압전 복합재료 작동기 LIPCA와 단일 PZT의 보 진동 제어 성능 비교

Abstract

본 논문에서는 기존에 개발한 압전 복합재료 작동기인 LIPCA가 동적 구조물의 작동기로 적용 가능한지를 평가하였다. 압전 세라믹 층, 탄소/에폭시 층 및 유리/에폭시 층으로 이루어진 LIPCA 작동기는 단일 PZT에 비하여 성능 및 내구성이 크다는 장점이 있다. 성능 평가를 위하여 정적 작동력 실험과 진동 제어 실험을 수행하였다. 알루미늄 보의 한 쪽 면에 LIPCA와 단일 PZT를 각각 보에 부착하고 반대쪽 면에는 변형률 게이지를 부착하였다. 먼저 정적 작동력 실험에서는 작동 전압에 따른 변형률 신호를 등가 작동 모멘트로 환산하여 크기를 비교함으로써 성능을 평가하였다. 진동 제어 실험에서는 스트레인 게이지의 변형률 신호를 PID 제어 알고리듬을 사용하여 보의 자유 진동을 억제하도록 제어 신호를 생성하였다. 진동 신호가 감쇠하는 정도를 나타내는 안정화 시간을 비교함으로써 성능을 평가하였다. 실험 결과 LIPCA가 정적 작동 뿐 아니라 자유 진동 제어에서도 단일 PZT보다 성능이 우수함을 확인하였다. The purpose of this paper is to evaluate potential application of Lightweight Piezo-composite Actuator (LIPCA) to suppress vibrations of structures. The LIPCA, consisting of a piezoelectric layer, a carbon/epoxy layer and glass/epoxy layers, has advantages in terms of high performance, durability and reliability, compared to the bare piezoelectric ceramic (PZT) actuator. We performed two kinds of experiments on static actuation and active vibration suppression to investigate the actuation performances of the LIPCA and the bare PZT. We attached the actuator on one side and a strain gage on the other side of an aluminum beam. In the static actuation test, we evaluated the performance by comparing equivalent actuation moments of the LIPCA and the bare PZT due to the applied voltage. In the active vibration control test, control signals were generated to suppress the vibration of the beam by the PID control algorithm based on the measured strain signals. The performances were estimated based on settling times of the strain responses. It can be concluded that the LIPCA has better actuation performances than the bare PZT in active control of free vibration as well as static actuation.