본 과제는 공장 자동화에 필수적인 서보시스템의 성능을 혁신적으로 개선하는 연구임. 전류 응답 속도 6.2kHz급의 정밀 제어와 사용 후 버려지는 전력을 다시 활용하는 전원회생 기능을 통합한 차세대 서보시스템 기술 개발에 중점을 둠. 연구 목표는 750W부터 290kW급까지 다양한 출력의 서보모터 및 드라이브, 그리고 전원회생 컨버터의 최적화 설계, 개발, 신뢰성 확보 및 KC 인증 획득임. 특히 SiC 전력반도체 기반 서보드라이브 개발과 함께, 진동 억제 튜닝, 고속전동기 제어 알고리즘, 센서리스 제어, 고출력 모터 내진동 기술 확보를 목표로 함. 핵심 연구 내용은 이러한 서보시스템 및 컨버터의 H/W/S/W 설계, 시제품 제작, 성능 시험 및 개선 사항 도출임. 부하시스템 추정 및 제진제어, CNC 기능 제어, 제조 현장용 로봇 적용 기술 개발도 포함됨. 기대 효과는 고성능 서보모터/드라이브 및 전원회생 컨버터 등 핵심 부품의 국산화 기술 확보 및 자동화 제조장비의 경쟁력 강화임.

본 과제는 자동화 제조장비의 성능 향상을 위해 전류응답 6.2kHz급 고속 제어 서보시스템과 전력 효율을 높이는 전원회생 서보시스템 기술을 개발하는 연구임. 이는 산업용 로봇, 공작기계 등 정밀하고 빠른 움직임이 필요한 장비의 핵심 동력 시스템을 국산화하고 고도화하는 데 목적이 있음. 연구 목표는 고정밀 서보모터 및 드라이브, 15kW 및 290kW급 전원회생 컨버터의 설계, 시제품 제작 및 성능 평가임. 2 자유도 제어, 고속전동기 제진제어, 외란입력 관측/보상, 자속 포화 모델 기반 고효율 운전, 고출력 모터 내진동 기술 개발을 목표로 함. 핵심 연구 내용은 2.5/2.7kW 서보모터 및 드라이브 시제품 제작, 290kW급 서보모터/드라이브/컨버터 설계 및 성능 평가 수행임. 또한 제어 알고리즘 개발 및 검증, 모터 내진동 분석, 서보 시스템 성능 및 내환경성 시험 평가를 진행함. 기대 효과는 고출력 서보모터, 드라이브, 전원회생 컨버터 시작품 확보 및 서보제어 알고리즘 검증 결과 확보임. 국내 자동화 제조장비 산업의 기술 경쟁력 강화에 크게 기여할 것으로 전망됨.

[주관연구개발기관(하이젠모터)] o 4.5kW 서보모터/드라이브,15kW컨버터 제품 최적화 설계, 신뢰성시험, KC 인증 o 750W급 서보드라이브 최적화 설계 신뢰성시험 o 고정밀 서보시스템 수요기업 실증(두산공작기계) o 고출력 서보 모터/드라이브/컨버터 수요 기업 제품 적용 실증(금천씨스템) o 고출력 서보 시스템 공인 시험, 신뢰성 시험 및 ...

<1차 년도 : 운동량 교환 테더 인공위성 시스템의 동적 거동 해석 및 안정성 분석> ­- 인공위성과 카운터 질량의 중력위치에너지(gravitational potential energy)와 테더의 인장 및 굽힘 변형에 의한 변형에너지를 합한 전체 위치에너지 유도 - 질량/질량관성모멘트를 고려한 인공위성과 카운터 질량의 회전 및 병진운동에 의한 운동에너지 도출 ­- 대변형을 고려하기 위해 절대절점좌표(absolute nodal coordinate formulation, ANCF)의 적용을 통한 이산화된 비선형 행렬-벡터 방정식 유도 ­- 테더가 전개하거나 회수할 때, 그리고 카운터 질량을 테더로부터 이탈시킬 때 인공위성과 카운터 질량 그리고 테더의 동적 거동을 계산하고 분석 -­ 테더의 전개/회수 과정과 카운터 질량 이탈 시의 인공위성의 자세 및 동적 안정성 분석 <2차 년도 : 전기역학 테더를 채택한 우주시스템의 자세 제어 및 자세 안정화 연구> -­ 지구 자기장, 인공위성의 비행속도, 테더의 위치, 전류의 크기 등을 고려한 테더에 가해지는 전자기력 산출 ­- 인공위성과 에미터의 질량/질량관성모멘트를 고려한 운동에너지의 산출과 테더의 변형을 고려한 인공위성 시스템의 중력 위치에너지 산출 ­- 절대절점좌표(ANCF)를 이용한 전기역학 테더의 이산화된 운동방정식 유도 ­- 전기역학 테더와 운동량 교환 테더의 결합한 하이브리드 테더 시스템의 전개/회수 과정에서의 동적 거동 분석 ­- 평형상태 진입과 자세 제어를 위한 전자기력을 발생하는 전류량에 대한 피드백 제어 -­ 인공위성 자세에 대한 시간응답 계산 및 자세 안정화 방안 강구 <3차 년도 : 전동식 운동량 교환 테더를 갖는 인공위성 시스템의 동역학 분석> ­- 인공위성, 페이로드, 카운터 질량의 운동을 고려한 운동에너지, 테더와 튜브의 종방향/횡방향 변형에 의한 변형에너지, 모터에 의해 가해지는 토크로 인한 가상일(virtual work)의 유도 ­- ANCF를 적용한 전동식 운동량 교환 테더에 대한 이산화된 비선형 방정식의 유도 ­- 이산화된 방정식으로부터 시간응답을 구하기 위한 시간적분법의 개발 ­- 테더 길이와 튜브 길이가 일정한 경우의 전동식 운동량 교환 테더의 궤도 변화와 칭동각(libration angle) 변화에 대한 고찰 ­- 전개/회수 운동, 모터에 의한 회전운동, 변형에 의한 운동이 결합된 테더의 동적 거동 분석 ­- 전개/회수 및 회전운동을 하는 테더에서의 응력분석 및 응력 최소화를 위한 방안 강구 <4차 년도 : 페이로드의 궤도변경에 사용되는 스카이후크 테더의 변형 및 인장력 분석> ­- 스카이후크가 궤도를 따라 도는 공전속도와 질량중심에 대한 자전속도, 페이로드의 도킹 전의 속도를 바탕으로 운동량 방정식을 정립하고 페이로드가 카운터 질량과 도킹 후의 속도를 산출 -­ 질량/질량관성모멘트를 고려한 인공위성, 카운터 질량 그리고 테더의 병진 및 회전에 대한 운동에너지 산출 ­- 스카이후크 테더의 변형에너지와 각 구성품의 중력위치에너지의 합으로 전체 위치에너지 산출 ­- ANCF를 이용한 이산화된 비선형 행렬-벡터 방정식의 유도 ­- 페이로드의 도킹속도 및 도킹각도가 스카이후크의 동적 거동에 끼치는 영향 분석 ­- 페이로드가 카운터 질량에 도킹된 후 분리되는 과정 동안의 스카이후크의 동적 변형 및 인장력 분석 ­- 페이로드가 스카이후크로부터 분리될 때의 비행속도 및 비행각도 분석