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[하이브리드] HYBRID 자동차의 구성연구 및 동향 평가B괜찮아요

卒業論文HYBRID 자동차의 구성연구 및 동향0000年 00月00大學校工科大學機械工學科000Abstract1. 연구제목 : 하이브리드 자동차의 구성연구 및 동향2. 연구목표 : 국내 하이브리드 자동차의 발전 방향① 세계 기술규격 추세. ( THS-2, IMA etc. ) - 국내 시장 적합성② 국내 특수성 감안 시( 평균시속 / 지형 ) 발전방향③ 현재 국내 개발 차종 분석 / 평가 ( 현대클릭 등 )목 차 TOC o "1-2" h z u HYPERLINK l "_Toc91322709" 1. 서론 PAGEREF _Toc91322709 h 4 HYPERLINK l "_Toc91322710" 2. 차세대 자동차 개발의 필요성 PAGEREF _Toc91322710 h 6 HYPERLINK l "_Toc91322711" 2.1 환경 문제 PAGEREF _Toc91322711 h 6 HYPERLINK l "_Toc91322712" 2.2 화석 연료의 고갈 PAGEREF _Toc91322712 h 6 HYPERLINK l "_Toc91322713" 3. 저공해 자동차, 저연비 자동차 PAGEREF _Toc91322713 h 8 HYPERLINK l "_Toc91322714" 3.1 기존 내연기관 자동차에 대한 검토 PAGEREF _Toc91322714 h 8 HYPERLINK l "_Toc91322715" 3.2 각종 규제에 대한 그 동안의 대응책 PAGEREF _Toc91322715 h 8 HYPERLINK l "_Toc91322716" 3.3 완전한 환경친화 차량의 예 PAGEREF _Toc91322716 h 9 HYPERLINK l "_Toc91322717" 4. 하이브리드 자동차 PAGEREF _Toc91322717 h 11 HYPERLINK l "_Toc91322718" 4.1 Hybrid 에 대해 PAGEREF _Toc91322718 h 11 HYPERLINK l "_Toc91322719" 4.2 Hybrid 자동 연비 혁신을 갖는 자동차의 개발이었다. (당시 자동차의 연비는 약 26.6MPG 이었는데, 이의 3배라면 약 80MPG에 달한다. MPG는 1갤런의 연료로 갈 수 있는 마일 수로서, 80MPG 라면, 약 34km/liter에 이르는 연비이다.) 그리고 이러한 연구들은 현재 상당한 진척 단계에 이르렀고, 머지 않아 화석 연료에서 완전히 벗어날 수 있을 것으로 보인다.3. 저공해 자동차, 저연비 자동차3.1 기존 내연기관 자동차에 대한 검토차세대 자동차에 대해 검토하기에 앞서, 기존의 내연기관을 이용한 자동차에 대해 먼저 살펴볼 필요가 있을 것이다. 현재의 자동차는 크게 가솔린 자동차와 디젤 자동차로 나눌 수 있다. 같은 내연기관이지만, 사용되는 연료가 다르고, 따라서 그에 따라 동력을 얻어내는 방법이 다르고, 또한 공해 배출 물질도 서로 다르다.먼저 오염 물질 배출의 측면에서 살펴보면, 가솔린 자동차는 주로 CO, HC, NOx가 주 배출물이다. 디젤 자동차는 CO 와 HC가 가솔린 자동차에 비해 아주 적으나 NOx와 PM이 많이 배출된다. 그리고 두 가지 형식 모두 이산화탄소의 배출 또한 심각하다. 1950년대 미국의 스모그 피해 이후에 자동차의 매연에 대한 각종 규제가 법률로 제정이 되어 시행되어 오고 있으며, 현재 차량의 대수가 급격히 증가함에 따라 이러한 규제들도 점점 엄격해 지고 있는 실정이다.3.2 각종 규제에 대한 그 동안의 대응책1980년대 중반에 기존 가솔린 엔진의 가장 대표적인 오염 물질인 CO, HC, NOx를 후처리 할 수 있는 삼원 촉매가 개발되었다. 이는 배기가스를 각종 귀금속을 이용한 촉매로서 산화, 환원을 시켜서, 유독하지 않은 이산화탄소와 질소로 만들어 배출하는 기술이다. 가솔린 엔진의 경우 이 삼원 촉매를 사용함으로써 CO, HC, NOx를 모두 90% 이상 저감할 수 있는 혁신적인 기술이었고, 이는 저공해 자동차 개발에 매우 중요한 계기가 되었다.그리고 이 촉매 활성화를 위해 연료의 무연화가 이루어졌고, 적절한 양의 공연비를 기를 통해 자동 변속기와 같은 운전의 편리성 등을 제공할 수 있는 자동화 변속기는 아직 변속시의 승차감, 제어방식 등에 대하여 개선해야 할 부분이 많다.▷ 티노의 CVT 분석티노(닛산) :엔진을 연비효율이 높은 영역에서 최대한 운전하는 하이브리드차에는 필수의 장비가 바로 CVT이다. 엔진/모터/제너레이터를 유성기어 차의 각각의 요소에 연결되어 선기어에 연결하는 제너레이터의 회전수를 연속적으로 제어하는 것으로 무단계의 변속화, 즉 CVT의 기능을 한다. NEO HS의 CVT는 2가지로 대응하는 구폭가변형 V구 풀리로 구동력 전달용 금속벨트를 조합한 보통의 CVT가 사용되었다. 이 CVT에는 금속벨트에 풀리를 누르기 위한 유압이 필요하다. 가솔린차용 CVT에서 이 유압은 엔진으로 구동되는 오일 펌프에서 얻는다. 모터 등으로 주행을 할 수 있는 하이브리드차에서는 엔진에 구동되는 오일펌프에서만은 모터로 주행할 때 유압이 나오지 않기 때문에 전동식 유압 펌프가 특별히 채용되었다. 이 유압에 의한 마찰작용은 구동력의 전달에는 미치지 못하는 존재이지만, 동시에 마찰손실을 동반하는 연비향상의 진행을 방해하는 존재이기도 하다. NEO HS에서는 구동 토크에 대해 정확하게 예측이 가능하다고 하는 특징을 이용해 풀리 압착유압의 최적제어를 꾀하고 있다. 결국, 구동 토크가 작을 때는 유압를 낮게 하고 필요 이상으로 마찰손실을 크게 하지 않게 해서 연비 상승을 가능한 한 억제한다. 가솔린차의 경우, 예측에 어려움이 있기 때문에 유압이 항상 높게 걸려있다.시프트 포지션(shift position)은 P·R·N·D·L로 리버스(R) 기어는 없고, R에서는 모터가 역전한다. 실렉트 레버의 스위치를 누름으로서 변속화가 전체적으로 높아지고, 결국 큰 구동력을 발생시키는 스포츠 모드도 가솔린차와 같이 설정되어 있다.4.7 하이브리드 자동차의 제어하이브리드 차량과 같은 이중 동력 공급 시스템의 가장 중요한 이점은 두 동력원들 간의 동력 분배에 대한 유연성을 부여할 수 있다는 것이다. 이러한 융통주행 제어는 다음의 단계로 이루어진다.초기 가속 구간에서는 배터리와 모터가 모든 힘을 공급한다.15~17mph 정도가 되면 가솔린 엔진이 구동 되며 그 힘이 전달된다.차가 고속으로 달리게 되면 가솔린 엔진과 모터의 힘이 결합되어 전달된다.고속도로에서 가솔을 할 때는 전기모터가 부가적인 힘을 전달해 준다.정지시에는 가솔린 엔진은 정지한다.이러한 구성 요소는 기존의 변속기와 거의 바뀌지 않은 용적과 형태로 일체화되어 승용차로의 탑재성이 높아지고 있다. 기존의 1.5liter의 가솔린 엔진을 탑재한 AT차와 비교했을 경우 가속 성능 등의 차량 성능이 더 뛰어났고, 이산화탄소 배출량은 약 1/2, CO, HC, NOx의 배출량도 규제치의 1/10이라고 한다. 또한 주행시 28km/liter의 연비를 달성하였다.● 도요다의 하이브리드 시스템패러렐 방식에 시리즈 방식을 조합시킨 것으로 기본 구성은 엔진/모터/배터리/동력분할기구/인버터 등으로 되어 있다. 기본동력원은 엔진으로부터 얻을 수 있고, 그 동력은 동력분할기구에 의해서 휠의 구동력과 발전기의 구동력으로 분할된다. 발전기에서 발전된 동력은 모터의 구동력으로 직접 이용되는 한편 인버터에서 직류로 교환된 후 고전압 배터리로 저장된다.이러한 구성요소는 기존의 변속기와 거의 바뀌지 않은 용적과 형태로 일체화되어 승용차로의 탑재성이 높아지고 있다. 기존의 1.5 가솔린 엔진 탑재 AT차와 비교했을 경우 연비가 뛰어난 차로 팔리는 것으로, CO의 배출량은 약 2/1, CO·HC·NOx의 배출량도 규제치의 약 10/1로 한층 환경을 생각한 시스템이다.5.4 Honda의 하이브리드 – InsightHonda의 하이브리드 자동차 Insight는 Toyota에 이어 1999년에 두 번째로 양산되어 판매되고 있는 병렬형 하이브리드 자동차이다. 시스템의 소형, 경량화가 중시되는 Honda의 하이브리드 시스템은 약 50kg정도로 Nissan이나 Toyota의 반 이하로 낮추고 있다. 이는 차의 여러 부분들에 무거운 자제의 사용은 억제하고,출시장에 대한 지속적인 유지 및 국외 완성차업체에 대한 관련부품(축전지의 경우 충분한 가능성이 있음) 수출 등도 꾀할 수 있다고 평가된다.6.2 장애 요인6.2.1 기술적 장애 요인하이브리드 자동차 중 현재 선호되는 병렬식의 경우에는 독자적인 동력결합시스템의 개발을 필요로 하고 있으며 현재 하이브리드 기술의 우위를 점하는 업체들은 공통적으로 이 기술 부분에 많은 투자와 이에 대한 특허를 보유하고 있다. 우리나라도 상용화를 성공하기 위해서 경쟁력있는 동력결합시스템의 특허기술을 보유하여야하는데 매우 미흡한 수준의 하이브리드 자동차 출원건수를 보유하고 있어 부족함이 많다. 또한 엔진/클러치/변속기/모터/generator/starter/밧데리를 제어하여 차량을 효율적이고 통합적으로 관리하는 Hybrid Electric Control Unit(HECU)에 대한 제어기술과 시험평가기술도 미흡하다. 하이브리드 자동차개발을 위해서는 대규모의 인력과 비용이 필요하기 때문에 만큼 국가적 지원을 통하여 하이브리드 자동차용 동력시스템의 고유 모델 개발이 이루어져야 한다.6.2.2 기술 외적 장애 요인하이브리드 자동차는 아직 성숙되지 않은 성능향상 과정에 있는 차량시스템으로서 부가되는 장치가 많기 때문에 차량가격이 높아 기존차량에 비하여 가격 경쟁력이 떨어져 시장 점유율이 매우 적다. 이러한 가격 상승을 보완하기 위해서 세금 감면과 같은 정책적인 측면에서 뒷받침이 되지 않는다면 대중화에는 많은 시간이 소요되리라 예상된다.6.3 기대 효과6.3.1 기술적 효과하이브리드 자동차의 동력시스템은 관련 부품으로서 변속기 / 클러치 / 모터 / 제너레이터 / 스타터를 포함할 뿐 아니라 동력원인 엔진/배터리 등과 같은 핵심적인 부품과도 직접 연계되어 있어서 부품산업으로의 신제품 파급효과가 매우 크다. 제어기술로는 동력분배 및 주행제어기술, 전력변환기술, 전력회생 및 회생제동기술 등이 개발되어야 하는데 동력계통의 독자 ECU가 적용될 수 있는 기회라고 보인다.한편 하이브리드 자동차용 엔진은 비교적GE 2

학위논문| 2005.01.14| 47페이지| 3,000원| 조회(2,509)

자동차, 하이브리드, 기계공학, hybrid, Hybrid 자동차

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[기계공학실험] 복합재료

복합재료의 종류복합재료란 두 가지 이상의 재료가 조합되어 물리적·화학적으로 서로 다른 상(phase)을 형성하면서 보다 유효한 기능을 발현하는 재료이다.복합재료는 강화재의 구조에 따라 섬유강화 복합재료(fibrous composite), 입자강화 복합재료(particulate composite)로 구분되고 강화하는 재료(matrix:기지재료)에 따라 고분자복합재료(polymer matrix composite), 금속복합재료(metal matrix composite), 세라믹복합재료(ceramic matrix composite)로 나누어진다. 이 중에서 섬유강화의 개념과 고분자기지재료를 조합한 섬유강화 고분자복합재료(fiber reinforced plastics:FRP)가 현대 복합재료의 중추적인 역할을 하고 있다. FRP의 개념은 철근콘크리트에 비유되기도 한다. 고분자기지재료의 강도를 1이라 하면 유리섬유와 탄소섬유는 각각 25∼40이며, 강성(stiffness)은 고분자재료에 비해 유리섬유가 20배 이상이고 탄소섬유는 70배를 상회한다. 이와 같은 물성은 강철보다 우수하거나 필적하는 것이나 무게가 금속에 비해 가벼우므로, 더욱 가벼운 고분자기지재료와 조합되는 FRP는 '강철보다 강하고 알루미늄보다 가벼운' 이상적인 경량구조재가 된다.섬유강화 복합재료섬유 강화 복합 재료(fiber reinforced composite materials)에서 기지 재료로는 폴리에스테르와 에폭시 수지가 쓰인다. 폴리에스테르 수지는 값이 싸나, 에폭시수지만큼 강하지 못하다. 이 재료는 보트의 선체, 빌딩의 패널, 자동차나 항공기의 패널로 쓰인다. 에폭시수지는 값이 비싸지만 강도가 좋고, 건조 후에 수축이 거의 없으며, 탄소나 아라미드 섬유의 기지로 흔히 쓰인다. 이 재료에 쓰이는 섬유로는 유리, 탄소, 케브라, 붕소 섬유 등의 여러 가지가 있으며, 그 중에서 유리 섬유와 탄소 섬유가 많이 쓰이고 있다.△ 유리 섬유 강화 폴리에스테르 수지이 재료의 강도는 주로 유리의 함유량과 유리 섬유의 배열에 의존하는데, 일반적으로 유리의 함유량이 높을수록 강하다.△ 탄소 섬유 강화 에폭시 수지섬유는 높은 인장 성질에 기여하고, 기지는 섬유의 배열과 일부 충격 강도에 기여한다. 탄소 섬유의 장점은 고강도와 고탄성 계수, 저밀도이므로, 경량화가 중요한 항공기, 우주선에 쓰이고 있다. 피로 한도도 알루미늄 합금에 비하여 우수하다.금속 복합재료금속 복합 재료는 입자 분산 강화 금속(particle pisperced strengthen metals), 섬유 강화 금속(fiber reinforced metals)등 기계적인 성질의 향상을 목표로 연구, 개발되고 있다. 금속 합 재료는 많은 종류가 있는데, 기지를 금속으로 한 경우에 상온의 특성을 고온까지 유지시킬 수 있다는 점과, 복합화할 때에 그 온도가 고온으로 된다는 점이 다른 복합 재료와의 차이점이다. 금속 복합 재료에는 입자 분산 강화 금속, 섬유 강화 금속 흑은 금속 기지 복합 재료(metal matrix composites), 적층 재료 등이 있다.△ 입자 분산 강화 금속입자를 분산시킴으로써 기지 자체의 변형 저항을 높이고, 고온에서의 탄성률, 강도, 크리프 특성 등을 개선하기 위해 개발된 재료이다.△ 섬유 강화 금속금속 중에 강도나 강성이 높은 섬유를 집어 넣어 재료에 작용하는 힘을 주로 섬유에 받게 하여, 기지 자체로서는 얻을 수 없는 기계적 성질을 얻는 것을 주목적으로 하는 재료이다.△ 적층 재료두 종류 이상의 금속 또는 금속과 플라스틱이나 세라믹을 서로 겹쳐서 각 소재가 가지는 특성을 균형 있게 만든 재료이다. 이 재료는 다른 금속 복합 재료에 비해서 공업 재료로서의 위치를 확립하고 있다. 이것은 제조 기술이 비교적 단순하고, 제조 방법에 따라서는 대형인 것을 연속적으로 제조할 수 있다.골재복합재료콘크리트(concrete)는 골재 복합 재료(aggregate composite materials)의 좋은 예이다. 콘 크리트에서 골재라는 용어는 모래(미세 모래)와 자갈(조대 골재)을 혼합한 것에 기인한다. 콘크리트의 이 성분은 천연 재료로서, 보통 높은 밀도와 강도를 가지고 있기 때문에 많이 사용되고 있다. 일정 콘크리트의 혼합물 중에서 미세 및 조대 골재를 함유하는 이유는, 미세 입자는 더 큰 입자들 사이의 틈을 채운다. 철근과 콘크리트가 조합하여 철근 콘크리트가 되며, 이것은 복합 재료에 다시 복합시킨 좋은 예이다. 골재를 둘러싸는 기지가 시멘트(cement)이며, 이름이 뜻하는 바와 같이 이것은 골재 입자를 단단한 고체로 결합한다. 최근 콘크리트는 포틀랜드 시멘트(Portland cement)를 뜻한다강도 (strength)내식성 (corrosion residtance)강성도 (stiffness)피로수명 (fatigue)내마모 특성 (wear residtance)충격특성 (impace residtance)고온 전열성 특성 (electrical insulation)단열성 (thermal insulation)경량화 (weight reduction)1) 높은 비강도와 비강성 (비중이 낮다)섬유강화 복합재료 들은 낮은 비중 때문에, 높은 비강도(strength/density)와 비탄성계수(modulus/density) 값을 가지게 된다. 그리고 섬유강화 복합재료는 일반적으로 좋은 피로 특성을 가지고 있기 때문에, 무게를 줄여야 하는 우주항공재료나 자동차의 재료로 사용되고 있다.(2) 높은 감쇠 특성고분자재료를 모재로 갖는 섬유강화 복합재료는 모재의 높은 감쇠(damping)특성때문에 일반적으로 높은 감쇠특성을 지니고 있다. 이러한 복합재료는 동시에 높은비강성을 가지므로, 구조용 재료로 사용할 경우에 구조의 높은 고유진동수를 가져오며, 외부의 요인에 의하여 진동이 발생할 경우 쉽게 진동을 흡수하므로, 동력 전달축 등에 사용된다.3) 낮은 열팽창 계수탄소섬유로 강화된 복합재료는 섬유방향으로 낮은 열팽창계수를 가지므로, 우주선과 같이 고온과 저온에서 동시에 사용되는 구조재료로 사용되어 치수의 안정을 가져온다.4) 이방성(anisotropy)전통적인 재료인 강철이나 알루미늄은 등방성(isotropic)이나, 복합재료는 섬유방향으로 특별히 높은 강도와 강성을 나타내는 이방성(anisotropic)이다. 따라서 섬유강화복합재료를 이용하여 구조를 설계하는 일은 등방성 재료를 사용하여 설계하는 것보다훨씬 복잡하게 된다. 그러나 알고 있는 특정한 방향으로만 응력이 작용할 경우(일방향 등) 강성과 강도를 높여서 재료의 낭비를 막을 수 있다.

공학/기술| 2004.04.28| 4페이지| 1,000원| 조회(706)

재료, 복합재료, 기계실험

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[기계공학실험] DC MOTER 제어

1. 실험 제목 : DC 모터제어2. 실험 목적 : 제어의 개념 이해제어 시스템의 응용 범위 제시PLANT 모델의 이해3. 이론1) MOTOR의 작동원리 및 종류마이켈 패러데이(Michael Faraday)의 전자기 유도의 발견이 모터 발명의 계기가 되었다. 즉, 패러데이의 위대한 발견 [전자기 유도]에서 출발하여 변압기를 만들고 발전기를 만들었으며 그 후 모터의 원형이 만들어 졌다FARADAY의 왼선 법칙과 플레밍의 법칙은 dcahxj의 기본 응용원리이다.도선들이 서로반대 방향으로 향하는 자기력을 받음으로써 힘이 작용하게 된다. 이 힘은 외부전류가 도선의 양 끝에 연결되어 있을 때는 자기력의 영향을 받으나, 점차 회전함에 따라 외부 전류와 연결되지 못하므로 자기력은 사라지고 남는 것은 관성운동에너지만으로 회전운동을 계속하게 된다. DC MOTOR란 고정자로 영구자석을 사용하고 회전자로 코일을 사용하여 구성한 것으로 전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발, 흡인력으로 회전력을 생성시키는 MOTOR이다.DC MOTOR는 회전 제어가 쉽고 제어용 모터로서 아주 우수한 특성을 가지고 잇다. DC 모터의 토크는 자속과 전기자 전류의 곱에 비례, 회전수는 거의 전기자 전압에 비례 자속에 반비례한다.DC MOTOR의 장점- 기동토크가 크다.- 인가 전압에 대해 회전특성이 직선적으로 비례- 입력전류에 대해 출력토크가 직선적으로 비례하며 출력효율이 양호- 가격이 저렴< 종 류 >유도 모터 (Induction Motor)고정자 권선에 흐르는 교류(교번) 전류에 의해 발생하는 회전 자기장과 로토부에 발생하는 유도 전류와의 상호 작용에 의해 생기는 회전력에 의한 모터이다. 때문에 익덕션 모터를 유도모터라고 부른다스태핑 모터 (Stepping Motor)스텝모터, 펄스모터,스테퍼모터 등으로 불려지고 있으며 스태핑은 한 발 한 발 단계적으로 움직이는 동작이미지를 표현하고 있다최대 특징은 펄스 전력에 대응하여 회전한다는 것이며, 피드백 없이 동작을 제어할 수 있으므로 FA, OA 관계를 비롯해서 폭넓게 사용되고 있다브러시리스 모터 (Brushless Motor)DC 모터에서 브러시와 정류자(Commutator)를 없애고 전자적인 정류 기구를 설치한 모터로서 가장 큰 장점은 기계적인 노이즈뿐만 아니라 전기적인 노이즈도 발생하지 않는다는 점이다. 회전하는 마그넷과 구동코일이 설치되어 있고 정류자가 없기 때문에 이것에 대신하는 전자정류 회로가 필요하다따라서 회로구성이 복잡하여 보통 전용IC가 사용되고 주로 VTR,FDD,CD플레이어등 높은 회전성능, 긴 수명이 요구되는 곳에 사용된다공극부회전자/전기자 구조특징용도raidialgap type(원주방향)*모터의 외주(外周)측으로 회전자를배치(outer rotor구조)*모터의 내부측으로회전자계를 만든다회전자의 관성모멘트가 크므로 정속 주행에 유리(기동,정지에 시간이 걸린다)*마그네트를 비교적 크게할 수 있으므로 고효율,고토크화하기 쉽다*권선의 1코일 평균길이가짧게되어 손실저감→고효율화 하기 쉽다*회전자 지지기구가 복잡하다*밀폐 구조로 하기 어렵다고토크,정속주행을 필요로 하는 곳(복사기 드럼구동용 등)*모터의 내주측으로회전자를 배치(inner rotor구조)*모터의 외주측으로회전자계를 만든다*회전자의 관성모멘트가out motor에 비하여 작다(기동,정지를 반복하는 용도에는 제어성에서 유리)*모터구조를 비교적 간단하게 구성할 수 있다비교적 민감한 제어성이 요구되는 곳(자동문 구동장치등)Axialgap type(축방향)*축방향의 두께를비교적 얇게 한 원판상의 모터*회전자의 전기자를축방향으로 나열한구조*축수간 간격이 짧기 때문에 공작의 정확을 요함축수구조도 복잡*권선과 전기자를 분리Slotless구조로 함*회전율을 저감시킬 필요가있는 곳에서 많이 사용기계적 정도를 요하는 곳(VTR,실린더,FDD등)동기 모터 (Synchronous Motor)전원주파수에 동기하여 회전하는 것으로 전원 주파수와 동기되었을 때 비로소 안정된 회전 특성이 얻어진다. 동기모터는 동기전동기라 부르며, 그 속도가 전원주파수에 완전하게 대응하므로 유도모터에서와 같은 슬립이 없다는 것이 특징이고 시계나 타임스위치등에 많이 사용되고 있다기어드 모터 (Geared Motor)회전축에 기어 등의 감속 기구를 부착한 것이며 이것에 의해 모터 단체로는 얻을 수 없는 저속 회전이 실현되거나 큰 토크를 발생시킬 수 있다. 어떤 모터에도 부착이 가능하고 바꿔 말하면 어떤 모터라도 기어드 모터가 될 수 있다는 말이며, 왕복운동형, 웜 기어형, 유성기어형 등이 있다서보 모터 (Servo Motor)servo의 어원이 나타내는 바와 같이 영어의 slave 라든가 servant의 의미를 가지며 명령에 충실하게 추종하는 제어용 모터를 의미한다.DC 서보 모터는 전기자 전류에 대하여 발생토크의 관계가 직선성으로 우수하고,OA에서부터 FA분야까지 광범위하게 사용되고 있으며, AC 서보 모터는 주로 계측기, 항공기 관계에 사용되었으나 현재는 거의 사용되지 않는 실정이다전력변환장치, 위치제어, 속도제어, 전류제어 등의 기능을 가진다초음파 모터자석이나 권선을 필요로 하지 않고 복수의 압전세라믹에 고주파 전압을 가하여 압전 세라믹을 진동시킨다. 그리고 이 진동력에서 탄성체,마찰판을 거쳐 일정 방향의 구동력, 즉 회전력을 얻는 것이다① 저속에서 토크가 크고 효율이 높다② 중량당 토크가 크며 가동부의 관성을 작게 할 수 있어 기동, 정지 등의 제어 특 성이 좋다③ 토크가 크므로 기어 등에 의한 토크 확대 장치가 필요 없다④ 감속 장치와의 틈에 의한 오차가 없고, 정밀한 위치제어가 가능하다⑤ 전원을 끊어도 마찰력에 의해 자기유지 기능이 있다⑥ 회전자가 간단하며, 공정자의 형상에 따른 진동모드를 사용할 수 있으므로 전동 기 모양을 다양하게 만들 수 있다.⑦ 선형 전동기 실현이 쉽다⑧ 감속 장치를 필요로 하지 않으므로 운전이 정숙하다2. PID CONTROL♣모터의 PID ControlP : Proportinal (비례)I : Integral (적분)D : Differential (미분)대개가 위 제어법중 한가지를 사용하는 예는 요즘 거의 찾아보기 힘들다. 위 세가지를 조합함으로서 목표로 하는 응답성을 가진 제어기를 설계한다.1. 단순 ON-OFF Control제어 조작량이 항상 0% 이거나 100% 이다. 조작량의 변화가 매우 크고, 실제 목표값 사이를 왕래하므로 조작량의 변화가 너무 큰 단점이 있다. 그러므로 항상 목표값부근에서 상승 하락을 반복한다.2. 비례제어조작량을 목표값과 현재 위치값을 비례하게 서서히 조절하는 제어방법.이 방법으로 목표량에 접근하게 되면 미세한 제어를 할 수가 있어 목표값에 매우 근접하게 접근할 수가 있다.3. PI Control비례제어의 경우 이론상으로는 제어량이 목표량에 근접하게 되지만 완전하게 일치하게 제어되지 안았는데도 안정상태로 들어가게 된다는 점이다. 즉 아무리 시간이 지나도 제어목표치와 일치하게 되지 않는다는 점이다.이 정상편차를 제거하기 위해서 사용되는 것이 적분제어이다.즉 미소한 정상편차를 시간적으로 누적하여, 일정크기가 된 곳에서 조작량을 증가시켜 편차를 없애는 방법을 사용하게 된다.4. 미분제어와 PID ControlPI Control은 실제 목표값에 가깝게 하는 제어는 완벽하게 할 수가 있다. 그러나 일정한 시간 (시정수)이 있어야만 목표값에 접근할수있다. 즉 응답속도가 빠르지 않다는 점이다. 이점은 외부에서 외란이 발생하였을 때 이에 대한 적절한 속도로 제어가 어렵다는 것과 같다. 그래서 적용된 것이 미분제어(D)이다.즉 PI Control에 미분요소를 첨가한 PID Control은 아래그림과 같이 처음에는 OverShoot가 큰것 같이 보이지만 정상상태로의 수렴이 매우 빠르다5. 컴퓨터에 의한 PID Control 알고리즘원래 PID Control은 아날로그 신호를 제어하는 것이 기본이다. 그러나 컴퓨터의 프로그램으로 PID Control을 실현하는 경우에는 아날로그 같은 연속적인 양을 취급할 수가 없다. 왜냐하면 컴퓨터의 데이터 입출력 및 계산능력은 한계가 있기 때문이다. 그래서 대두 된 것이 Sampling 방식의 PID Control이다.6. PID Control에서의 파라미터 구하는 방법PIC Control에 있어서 과제는 각항에 붙는 정수 Kp, Ki, Kd를 정하는 것이다.이것들을 정하는 일련의 과정을 Tuning이라고 한다.주로 사용되는 Tuning법에는 스텝응답법과 한계감도법이 있다.1. 시간응답a. gain = 출력범위 / 입력범위b. time constant1) 63%에 해당하는 전압 = 출력전압의 최소값 + 0.63*출력범위2) time constant : 63%에 해당하는 전압에 해당하는 시간무 부하에서의 이득 =무 부하에서의 시정수 =부하에서의 이득 =부하에서의 시정수 =2. 주파수 응답frequencyoutput(volts p-p)phase lag(degrees)amplitude ratioAamplitude ratio20log10A(dB)

공학/기술| 2004.04.28| 8페이지| 1,000원| 조회(843)

PID, 기계실험, 모터제어, DCMOTER

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[기계공학실험] 인장실험 평가A좋아요

R E P O R T< 인 장 실 험 >과 목 명 : 기계공학실험2담당교수 : 조 종 두 교수님담당조교 : 이 종 원 조교님제 출 일 : 2003. 12. 17.인하대학교 공과대학기계공학과11980537박 선 환(오전 3조)1. 실험의 목적기계 및 구조물을 만들 때 금속재료들이 널리 사용된다. 사용할 재료가 필요한 기계적 성질을 가지고 있느냐 하는 것을 실험 또는 검사하는 일이 필요하다. 재료시험은 재료의 기계적 성질을 시험하는 것이며, 금속재료에 대해서는 한국 공업 규격 KSD 0801 ~ 0811 에 규정되어 있다. 재료시험은 재료의 성질을 시험하게 되므로 그 재료의 일부에서 시험편을 잘라내어 이것으로 그 성질을 시험한다.인장시험은 재료강도에 관한 기초적인 자료를 얻을 목적으로 수행되는 공업시험중에서 가장 기본적인 시험으로, 보통 환봉이나 판봉 등의 평행부를 갖는 시험편을 축방향으로 인장하중을 가해 하중과 변형을 측정한다. 보통 이로부터 측정할 수 있는 값은 연성재료와 취성재료가 다르며, 연성재료에서는 인장강도, 항복점, 연신율, 및 단면수축율이고 취성재료에서는 인장강도와 연신율이다. 인장시험에 의해 측정될 수 있는 재료의 기계적 성질로서는 그 외에 비례한도, 탄성한도, 탄성계수, 진파단력과 Poisson비 등도 포함된다.또 인장시험에 의해 구해지는 재료의 강도는 횡단면에 수직으로 작용하는 응력에 대한 시료의 강도값으로 , Notch나 그 외의 원인으로 분포가 일정하지 않은 응력을 받는 경우의 항복점이나 파단강도는 재료가 항복이나 파괴에 따른 역학적 조건과 인장시험의 결과를 고려하여 대략 추정된다. 그리고 압축하중이나 반복하중에 의한 재료의 강도도 인장강도에 대한 비율로서 간주되는 예가 많다.즉 시험기를 사용하여 시험편을 서서히 인장하여 항복점, 항복강도, 인장강도, 연신율, 단면수축율 등을 측정하는데 목적이 있다.2. 이론적 배경인장 시험은 일정하게 하중을 증가시키면서 하중의 증가에 따른 인장 시편의 길이의 변위를 측정하는 방법과 시편에 인장 하중을 가한, 다음과 같이 정의한다.(1) 공칭 응력 (engineering stress) :σ = P/Ao여기서, P는 시편 단면에 수직으로 작용하는 하중이고, Ao 는 시편 게이지 길이 부분의 초기 단면적이다.(2) 공칭 변형률 (engineering strain) :ε = ΔL/Lo여기서 ΔL은 게이지 길이의 변화량이고, Lo는 초기 게이지 길이이다.시편에 주어지는 응력이 작을 때는 변형률이 응력에 비례하여 직선적으로 변화 하는데, 이것은 다음과 같이 Hooke의 법칙으로 나타낼 수 있다.σE = YεE이때 응력을 제거하면 변형률은 0이 된다. 즉, 재료는 탄성 변형(elastic deformation)을 보이게 된다. 비례상수 Y는 응력-변형률 곡선의 기울기(이것을 탄성계수(modulus of elasticity) 또는 영의 계수(Young's modulud)라고 한다. 응력이 커지면 변형률이 직선적인 비례관계에서 벗어나게 되며, 응력을 제거하여도 변형률이 0이 되지 않는 소성 변형(plastic deformation)이 일어나게 된다. 이와 같이 탄성 변형에서 소성 변형으로 전이되는 현상을 항복(yield)이라고 하며, 소성 변형이 시작되는 지점을 탄성 한계(elastic limit)라고 한다.대부분의 금속 재료들은 탄성에서 소성 변형으로서의 전이가 완만히 이루어져 이 지점을 정확하게 결정할 수 없으므로 변형률이 0.2% 인 지점으로부터 응력-변형률 곡선상의 탄성 영역(직선부분)에 평 행한 선을 그어 곡선과 만나는 점의 응력을 항복 강도(yield strength) σy로 정의한다.한편, 저탄소강과 같이 BCC 구조를 갖는 금속 재료들은 탄성에서 소성으로의 전이가 급작스럽게 일어나는데, 이러한 현상을 항복점 현상(yield point phenomenon) 이라고 한다. 이 때는 상항복점(upper yield point)에서 갑자기 응력이 감소하면서 소성 변형이 일어나기 시작하여 하항복점(lower yield point)에서 응력의 증가 없이 약간의 응력 변동과 중요한 기계적 성질 중의 하나로서 연성(ductility)을 들 수가 있다. 연성은 파괴가 일어날 때까지의 소성 변형의 정도를 나타내는 것으로서 구조물이 파괴되기 전까지의 소성 변형의 정도와 제품의 제작 성형에 허용되는 변형의 정도를 나타내는 중요한 기계적 성질이다. 이 연성은 다음과 같이 연신율(% elongation)이나 단면적 감소율(% area reduction)을 사용하여 정량적으로 표시할 수 있다.% Elongation = {Lf - Lo)/Lo}*100% Area reduction = {(Af - Ao)/Ao}*100여기서 Lo와 Lf는 각각 초기 게이지 길이 및 파괴 후의 게이지 길이를, Ao와 Af는 각각 초기 단면적과 파괴 후의 단면적을 나타낸다. 파괴시 소성 변형이 거의 일어나지 않는 재료는 취성(brittle) 재료라 한다.응력-변형률 곡선 밑의 면적은 재료의 인성(toughness)을 나타낸다. 인성은 파괴가 일어날 때까지 재료가 에너지를 흡수하는 능력을 말하는 것으로 갑작스러운 하중 변화에 견딜 수 있는 능력을 나타낸다. 인장 시험에서 측정되는 인성은 정적 하중조건에서의 인성이며, 동적 하중조건 및 노치(notch)가 존재할 경우의 인성은 충격시험을 통하여 얻는다. 일반적으로 인성이 큰 재료는 항복강도와 연성도 크다.공칭 응력-공칭 변형률 곡선은 공업적으로 아주 중요한 의미를 갖지만 초기의 게이지 길이와 단면적으로부터 응력과 변형률을 구한 것이기 때문에 재료의 실질적 변형 특성을 나타내는 것은 아니다. 즉, 하중의 증가에 따른 단면적과 길이의 순간적인 변화희 고려하면 파괴가 일어날 때까지 응력이 계속 증가될 것이며 변형률도 휠씬 크게 나타날 것이다. 이러한 응력과 변형률을 각각 진응력(true stress), 진변형률(true strain)이라 한다. 순간 순간의 실제 단면적과 길이를 각각 AT와 LT라고 하면, 진응력 σT 와 진변률 εT 는 다음과 같이 나타낼 수 있다,σT = P/ATεT = ln(LT/Lo) ----1)변형중에 itle material)는 변형도가 적은 재료(주철)을 의미한다.(2) 후크의 법칙(Hooke's law)재료의 탄성한도 내에서 힘과 신연 사이에 선형 변형관계가 성립되며 다음식을 표시할 수 있다.{σ = E εσ=응력, E=탄성계수, ε=변형도(3) 탄성계수(modulus of elasticity)탄성한계 내에서 하중과 신연양과의 비례관계를 표시해 주는 상수로서 Hooke's law에서 다음과 같이 구할 수 있다.하 중 p강성 계수 = ----------- K = -------신 연 량 Δℓ응 력 σ p/A한성 계수 = ----------- E = ---- = ---------변 형 도 ε Δℓ/ℓ(4) 인장속도인장시험에서 하중속도는 재질의 기계적 성질에 영향을 미치므로 정적 하중효과를 얻기 위하여 일반 적으로 변형 속도가 최대 300mm / min, 최소 0.5mm / min의 범위 이내에 오도록 실험한다.(5) 시험온도재료의 기계적 성질은 시험 온도에 크게 좌우된다. 모든 재료시험에서는 시험온도를 명기할 필요가 있다. 실험시 실온외의 온도로 실험할때는 항온장치를 부착해야 하며, 저온 실험에서는 드라이 아이스, 액체 공기 등의 냉매를 알콜 또는 벤젠과 혼합하여 사용한다.3. 실 험 장 치(1) 시험기기만능재료 시험기Machine d'essais Universelle Mod'ele U5 poissance 200KN(2) 준비물(가) V 블록 (표점거리 측정대)(나) 마이크로 메터(다) 버어니어 캘리퍼스(라) 금긋기 바늘 및 서어피스 게이지(마) 햄머(플래스틱 햄머)(바) 펀치(사) 시험편(아) 자동기록용지(방안지)(자) 금긋기용 코오팅(차) 시편재료(기계구조용 강재){그림 2. 실험 장치(만능 재료 시험기){물체에 외력이 작용하면 물체는 변형되고 이 변형을 원상으로 되돌리려는 물체안의 힘과 같아 졌을 때 평형상태에 있게 된다. 이후 시편에 작용하는 외력이 증가하면 응력도 증가되어 연신율도 증가하게 된다. 따라서 항복점 이하에서는 계속해서 선형적으로 늘어나지o } ㎏/㎟= {6086.001㎏f } over { { 1} over {4 }*π(12.00mm) { }^{2 } } =53.812kgf/㎟{인장강도 σB = { 인장하중} over {원단면적 } = { Pmax} over {Ao } ㎏/㎟= { 6814.173kgf} over { { 1} over {4 }π*(12.00mm ) { }^{ 2} } =60.251kgf/㎟{연신율ε= { 파단된 표점거리-원표점거리} over {원표점거리 }*100= { l'-l} over {l } %= { 11.7-10} over {10 }*100=17.0%{φ= { 원 단면적-파단된 단면적} over { 원단면적} *100= { A-A'} over { A} %= { { 1} over { 4}π*(12.00㎜) { }^{ 2} - { 1} over {4 } π*(10.65㎜) { }^{2 } } over { 1*π*(12.00㎜) { }^{ 2}} over { 4} { } *100=21.23%{4. 관련 조사{{{{{{{{5. 참 고 문 헌1)http://mecha.kyungnam.ac.kr/prof/rhee/hwp/CH02%20Stress%20and%20Strain.ppt2)http://cmme.yonsei.ac.kr/%EC%9E%90%EB%A3%8C%EC%8B%A4/%EA%B3%B5%ED%95%99%EB%8C%80%ED%95%99%EC%9B%90%20RC/SizeEffect_ShearOHP.pdf6. 특이 diagram 조사* 별지 참조...7. 고 찰이번 인장실험을 통하여 그동안 재료역학 책에서만 보고 배워 왔던 인장시험을 직접 할 수 있게 되어서 상당히 의미 깊었다고 생각이 든다. 그러나, 이론과는 조금 다른 결과가 나왔는데 이는 다음과 같은 원인일 것이다.첫째로 인장시험기 척으로 시편을 잡고 잡아 당기는 도중에 slip 현상이 발생하는 것을 눈으로 확인할 수가 있었다. 먼저 한 실험에서 그래프가 상당히 이상하게 나왔는데 그래프가 증가하다가 다시 떨어지고 그 다음은 ze각한다.

공학/기술| 2004.04.28| 9페이지| 1,000원| 조회(695)

기계공학실험, 인장실험, 인장

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[기계공학실험] 마찰계수 충격량

< 실 험 결 과 >1. 정마찰계수{기 준 점핸들위치미 끌 럼핸들회전수미 끌 럼핸들위치정 마 찰 각1회95°14282°14.519°2회94°1572°15.939°평 균XXX15.229°* 정마찰계수 {{ mu }_{s } = {F } over {N } =tan { PHI }_{ s} ={tan15.229°=0.2722. 동마찰계수{고유진동주기(s)100 rpm200 rpm300 rpm400 rpm1회4.976.377.107.372회5.295.886.597.94평균5.136.136.857.66T1.0261.2261.3701.532uk0.7650.5350.4290.343* 평균{{ mu }_{k } =( { { 2 pi } over { T} })^{2 } { c} over { g}=0.5183. 자 유 진 동{시간(s)최고점(mv)최저점(mv)처음 파형-0.484182-16610번째 파형0.244102-90{{ T}_{d }= (0.244+0.484)/10 = 0.073{x( { t}^{ *} )= (182+166)/2 = 174{x( { t}^{* } +n {T }_{d } )= (102+90)/2 = 96{delta = { 1} over { n} ln( {x( { t}^{* } ) } over {x({ t}^{* }+n {T }_{ d}) } )=1/10 × ln(174/96) = 0.05947{zeta = { delta } over { 2 pi}=0.05947/{2 pi= 0.009465{{w }_{n } = { 2 pi } over { { T}_{d }{ (1- { zeta }^{2 }) }^{ { 1} over {2 } } }=86.0749{c= { 2 zeta k} over { { w}_{n } }= (2×0.009465×16800)/86.0749 = 3.695{m= { k} over { { { w}_{n } }^{2 } }={{ 16800} over{ { 86.0749 }^{ 2} }= 2.268{3. 충 격 량{{{< 고 찰 >1. 정마찰 계수 실험정마찰 계수 실험에서 우리 조는 여러번 실험을 했었다. 1∼2회 실험시 그 값 들이 천차만별이었기 때문에 그 중에서 신뢰도가 많이 가는 두 값으로 정마찰 계수를 구했다. 이렇게 값들이 차이가 나는 이유는 수평을 맞춘다던지 천천히 핸들을 돌려 각을 주어 기울이는 부분등이 사람에 따라 달라졌기 때문이었다. 특히, 실험시 어느정도 각 이상에서는 핸들을 조금만 빨리 돌려도 봉이 미끄러 져 버려 오차의 원인이 되었다.2. 동마찰 계수 실험이론적으로는 회전속도와는 상관없이 주기가 일정해야 하는데 실험에서는 그렇 지 못했다. 바퀴가 일정하게 수평을 이루지 못해서 봉이 많이 긁히게 되어 표면 이 거칠어지고 접촉 면적이 달라지며 시편의 재질에 따라서 마찰력에 영향을 주 므로 rpm에 따른 동마찰 계수가 일정하지 않고 rpm에 따라, 실험 횟수에 따라 매번 달라지는 결과가 나왔다. 또한 사람의 손으로 회전에 따른 시간을 측정한 다는 점과 5회 왕복하는데 그 시작과 끝이 애매한 점이 오차가 되었다.3. 자유진동 실험자유진동 실험에서는 실험기기에 의해 값을 받고 그 값으로 감쇠계수, 감쇠율 등의 값을 구할 수 있었다. 특별히 고려할만한 오차는 없지만, 오차의 이유를 굳 이 찾는다면 실험기기가 놓인 책상에 약간의 충격만 주어도 실험기기에 기록되 었던 점과 최고점과 최저점의 0점을 맞추기 힘들다는 것이다.4. 충격실험충격량 실험에서는 오실로스코프로 압전재료에 의한 파형과 가속도계의 의한 파형의 겹쳐지는 부분을 이용하여 질량등의 값을 계산하였다. 질량 값이 2kg이 라는 것을 알고 있었지만 실험값에서는 대략 0.66kg이 차이가 났다. 이는 여러 parameter들을 적분할 때 그 기울기가 커서 그만큼 차이가 있는 것 같다. 또한 가속도계가 상당히 정밀하여 조그만 공기의 움직임도 포착하여 오차가 난 것 같 다.

공학/기술| 2004.04.28| 4페이지| 1,000원| 조회(1,050)

기계실험, 마찰계수, 충격량

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