적응제어 기법을 이용한 전기-유압 액츄에이터의 위치제어

Abstract

에너지절약 이슈(Issue)와 이산화탄소의 규제 등 환경문제로 인하여, 펌프를 직접 유압 액츄에이터에 연결하여 가변적으로 동력을 전달하는 정유압 동력 전달 방식1, 2, 3)이 최근 부각되고 있다. 대부분의 정유압 회로에서는 일정한 회전속도로 작동되는 배제용적이 가변인 펌프를 사용한다. 유압 액츄에이터의 운동은 유량의 크기와 방향을 변화시키는 펌프 사판의 동작에 의하여 제어된다. 이러한 회로는 펌프가 액츄에이터의 운동과 상관없이 연속적으로 계속 가동되므로 에너지 면에서 비효율적이다. 더욱이 가변용량 피스톤 펌프는 고정밀한 성능을 저해하는 리플(Ripple)효과를 초래한다2). 본 연구에서의 전기-유압 액츄에이터(Electro Hydraulic Actuator: EHA)는 AC서보 모터에 의하여 배제용적이 일정한 정용량 펌프의 속도와 방향을 변화시킴으로서 유량을 제어하는 방식을 채택한다3, 4). 유압서보기구는 항공기와 선박의 조타계, 공작기계, 건설기계,대형로봇 등에서 고속 대출력용 위치제어 구동기구로서 많이 사용되고 있다. 서보계의 특성이 부하변화 혹은 하드웨어적 제약에 의하여 크게 변화하는 일이 많으므로 대책이 필요하다. 고정도의 유압서보계를 구성하기 위해서는 제어기의 자동 조정기구를 갖춘 제어기법의 적용이 이상적으로 생각된다. 대표적인 기법으로서 플랜트의 특성변화에 대응해서, 제어기를 자동적으로 온라인 최적 조정하는 적응제어 기법을 들 수 있다. 그러나 적응제어 이론이 전제로 하고 있는 가정, 즉 제어대상의 선형성, 플랜트 차수의 기지, 최소위상, 무외란 조건을 유압서보기구가 만족하지 않을 때, 적응제어 알고리즘에 관계된 제어파라미터의 조정이 곤란하여 진다5). 단순적응제어(Simple Adaptive Control : SAC)는 제어계의 안정성을 출력 피드백 방식으로, 그 위에 설정입력에의 추종특성을 피드포워드 제어방식으로 제각기 적응적으로 보장하는 2-자유도 제어계 구조를 갖는 적응제어 기법이다5, 6). 제어기 구조가Fig. 1 EHA circuit 종래의 적응제어 방식에 비하여 단순하고 제어성능 및 강인성이 우수한 제어방식으로 알려져 있다7, 8). 그러나 지금까지 본 연구에서 사용한 EHA의 제어에 적용된 예는 보고되지 않았다. 여기서는 SAC기법의 EHA제어에 적용에 관하여, 기본적인 제어계 구성법을 고찰하고 실험에 의하여 그 유효성을 검토한다.