고용장 작동
High-redundancy actuation고용장 작동(HRA)은 기계적 작동 영역에서 내결함성 제어에 대한 새로운 접근법이다.
개요
기본 개념은 작은 작동 요소를 많이 사용하여 한 요소의 고장이 전체 시스템에 미미한 영향만 미치도록 하는 것입니다.이렇게 하면 여러 요소에 장애가 발생한 후에도 고용장 액추에이터가 계속 작동할 수 있습니다.이 속성은 그레이스 풀 열화라고도 합니다.
액추에이터 고장이 있는 상태에서 폴트 톨러런스 작동을 수행하려면 어떤 형태로든 용장성이 필요합니다.액추에이터는 시스템을 안정적으로 유지하고 원하는 상태로 만들기 위해 사용되기 때문에 필수적입니다.어느 쪽이든 시스템에 일정한 힘 또는 힘을 가해야 합니다.액추에이터가 이러한 필요한 힘을 생성하지 않는 한 어떤 제어 접근도 작동할 수 없습니다.
따라서 일반적인 해결책은 과잉 동작에 의한 안전상의 오류입니다.시스템에는 엄밀하게 필요한 것보다 훨씬 많은 제어 액션이 내장되어 있습니다.중요 시스템의 경우 정상 접근법은 액추에이터의 간단한 복제를 포함한다.항공기 비행 제어 시스템에는 제어 관점에서 한 개로 충분하더라도 종종 세 개 또는 네 개의 액추에이터가 병렬로 사용된다.따라서 하나의 액추에이터가 고장나더라도 나머지 액추에이터가 항상 시스템 작동을 유지할 수 있습니다.이 접근방식은 확실히 성공적이지만, 시스템을 비싸고 무겁고 비효율적으로 만들기도 합니다.
고용장 작동의 영감을 얻습니다.
HRA(High-redundancy actuation)의 개념은 인간의 근육 구조에서 영감을 얻었다.근육은 많은 개별적인 근육 세포들로 구성되어 있으며, 각각의 세포들은 근육의 힘과 이동에 아주 작은 기여만을 제공한다.이러한 특성들은 전체적으로 근육이 개별 세포의 손상에 대해 높은 탄력성을 갖도록 한다.
기술적 실현
고중복 작동의 목적은 인공 근육을 생성하는 것이 아니라 본질적인 결함 허용성을 제공하기 위해 기술적 작동기에서 동일한 협력 원칙을 사용하는 것이다.이를 위해 다수의 소형 액추에이터 요소가 병렬 및 직렬로 조립되어 하나의 액추에이터를 형성합니다(직렬 및 병렬 회로 참조).
액추에이터 내부의 고장은 최대 성능에 영향을 미치지만 강력한 제어를 통해 어댑테이션 또는 재구성 없이 완전한 성능을 유지할 수 있습니다.유지보수를 요구하는 오퍼레이터에게 경고를 제공하기 위해서는 어떤 형태의 상태 모니터링이 필요합니다.그러나 이러한 모니터링은 적응형 방법이나 제어 재구성과는 달리 시스템 자체에 영향을 미치지 않으므로 시스템 설계가 크게 단순해집니다.
HRA는 기계적 수준의 신뢰성 엔지니어링 개념을 사용하여 내결함성 제어의 전체 영역에서 중요한 새로운 접근법입니다.적용 가능한 경우, 정상 열화가 가능한 액추에이터를 제공할 수 있으며 액추에이터 요소에 여러 고장이 있는 경우에도 공칭 성능에 가까운 작동 성능을 유지할 수 있습니다.
작동 요소를 직렬로 사용
고용장 작동의 중요한 특징은 액추에이터 요소가 병렬 및 직렬로 연결된다는 것입니다.병렬 배치가 일반적으로 사용되는 반면 직렬 구성은 효율성이 낮다고 인식되기 때문에 거의 사용되지 않습니다.
그러나 병렬 배열로 처리하기 어려운 한 가지 고장이 있습니다. 바로 액추에이터 요소 하나가 잠기는 것입니다.병렬 액추에이터 요소는 항상 동일한 확장을 가지므로 잠긴 요소 하나가 전체 어셈블리를 사용할 수 없게 만들 수 있습니다.잠금으로부터 요소를 보호하거나 단일 요소에 의해 가해지는 힘을 제한함으로써 이를 완화할 수 있다.그러나 이러한 조치들은 시스템의 효율성을 감소시키고 새로운 장애점을 야기합니다.
시리얼 설정의 분석 결과, 1개의 요소가 잠겨 있어도 동작 가능한 상태로 있는 것을 알 수 있습니다.다양한 고장 유형에 대해 내결함성이 필요하므로 이 사실은 고용장 액추에이터에 중요합니다.HRA 프로젝트의 목표는 병렬 및 직렬 액추에이터 요소를 사용하여 요소의 차단 및 비활성(힘 손실)을 모두 수용하는 것입니다.
이용 가능한 테크놀로지
고용장 작동의 기본 개념은 기술에 구애받지 않는 것입니다. 다양한 종류의 선형 액추에이터 및 회전식 액추에이터를 포함한 광범위한 액추에이터 기술에 적용할 수 있어야 합니다.
단, 초기 실험은 전기 액추에이터, 특히 전기 기계 및 전자기 기술을 사용하여 수행됩니다.공압식 액추에이터에 비해 전기 구동은 위치와 힘을 훨씬 세밀하게 제어할 수 있습니다.
레퍼런스
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추가 정보
- M. Blanke, M. Kinnaert, J. Lunze, M. Staroswiecki, J. Schreder: "진단 및 폴트 톨러런스 컨트롤", ISBN978-3-540-35652-3.스프링거, 뉴욕, 2006년
- S. Chen, G. Tao 및 S. M. Joshi: IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 473–478, 2002에서 "액튜에이터 장애가 있는 시스템의 적응 상태 추적 제어를 위한 일치 조건에 대하여"
- X. Du, R. Dixon, R.M. Goodall 및 A.C. Zolotas: 2007년 취리히의 IFAC Advanced Intelligent Mecatronics Conference(AIM) 프리프린트에서 "LQG Control for a High Redundant Actuator"를 참조하십시오.
- X. Du, R. Dixon, R.M. Goodall 및 A.C. Zolotas: "고용장 액추에이터 제어 전략 평가", ACTU에이터 2006, 독일.
- X. Du, R. Dixon, R.M. Goodall 및 A.C. Zolotas: "고용장 액추에이터의 모델링 및 제어", CONTROL 2006, 스코틀랜드, 2006.
- T. Steffen, J. Davies, R. Dixon, R.M. Goodall 및 A.C. Zolotas: IFAC Conference for Advanced Intelligent Mechatronics (AIM, 2007)의 프리프린트에서 "이동 코일을 고용장 액추에이터로 사용"
