이 구조에는 제어를 위해 여러 PZT와 다양한 추가 장치가 필요합니다. 본 논문에서는 단일 마스터 컨트롤러로 여러 센서, 액추에이터 및 주변 장치를 제어하는 능동 MIMO 제어 시스템을 개발했습니다.
시스템의 개발환경
컨트롤러와의 통신은 DSP 컨트롤러의 EMIF(외부 메모리 인터페이스)를 사용하여 수행됩니다. 그리고 높은 구동전압이 요구되는 PZT를 사용하기 위해 Slidac으로 전원회로를 구축하였습니다.
압전소자의 기본식과 변위에 대한 모델링
또 다른 액츄에이터인 THUNDER를 살펴보면 이 액츄에이터는 NASA-Langley Research Center에서 개발한 박층 Unimorph Driver로, 낮은 입력 전압에 비해 큰 작동 변위를 발생시킬 수 있는 압전소자이다. 세라믹 액츄에이터로서 그림과 같이 금속재질에 압전박판을 적층한 것이다. 3.1.1. 이러한 기하학적 형태로 인해 전기장이 인가되면 압전 세라믹층의 변형으로 인해 곡률의 변화가 발생하고 중앙부에 활성화 변위가 발생하게 된다. 압전재료의 변위를 모델링하기 위해 PZT의 일종인 THUNDER 액츄에이터에 기본 압전 방정식을 적용하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있다.
그리고 백킹재는 θ=0부터 θ=L까지 연장되고, 압전판은 [γ1,γ2] 영역에 걸쳐 연장된다. 이를 함수로 표현하면 다음과 같이 표현할 수 있다. 여기서 Nθ와 Mθ는 각각 잔류응력과 모멘트를 나타내고, Mˆθ는 압전박판을 나타낸다. 배면재와 압전판의 물성을 포함하여 도출하면 다음과 같이 표현할 수 있다.
PPF 제어 알고리즘
PPF 디지털 컨트롤러 구현에서 가장 중요한 매개변수는 Ts이며, 그 반대는 디지털 컨트롤러의 샘플링 속도입니다. 디지털 PPF 컨트롤러가 효과적으로 작동하려면 샘플링 속도가 제어하는 진동 모드의 고유 주파수보다 높아야 합니다.
Control cell의 구성
센서 필터링
그림의 회로 구성은 고역 통과 필터 2개를 직렬로 연결한 형태로 60[Hz] 노이즈의 영향을 줄이기 위해 + 입력의 커패시터를 후면 회로의 저항으로 변경하여 낮은 노이즈를 생성합니다. -pass filter(저역통과필터) 저역통과필터로 제작하여 사용하였다. 모두 반전회로로 구성되어 있으며 상황에 따라 수동소자를 변경하여 필터종류와 이득율을 조절할 수 있다.
A/D 인터페이스
명령을 내리고 샘플 시간이 끝나는 시점을 나타내는 핀으로 사용됩니다. 왼쪽의 커패시터가 있는 부분이 ADS7805에 공급전압이 연결되는 부분이고 B0~B15핀은 아날로그 값을 변환하여 디지털 값으로 출력하는 부분으로 이 부분의 전위는 그에 따라 변화한다. 표 4.1의 내용을 참조하세요.
D/A 인터페이스
표에 표시된 제어 명령을 사용하면 DSP 데이터 버스에서 DAC712로 디지털 값을 보내거나 DAC712가 디지털 값을 아날로그 값으로 출력하도록 할 수 있습니다.
PZT Actuator amp driver
1번, 2번, 8번 핀을 이용하여 일반 OPAmp와 동일한 회로를 구성하여 증폭회로를 구성할 수 있습니다. 이는 매뉴얼에 제시된 기본 회로이며, 본 연구에서는 컨트롤러 개발 과정에서 다양한 형태를 테스트하였습니다. 교류전압은 변압기를 이용하여 제어하였고, 다이오드와 커패시터를 이용한 브리지회로를 이용하여 평활회로를 구성하였다.
사용된 변압기는 전압 제어 기능이 있는 Slidac이었습니다. Slidac의 전압은 변압기에 공급되어 두 가지 전압을 생성했습니다. 두 전압 모두 브리지 다이오드 설계 균등화 회로에서 2개의 DC 공급 장치로 출력되며 시스템에서 ±양극 전원으로 사용됩니다.
Control cell의 PCB제작
왼쪽에는 아날로그 전원의 ±12V를 필터링하기 위해 설치된 비드가 있고, 나머지 콘덴서는 각 IC의 전류를 바이패스하는 콘덴서입니다.
Control cell 컨트롤 프로그래밍
다음은 각 장치의 칩 선택을 위한 C 코드입니다. ADC0과 ADC1은 ADS7805에 입력되는 전압을 변환하는 데 사용되고, ADR0과 ADR1은 데이터 라인에서 변환된 값을 읽는 데 사용됩니다. 코드에서 GPVAL은 DSP의 GPIO(General Purpose Input/Output)가 출력일 때 GPIO 핀으로 출력하고 입력일 때 핀의 상태를 나타내는 레지스터이다.
DCA_NOC는 A0과 A1을 모두 High로 만드는 명령이다. 보드의 중앙 부분은 디지털 신호 부분이고 다른 부분은 아날로그 신호 부분입니다. 좌측 하단의 단자대는 센서 신호가 입력되는 단자대이고, 우측 하단의 단자대는 출력 신호용 단자대입니다.
실린더 내부와 외부에 PZT를 부착한 상태에서 내부 PZT가 특정 주파수로 진동하고, 외부 PZT에서 감지된 진동으로 역위상 신호가 발생되어 실시간으로 제어되는 실험을 수행하였다. 본 실험의 목적은 개발된 제어 시스템에서 가진 신호를 실시간으로 측정하고, 간단한 제어 알고리즘을 적용하여 특정 주파수의 가진을 실시간으로 제어할 수 있는지 확인하는 것이다. 본 연구에서는 개발된 초고속 제어 시스템에 간단한 제어 알고리즘을 적용하여 실시간으로 제어하였다.
본 실험은 개발된 제어 시스템을 사용하여 특정 주파수의 여기를 원활하게 할 수 있음을 보여주었습니다. 제어 셀 부분은 진동 제어에서 제어되는 많은 주파수 구성 요소만큼 DSP와 인터페이스하도록 설계되었습니다. 그리고 제어 시스템의 일부 회로도입니다.
