In this thesis, a new method to select sensor and actuator for dual-chamber pneumatic vibration isolator is proposed. The method is based on the advantages of dimensional analysis.
Dimensional analysis gives significant and novel insight of given problem by eliminating the effect of dimensions, units and scales of that problem. By applying dimensional analysis to pneumatic vibration isolator, dimensionless dynamic equation which has 3 dimensionless parameters is derived. Focus on dimensionless parameters, we can get the meaning of one parameter ; it determines two-time scale property of pneumatic vibration isolator. And applying the effect of the actuator resolution to dimensionless equation, the relationship between resolution error and behaviors of pneumatic vibration isolator is analyzed.
So, we propose the guidance of selection of sensors and actuators. Based on the two-time scale property, the guidance of bandwidth of sensors and actuators is proposed. And the effect of actuator resolution error, the guidance of actuator resolution is also proposed.
본 연구에서는 이중 챔버형 공압제진대에 차원해석을 적용하여 능동제어를 위해 필요한 센서와 구동기의 선정방법을 제시하고자 한다.
공압제진대는 압축공기의 강성과 모세관에서의 마찰 감쇠, 다이어프램의 복소강성을 이용한 제진대로써 주로 미세 지반진동을 절연하기 위해 사용된다. 공압제진대는 고유진동수 이상의 지반가진에 대해서는 좋은 절연성능을 보이지만 고유진동수 이하에서는 절연성능을 발휘하지 못하며, 특히 고유진동수 근처에서는 지반진동을 증폭하게 된다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 최근 능동제어를 이용하여 절연성능을 향상시키는 연구가 진행되고 있다. 능동제어를 위해서는 센서와 구동기가 필요하며, 센서와 구동기의 성능은 제어성능을 결정짓는 중요한 요소이다. 센서와 구동기의 선정은 공압제진대의 특성에 기초하게 되는데, 이 때 차원해석을 이용하면 차원이나 단위, 크기에 관한 영향이 배제시킴으로써 그 특성을 쉽게 파악할 수 있게 된다. 공압제진대를 살펴보면 챔버 내의 압축공기의 특성과 피스톤의 기계적인 특성이 결합되어 있다는 것을 알 수 있다. 압축공기의 특성은 챔버 간의 압력의 변화와 연관된 특성으로, 그 변화속도가 기계적인 특성보다 매우 빠르다. 따라서 차원해석을 이용해 이런 변화속도의 차이를 구분지을 수 있다면, 각각의 변화속도에 부합되는 센서와 구동기의 대역폭을 선정할 수 있게 되어 큰 이점을 얻을 수 있다. 또한 공압제진대가 미세지반 진동을 대상으로 하기 때문에 그 변화의 크기 또한 매우 미세하다. 따라서 좋은 제어성능을 얻기 위해서는 정밀한 해상도를 가지는 구동기가 필요하다. 차원해석을 이용하면 구동기의 해상도에 대응하여 무차원화된 모형을 얻을 수 있다. 무차원 모형을 이용해 공압제진대의 제어성능과 구동기의 해상도와의 관계를 파악해 내면, 구동기의 해상도를 선정하는 데에 활용할 수 있다.
따라서 본 연구에서는 공압제진대의 차원해석 결과를 센서와 구동기의 대역폭과 해상도의 선정에 이용하여, 효과적인 선정을 위한 가이드라인을 제시하고자 한다.
