이 논문은 저비용 Hardware-in-the-Loop Simulation(HILS) 시험대를 사용하여 전자기 부상(EMS) 시스템을 위한 견고한 제어 설계를 제시한다. 본 연구는 최적화된 DPID 제어 전략을 구현함으로써 시간 지연, 잡음 및 교란과 같은 문제에 대응한다. HILS 구성에서 제어기는 저비용 마이크로프로세서에서 실행되며, 제어 대상은 PC 기반 시뮬레이션(사례 1) 또는 추가 마이크로프로세서(사례 2)를 통해 구현된다. 장치 간 데이터 전송에는 사례 1에서는 직렬 통신, 사례 2에서는 Inter-Integrated Circuit(I²C) 프로토콜을 사용하여 지연 조건이 달라질 때의 성능을 평가한다. 시뮬레이션 결과, 두 구성 모두 지정된 시간 지연 한계 내에서 안정적인 제어를 달성하였으며, 직렬 통신 구성은 더 넓은 작동 범위를 보였다. 제안된 저비용 HILS 시스템은 산업적 응용과 학술 연구 모두에 대해 상당한 잠재력을 지닌다. 향후 연구는 무선 조건에서 제어 시스템을 평가하고 데이터 통신 효율을 향상시키는 데에 초점을 둘 것이다.

자기부상 컨베이어 시스템은 마찰이 없고 오염이 없는 운송을 가능하게 하여 반도체 클린룸과 같은 민감한 환경에 적합하다. 그러나 내재된 비선형성은 물론 소음, 교란, 시간 지연과 같은 불확실성이 함께 존재함에 따라 전통적인 제어기에 큰 도전 과제를 제기한다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 딥 결정론적 정책 그래디언트(deep deterministic policy gradient) 알고리즘을 활용한 강화학습 기반 제어 전략을 제안한다. 이 알고리즘은 연속적인 상태-행동 공간을 처리하는 데 효과적이며, 복잡한 비선형 환경에서 안정적인 제어 정책을 학습할 수 있다는 점에서 선택되었다. 개발된 강화학습 기반 제어기는 기존 PID 제어기보다 시스템의 비선형 동역학과 다양한 불확실성을 보다 효과적으로 처리하도록 설계되었다. 시뮬레이션 결과, 제안된 제어기는 더 매끄러운 천이 응답과 강건한 정상상태 성능을 제공할 뿐만 아니라 시간 지연 하에서도 안정적인 운전 상태를 유지함을 보여주었다. 제안된 제어기는 다양한 불확실성을 갖는 자기부상 시스템에 적용 가능하다.

최근 자기부상 시스템은 다양한 산업 분야에서 적용되고 연구되어 왔다. 특히, 궤도 내(in-track) 타입의 자기부상 컨베이어 시스템은 고도로 청정한 환경이 요구되는 공정에서 전자기적 영향을 효과적으로 최소화할 수 있으므로 활발히 연구되고 있다. 이러한 시스템에서는 통합 시스템의 제어 성능이 주로 가장 느리게 측정하는 센서에 의해 좌우되기 때문에, 구조적으로 다양한 다수의 센서가 요구된다. 본 논문에서는 여러 센서로부터 얻은 출력들을 하나의 출력으로 통합하되, 단일 최대 시간(가장 빠른 시간) 속도로 동기화하기 위한 다중 센서 융합 보상기를 제안한다. 시스템의 상태는 빠른 시간 속도로 추정되므로, 최적 제어기는 또한 빠른 성능과 안정성을 보장한다. 고려된 초전도 하이브리드 시스템의 전자기장 및 제어 성능에 대한 계산은 유한요소법에 기반한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석되었다.

본 논문에서는 전자석으로 구동되는 EMS(Electro-Magnetic Suspension) C형 공중부상 시스템의 부상력을 향상시키기 위해 구조적 변형을 제안한다. 수송 시스템의 크기가 제한되는 경우, 제약 조건 내에서 최대 부상력을 허용하기 위한 설계 기법에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 시스템의 전체 크기에 영향을 주지 않으면서 부상력을 향상시키기 위해 고정자 치( stator teeth )의 형상을 고려하였다. 또한, 변경된 치 형상으로 인해 발생한 슬롯 설계 파라미터를 정리하였다. 최대 부상력을 갖는 형상은 설계 변수의 크기에 따라 부상력에 기여하는 자속과 누설 자속을 분석함으로써 도출되었다. 마지막으로 FEA(Finite Element Analysis)를 통해 기본 모델과 개선 모델의 부상력 결과를 비교하여 본 연구의 타당성을 검증하였다.

이 논문은 저비용 Hardware-in-the-Loop Simulation(HILS) 시험대를 사용하여 전자기 부상(EMS) 시스템을 위한 견고한 제어 설계를 제시한다. 본 연구는 최적화된 DPID 제어 전략을 구현함으로써 시간 지연, 잡음 및 교란과 같은 문제에 대응한다. HILS 구성에서 제어기는 저비용 마이크로프로세서에서 실행되며, 제어 대상은 PC 기반 시뮬레이션(사례 1) 또는 추가 마이크로프로세서(사례 2)를 통해 구현된다. 장치 간 데이터 전송에는 사례 1에서는 직렬 통신, 사례 2에서는 Inter-Integrated Circuit(I²C) 프로토콜을 사용하여 지연 조건이 달라질 때의 성능을 평가한다. 시뮬레이션 결과, 두 구성 모두 지정된 시간 지연 한계 내에서 안정적인 제어를 달성하였으며, 직렬 통신 구성은 더 넓은 작동 범위를 보였다. 제안된 저비용 HILS 시스템은 산업적 응용과 학술 연구 모두에 대해 상당한 잠재력을 지닌다. 향후 연구는 무선 조건에서 제어 시스템을 평가하고 데이터 통신 효율을 향상시키는 데에 초점을 둘 것이다.

자기부상 컨베이어 시스템은 마찰이 없고 오염이 없는 운송을 가능하게 하여 반도체 클린룸과 같은 민감한 환경에 적합하다. 그러나 내재된 비선형성은 물론 소음, 교란, 시간 지연과 같은 불확실성이 함께 존재함에 따라 전통적인 제어기에 큰 도전 과제를 제기한다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 딥 결정론적 정책 그래디언트(deep deterministic policy gradient) 알고리즘을 활용한 강화학습 기반 제어 전략을 제안한다. 이 알고리즘은 연속적인 상태-행동 공간을 처리하는 데 효과적이며, 복잡한 비선형 환경에서 안정적인 제어 정책을 학습할 수 있다는 점에서 선택되었다. 개발된 강화학습 기반 제어기는 기존 PID 제어기보다 시스템의 비선형 동역학과 다양한 불확실성을 보다 효과적으로 처리하도록 설계되었다. 시뮬레이션 결과, 제안된 제어기는 더 매끄러운 천이 응답과 강건한 정상상태 성능을 제공할 뿐만 아니라 시간 지연 하에서도 안정적인 운전 상태를 유지함을 보여주었다. 제안된 제어기는 다양한 불확실성을 갖는 자기부상 시스템에 적용 가능하다.

최근 자기부상 시스템은 다양한 산업 분야에서 적용되고 연구되어 왔다. 특히, 궤도 내(in-track) 타입의 자기부상 컨베이어 시스템은 고도로 청정한 환경이 요구되는 공정에서 전자기적 영향을 효과적으로 최소화할 수 있으므로 활발히 연구되고 있다. 이러한 시스템에서는 통합 시스템의 제어 성능이 주로 가장 느리게 측정하는 센서에 의해 좌우되기 때문에, 구조적으로 다양한 다수의 센서가 요구된다. 본 논문에서는 여러 센서로부터 얻은 출력들을 하나의 출력으로 통합하되, 단일 최대 시간(가장 빠른 시간) 속도로 동기화하기 위한 다중 센서 융합 보상기를 제안한다. 시스템의 상태는 빠른 시간 속도로 추정되므로, 최적 제어기는 또한 빠른 성능과 안정성을 보장한다. 고려된 초전도 하이브리드 시스템의 전자기장 및 제어 성능에 대한 계산은 유한요소법에 기반한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 분석되었다.

본 논문에서는 전자석으로 구동되는 EMS(Electro-Magnetic Suspension) C형 공중부상 시스템의 부상력을 향상시키기 위해 구조적 변형을 제안한다. 수송 시스템의 크기가 제한되는 경우, 제약 조건 내에서 최대 부상력을 허용하기 위한 설계 기법에 관한 연구가 필요하다. 본 연구에서는 시스템의 전체 크기에 영향을 주지 않으면서 부상력을 향상시키기 위해 고정자 치( stator teeth )의 형상을 고려하였다. 또한, 변경된 치 형상으로 인해 발생한 슬롯 설계 파라미터를 정리하였다. 최대 부상력을 갖는 형상은 설계 변수의 크기에 따라 부상력에 기여하는 자속과 누설 자속을 분석함으로써 도출되었다. 마지막으로 FEA(Finite Element Analysis)를 통해 기본 모델과 개선 모델의 부상력 결과를 비교하여 본 연구의 타당성을 검증하였다.

자기부상(magnetic levitation) 시스템은 비선형이므로, 비선형 시스템에서 선형 제어 방법을 사용하기 위해 시스템 선형화가 필요하며, 이 과정에서 안정성과 제어 성능을 보장할 수 없다. 이러한 문제를 해결하기 위해 비선형 제어 시스템을 설계해야 한다. 본 논문에서는 자기부상 시스템의 위치 제어를 위해 백스태핑 제어(backstepping control, BSC)를 제안한다. BSC 설계를 위해 세 개의 리아푸노프 함수(Lyapunov functions)를 정의하고, 리아푸노프 안정성 정리(Lyapunov stability theorem)에 근거하여 가상 기준값(virtual reference)을 구한다. 가상 속도 및 전류 기준값을 바탕으로 제어 입력을 설계하여 제어 시스템의 안정성을 보장한다. 제안된 제어 시스템은 MATLAB/Simulink를 사용하여 구현하였으며, 추종 및 외란 성능에 대한 분석을 수행하였다. 그 결과, 상태 피드백 제어를 적용한 제안 제어 시스템의 성능이 기존의 제어 시스템과의 비교를 통해 검증되었다.

입자는 디스플레이 제조 공정에서의 주요 결함 원인이며, 생산성을 높이기 위해 이를 최소화해야 한다. 개발된 수동 자기부상(Maglev) 이송 시스템은 입자를 생성하지 않으며, 단순하고 수동적인 이동 운반체를 사용하므로 진공 응용에 적합하다. 모든 센서와 전자기 구동기는 지면에 설치되어 있으며, 운반체의 위치에 따라 자동으로 활성화된다. 그러나 센서 설치 오류는 운반체 운동의 원치 않는 요동을 유발하며, 더 나은 자기부상 정확도를 위해 이를 보상해야 한다. 본 논문에서는 구동기를 on/off 전환하는 동안 운반체의 피칭(pitching) 운동을 감소시키기 위한 센서 오프셋 보상 알고리즘을 제안한다. 센서 오프셋은 운반체와 센서 기하학 간의 선형 관계에 기반하여 센서 측정으로부터 추정한다. 오프셋 보상 알고리즘은 시뮬레이션을 통해 시험되고 검증되었다.

본 논문에서는 컨베이어 제조 시설에 적용되는 초전도-하이브리드 자기부상 시스템(superconducting-hybrid magnetic levitation systems)을 위한 새로운 제어 방법을 제안한다. 최근 자기부상 시스템은 고속 수송뿐 아니라 분진이 없는(dust-free) 조건이 요구되는 제조 공정에도 적용하기 위해 다양하게 연구되고 있다. 제안된 제어기는 내부 피드백 보상기와 설정값 오차(set-point error) 제어기로 구성된다. 기존 비례-미분-적분(proportional-derivative-integral) 제어기 사이에 볼록 집합(convex set)을 두는 제어기 구조는 기존 제어기의 성능과 강인성을 보장하며, 선형 행렬 부등식(linear matrix inequality) 제약으로 변환될 수 있는 추가 특성도 함께 고려할 수 있게 한다. 제어 요인은 오버슈트, 상승 시간, 정착 시간(settling time)과 제어 입력 구속(control input bound)과 같은 시간 영역 사양에 대해 선형 행렬 부등식으로 표현되도록 하여 최적화 문제를 풀이함으로써 결정된다. 제안된 제어기의 유효성은 시뮬레이션과 유한요소 해석(finite-element analysis)을 통해 검증된다.

본 논문에서는 추진 시스템에 의해 발생하는 부상 교란력(levitation disturbance forces)을 고려하여 자기부상 시스템의 공극(air-gap) 위치를 위한 강인제어 방법을 제안한다. 추진 시스템으로 인해 교란 효과는 피할 수 없이 발생하지만, 이를 실제 시간에 센서로 측정하기는 매우 어렵거나 불가능하다. 차량이 추진 상태에 있을 때 기준 명령(reference command)에 따라 일정한 공극 위치를 유지하기 위해서는, 부상 교란력에 대한 전자기 현가(자기부상) 강인제어가 필수적으로 요구된다. 추진 시스템에 의해 유발되는 교란력은 자기 플럭스 분포에 대한 유한요소법(finite-element method) 해석으로 예측한다. 분석 결과에 기반하여, 제안된 비례적분미분(proportional integral derivative) 제어기와 비선형 플랜트를 안정화하는 내부 피드백 보상기(inner feedback compensator)를 포함하는 강인하고 최적의 부상 제어기를 볼록 최적화(convex optimization) 방법으로 설계한다. 제안된 제어기는 측정되지 않는 상태(unmeasured state)에 대해 상태-출력 정합(state-output matching)에 기초한 기존의 전상태 피드백 최적제어기의 형태를 갖는다. 제안된 제어기의 유효성은 시뮬레이션 및 유한요소법 해석을 통해 검증된다.

본 논문은 볼록 결합 방법의 성질을 이용하여, 브러시리스 직류 모터에 대한 다중 루프 PID 컨트롤러의 명시적 튜닝 규칙을 제안하고, 이를 통해 시간 및 주파수 영역에서 시스템 거동을 예측하고자 한다. 제안된 컨트롤러의 볼록 집합은 시간 및 주파수 영역에서의 성능을 만족시키기 위한 외피(envelope)를 구성한다. 최종 제어 파라미터는 시간 영역 성능을 나타내는 제약이 볼록 집합으로 표현된 조건 하에서, 볼록 최적화 문제를 풀어 결정된다. 제안된 제어 방법의 유효성은 수치 시뮬레이션을 통해 입증되었으며, 여기서 컨트롤러 튜닝 알고리즘과 브러시리스 DC 모터의 동역학이 적절히 고려된다.