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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이승배
- 발행연도
- 2018
- 저작권
- 인하대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수8
이 논문의 연구 히스토리 (3)
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본 논문은 인간의 힘을 증강시켜 이로움을 주는 건설기계의 발전된 형태가 될 유압 구동 로봇 혹은 조작 성능이 개선된 건설기계의 기초연구인 유압시스템의 스풀 변위 보상 유량 정밀 제어에 관한 연구 결과이다. 유압시스템의 메인 컨트롤 밸브는 작동유체의 방향 및 유량을 결정하는 중요한 부품이다. 메인 컨트롤 밸브는 수많은 스풀밸브가 결합되어 사용자가 레버 혹은 조이스틱을 통해 이동하는 스풀의 변위에 따라 각종 유압 액추에이터의 제어를 담당한다. 본 연구에서는 조작 성능 개선을 위해 스풀 밸브의 끝단에 설치된 노치의 개구변위에 따라 변화하는 유동특성을 전산유체역학(CFD) 해석 및 실험을 통해 데이터베이스화 하고 그 결과를 바탕으로 원하는 유량의 정밀제어를 위한 제어 알고리즘을 제안 하고자 한다.
본 연구의 수치 해석은 상용 전산유체역학 해석 프로그램인 FLUENT 18.1을 사용하였으며 난류 모델은 RNG k- 모델을 사용하였다. 실험에 사용한 스풀 밸브는 실제 스풀밸브의 형상을 참고해 제작하였으며 스풀의 변위는 노즐 플래퍼 방식의 서보 밸브를 사용하여 정밀하게 제어하였다. 또한 서보밸브를 컨트롤하기 위한 컨트롤러는 오픈소스 하드웨어인 Arduino Uno (Atmega128)로 코딩하여 제어 응답 특성 및 제어 정밀도를 확인하였다.
본 연구를 통해 CFD 해석 결과를 사용함으로써 저비용으로의 스풀제어가 가능함을 재차 확인하였으며, 서보밸브 및 마이크로 컨트롤러, 칼만 필터를 활용한 스풀밸브의 성능 평가 방법 및 스풀변위에 대한 유동 특성 해석결과 데이터베이스를 특정 곡면 모델에 매핑하여 보간하는 방법을 제시하였다. 본 연구의 매핑된 데이터를 활용한 유량 제어 방식은 향후 조작 성능 개선된 유압 로봇 제어를 발전시키는데 있어 유용한 연구 자료가 될 것으로 기대한다.
본 연구의 수치 해석은 상용 전산유체역학 해석 프로그램인 FLUENT 18.1을 사용하였으며 난류 모델은 RNG k- 모델을 사용하였다. 실험에 사용한 스풀 밸브는 실제 스풀밸브의 형상을 참고해 제작하였으며 스풀의 변위는 노즐 플래퍼 방식의 서보 밸브를 사용하여 정밀하게 제어하였다. 또한 서보밸브를 컨트롤하기 위한 컨트롤러는 오픈소스 하드웨어인 Arduino Uno (Atmega128)로 코딩하여 제어 응답 특성 및 제어 정밀도를 확인하였다.
본 연구를 통해 CFD 해석 결과를 사용함으로써 저비용으로의 스풀제어가 가능함을 재차 확인하였으며, 서보밸브 및 마이크로 컨트롤러, 칼만 필터를 활용한 스풀밸브의 성능 평가 방법 및 스풀변위에 대한 유동 특성 해석결과 데이터베이스를 특정 곡면 모델에 매핑하여 보간하는 방법을 제시하였다. 본 연구의 매핑된 데이터를 활용한 유량 제어 방식은 향후 조작 성능 개선된 유압 로봇 제어를 발전시키는데 있어 유용한 연구 자료가 될 것으로 기대한다.
목차
요약문Abstract기호 설명그림 목록표 목록Ⅰ. 서 론Ⅱ. 본 론1. 유압시스템1.1 유압시스템의 특성 및 기본 구성1.2 유압시스템의 기본 원리1.3 오리피스 유동1.4 스풀 밸브의 유량 특성1.5 스풀 밸브에서의 압력 및 동력손실2. 연구방법 및 구성3. 수치해석 (Computational Fluid Dynamics)3.1 수치해석 기법3.1.1 지배 방정식3.1.2 난류 모델3.1.3 형상 모델링3.1.4 격자 및 해석 조건 설정3.2 수치해석 결과3.2.1 스풀 변위에 따른 P-Q 선도 해석 결과3.2.2 유동 단면적 및 둘레 길이 계산3.2.2 Re-Cd 선도4. 시험 준비4.1 시험 장비 구성4.2 실험용 스풀 밸브 (설계 및 제작)4.3 유압 서보 밸브4.3.1 노즐 플래퍼 방식 서보 밸브4.3.2 서보 밸브 컨트롤러 제작4.4 센서 선정4.4.1 압력 센서4.4.2 유량 센서4.4.3 온도 센서4.5 칼만 필터 (Simple Kalman Filter)5. 스풀 밸브 시험5.1 스풀 변위에 따른 밸브 내 유동 특성 시험5.1.1 스풀 밸브 특성 시험5.1.2 스풀 변위에 따른 P-Q 선도 결과5.1.3 CFD 결과와의 비교5.2 CFD 정보 기반 스풀 변위 보상 유량 정밀 제어 시험5.2.1 시험용 소프트웨어 구성5.2.2 스풀 변위의 PID 제어 결과5.2.3 유량 정밀 제어 결과Ⅲ. 결 론참고문헌
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