This thesis shows that the performance of both single chamber (SC-PVI) and dual chamber pneumatic vibration isolator (DC-PVI) are simply and effectively enhanced by using input-output linearization and time delay control (TDC).
From applying input-output linearization to existing models, we have derived new models of both SC-PVI and DC-PVI. The new model of the SC-PVI system is called the new state space model; the DC-PVI’s the reduced-order model. Both two models, almost the same, are of second order and controllable canonical form with the air mass-flow as the control input. Accordingly, these models offer frameworks that enable simultaneous suppression with an accelerometer only.
We have employed TDC, well-known for its simplicity and robustness to uncertainties and disturbance. Owing to the similarities between two models, the procedure and result of TDC design on two models are the same. Thanks to the new models, the TDC requires only an accelerometer for its sensor. The TDC was experimented with the SC-PVI as well as DC-PVI, which successfully suppresses seismic vibration and direct disturbance both separately and simultaneously.
Faced with seismic vibration, the transmissibility curves of the TDC-enabled SC-PVI and DC-PVI show virtually no resonance peak at low frequency; under direct disturbance, both PVIs with TDC achieve over 60% reductions in settling time, comparing with not controlled PVI systems. The additional analysis of experimental results shows that TDC effectively estimates the modeling error along with other uncertainties and cancels them, while achieving desired closed-loop dynamics. Finally, based on comparative study, a guideline is proposed for selecting the appropriate PVIs.
본 논문에서는 입-출력 선형화 기법과 시간지연 제어 기법을 이용하여, 싱글 챔버 공압 제진대와 듀얼 챔버 공압 제진대의 효율적이고 효과적 성능 향상이 가능함을 보였다.
우선 기존의 모델에 입-출력 선형화 기법을 적용하여 싱글 챔버, 듀얼 챔버 공압 제진대의 새로운 모델을 유도했다. 유도된 새로운 모델들을 살펴보면, 속도에 대한 2차 모델이고, 모델들의 제어 입력은 챔버로 들어가는 공기의 질량유량이다. 새로운 모델들은 위상변수표준형 상태공간 모델 형태이기 때문에, 새로운 모델을 기반으로 제어기를 설계하면, 가속도계만으로 지반, 직접 가진을 동시에 보상할 수 있다.
공압 제진대 성능 향상을 위해, 구현의 간단함과 뛰어난 강인성으로 유명한 제어기법인, 시간지연 제어기법을 선정하여 사용했다. 새로운 모델을 기반으로 설계된 시간지연 제어기는 가속도계만으로 구현될 수 있다. 싱글 챔버 공압 제진대와 듀얼 챔버 공압 제진대에 시간지연 제어기를 실제 적용한 실험에서, 설계된 시간지연 제어기법가 지반 가진과 직접 가진을 각각 혹은 동시에 효과적으로 보상함을 확인했다. 구체적인 실험 결과를 살펴보면, 시간지연 제어기가 지반 가진에 대한 전달률 곡선에서 공진 현상을 없애고, 직접 가진에 대한 하중의 시간 응답에서 하중의 수렴 시간을 60%이상 단축시킴을 알 수 있었다. 실험결과의 추가적 분석을 통해, 시간지연 제어기가 가진과 모델링 에러와 같은 불확실성을 효과적으로 보상하면서, 원하는 동역학을 달성함을 확인했다. 마지막으로 실험결과의 비교를 통해, 공압 제진대 선택 지침을 제안했다.
