (t)=M _{0} +J {dw(t)} over {dt}##RARROW 라플라스`변환을`하면,`단`초기값은``0이다.##C _{m} I(s)`=M _{0} +sJW(s)##C _{m} I(s)-sJW(s)`=M _{0} (S) BULLET BULLET BULLET BULLET BULLE#``````````````````````y=[1`````````2`````````1]xsol) matlab을 이용해 가관측성행렬과 과제어성 행렬을 구한다.함수 ctrb와 obsv를 이용한 매트랩 명령어A=[-1 1 0;4 0 -3;-6 8 10];B=[1; 0; -1];C=[1 2 1];M=obsv(A,C) //과관측성행렬rank(M)W=ctrb(A,B) //가제어성행렬rank(W)가관측성 행렬M과 랭크갯수가제어성 행렬W과 랭크갯수가관측성의 되기위한 조건에서 크기{(p×n)×n}인 가관측성 행렬의 랭크는 n이며, 즉①rankM == rank {bmatrix{&C&#&C&A#&eqalign{.#.#CA ^{n-1}}&}} =n② 임의의`s IN C(복소수)에 대해여rank {pmatrix{vec{c}&#vec{c}&A}} =n````````{s IN C(복소수)}가 성립해야한다. 위에서 시스템의 경우 n=3이며,M= {pmatrix{1&`2&`1#1&`9&`4#`11&`33&`13}}의 랭크도 3이다. 그리고 det(M)=-19이므로 가관측성의 두 번째 조건에도 만족하므로 이 시스템은 가관측이다.그리고 가제어으로 되기 위한 필요충분조건은①W=[B,AB,A ^{2} B, BULLET BULLET BULLET ,A ^{n-1} B]에`대해#```````````````````#```````````````````rankW=n이`성립.②임의의`s IN C(복소수)에`대하여#`````````````````#````````````````rank[sI-A,`B]=n성립(s가`A의`고유값이`아닐때`랭크는`n이다)W= {pmatrix{1`&`-1```&```8#0&``````7&```44#-1&-16&-98}}의 랭크 3이며, 위의 시스템의 n과 동일하며, det(W)=118이므로 이 시스템은 가제어이다.MP 11.2 만약 이 시스템이 가제어 및 가관측이라면, matlab이용 전달함수를 만들어라.dot{x} = {pmatrix{```````0`````&``````1`#-2```0 ^{-15} )s ^{1} +5} over {s ^{4} +0.5s ^{3} +0.1s ^{2}}… s가 약분되면서, 상태변수의 하나가 불과제어라는 것을 확인할 수 있다. 나머지 변수는 제 어 가능.(c) (b)에서 변수들 중 어느 부분이 가제어성인지 확인하라.가제어 요소 찾기A=[0 1 0 0 0;-0.1 -0.5 0 0 0;0.5 0 0 0 0;0 0 10 0 0;0.5 1 0 0 0];B=[0; 1; 0; 0; 0];C=[0 0 0 1 0];D=0;W=ctrb(A,B);rank(W)R=[1 0.1 0.5 1 1;0.1 0.5 1 1 0;0.5 1 1 0 0;1 1 0 0 0;1 0 0 0 0]T=W*R;At=inv(T)*A*T,bt=inv(T)*B(출력)…z _{1,`} z _{2,} `z _{3} 은`입력에`의해`제어가`가능하고,`#z _{5} 는`시간에`지남에`0으로`수렴하지만,`#z _{4} 는`시간이`지나도`발산하게`된다.`#제어가능한`변수는`z _{1,} `z _{2} ,`z _{3} 이다.(d) 일정한 속도의 유도미사일은 안정한가?… 위에서 보듯이 z4에 의해 불안정하다.(e) 다양한 상태의 모델 중 제어가능성과 복잡성 둘의 친밀한 관계에 대해 논의하라.(상태변수 들 중 하나가 어디에 있는가에 의해 복잡성은 측정된다.)… 정확히 complexity의 의역을 할 줄 몰라서, 복잡성이라고 해놨지만, 문제 흐름상 제어가능 성과 가안정성에 대한 질문인 듯 하다. 시스템에서 보듯이, z1~3번까진 입력에 의해 제어가 가능하지만, z4는 발산, z5는 수럼한다. 이것은 A행렬의 일반식을 보면 (s+a)(s+a2)…이라 eAt가 A행렬의 고유값의 실수부가 음이면, 0으로 수렴해 시간이 지나면 시스템에 영향을 끼치지 않고, 양일경우는 발산하여 불안정하게 만드는 것을 볼 수 있다.MP11.5 수직이착륙중인 비행기의 선형화된 모델은dot{x} =Ax+B _{1} u _{1} +B _{2} u _{2}##where##A= {pmatrix{-0.0366&````

공학/기술| 2012.08.05| 33페이지| 3,500원| 조회(326)

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