고효율 디지털 SMPS ST의 500W 시스템 솔루션 컴퓨터용 어댑터부터 서버 및 통신 시스템까지 다양한 목적으로 만들어진 AC/DC 컨버터는 작동 시 모든 부하 범위와 다용도 입력 전압 범위 전체에서 효율이 높아야 한다. 소형, 고효율 어댑터에 대한 니즈를 감안하면 AC/DC 컨버터 설계는 점점 더 어려워지고 있으며, 아날로그 IC에 기반을 둔 일반적인 방식이 아닌 새로운 변환 방식이 검토되고 있다. Rosario Attanasio, Ivan Massimiani STMicroelectronics AC/DC 컨버터 설계 방식을 상세히 살펴보면, 일반적으로는 부스트 타입 PFC와 레귤레이션 단계에서의 이용을 기반으로 하고 두 가지 모두 아날로그 PWM 레귤레이터를 이용해서 제어되는 반면, 새로운 방식은 완전 디지털화된 방식으로 마이크로컨트롤러를 이용하여 PFC와 DC/DC 단계를 관리한다. 이러한 방식은 고밀도, 고효율 전력전자장치 시스템에 점점 더 많이 적용되고 있다. 고성능 마이크로컨트롤러가 개발되고 전력 전자장치 변환에 디지털 컨트롤 방법을 새롭게 적용하면서 디지털 전력 공급 시장의 성장이 본격화되고 있다. 대다수의 하이엔드 전력 공급용 애플리케이션에서는
오픈 필드 네트워크 - 메카트로링크 제어 장치의 제어용 네트워크를 사람에 비유하면 중추 신경에 해당되며, 몸 전체를 제어하는 중요한 기능을 담당한다. 제어 장치의 마스터 기기에서 분산된 각 슬레이브 기기까지 세밀하게 연결되어 마스터의 지령이 슬레이브에 전달되고, 동일 사이클 내에서 슬레이브 상태가 마스터로 피드백된다. 메카트로링크는 필드 네트워크로 정의된다. 필드 네트워크는 I/O와 액추에이터 등의 제어 시스템 조작단을 구동하거나 제어 정보를 입력하기 위한 기기가 연결되는 네트워크이다. 현종옥 커미조아 메카트로링크(MECHATROLINK)에는 보급형 네트워크인 MECHATROLINK-Ⅱ와 고속, 고기능 용도에 적합한 MECHATROLINK-Ⅲ의 2가지 네트워크 방식이 있으며, 제조 장치나 생산 설비에 따라 표 1의 사양을 참고하여 선택, 사용하면 된다. 커미조아는 MECHATROLINK-Ⅱ 및 MECHATRO LINK-Ⅲ 방식을 각각 지원하는 PCI 타입의 마스터 보드를 공급하고 있는데, 일반적인 사양은 표준과 거의 동일하다. 커미조아의 네트워크 기반 모션 제어용 마스터 보드인 COMI-LX530S 및 COMI-LX530의 일반적인 특장점은 다음과 같다.
디지털 오디오를 직접 제작한다(8) 이번 달 연재에서는 원칩 IC로 만드는 저왜곡 파워 앰프에 대해 알아본다. 이 앰프는 전체 부품 14개로 왜곡률을 낮췄으며 수W~68W를 간단히 출력할 수 있다. 아날로그 파워 앰프 IC를 사용하면 D급 앰프 IC나 디스크리트만으로 제작하는 앰프보다 부품 수가 적어도 된다. 여기서 소개하는 것은 기본 IC(LM3886)를 사용한, 왜곡률 0.01% 이하의 10W 파워 앰프이다. 20V부터 동작 가능하며 수W~68W의 앰프를 만들 수 있다. 원칩 파워 앰프 IC인 LM3886은 모놀리식 오디오용 아날로그 파워 앰프 IC로 유명하며, 시판되고 있는 고급 오디오에도 탑재되어 있으므로 알고 있는 독자도 많을 것이다. 출력은 68W(RL=4Ω)이며, 20(±10V)~84V까지 동작하고 수W~68W까지의 파워 앰프를 만들 수 있다. 여기에는 보호 회로도 내장되어 있다. 파워 앰프는 다루는 전력이 크기 때문에 스피커 파손이나 감전 등의 사고로 연결되는 요소가 많으므로 보호가 필요하다. 출력 전류를 제한하는 회로 정도로 간단하게 끝나는 경우도 많지만, LM3886에는 순간적인 소자 온도를 감시하는 보호 기능이 있다. 전류·전압 리미터
나만의 실험실을 저렴하게 제작한다(8) 이번 달에는 100~300℃로 설정할 수 있는 납땜 인두 자동 온도조절기 대해 살펴본다. 이 온도조절기에는 납땜인두를 안전하게 다루기 위해 끄는 것을 잊지 않도록 하는 타이머를 설치했다. 그리고 조작 상태를 알기 쉽도록 하기 위해 ON 버튼과 OFF 버튼을 별도로 실장했으며, 타이머로 일정 시간이 지나면 AC 케이블을 절단하는 기능과, 설정한 상하한 온도에 도달하면 AC 전원을 절단/복귀시키는 기능도 탑재했다. 전원 컨트롤 유닛을 살펴보면, Arduino에서 컨트롤 신호를 받아 SSR(Solid State Relay)을 구동하는 회로와 Arduino에 전원을 공급하기 위한 AC 어댑터를 내장했다. 그리고 입력 핀이 GND에 접속됐을 때, 납땜 인두의 AC 전원을 ON하는 사양으로 했다. 이렇게 하면 오픈 컬렉터일 경우 어떤 장치에서도 구동할 수 있으므로, 앞으로 Arduino가 3.3V로 되더라도 회로 그대로 사용할 수 있다. 이번에 사용한 SSR은 내부 LED의 발광으로 AC 측을 컨트롤하는 사양이므로, 내부 LED의 제한 저항을 정한다. 데이터시트에 따르면 내부 LED의 구동 전류는 20mA 정도이다. LED의 순방
일렉트릭 수식 모음집 - 필터 회로 본지 기술 특집 4장에서는 원하는대로 감쇠시키거나 통과시키는 필터 회로에 대해 짚어본다. 먼저 실제 회로 설계나 회로 해석에서 큰 도움이 되는 필터의 전달함수에 대해 살펴본다. 필터는 짝수 차일 경우 2차 필터의 종속 접속으로 구성할 수 있으며, 홀수 차일 경우 거기에 1차 필터 1단을 접속하면 구성할 수 있다. 필터 회로 설계는 각종 1차 필터와 2차 필터의 전달함수 및 그 주파수 특성을 이해한 후 시작하면 효율적이다. 2차 로 패스 필터의 주파수 특성 부분에서 살펴보면, 안정적인 부귀환을 위해서는 1차 로 패스 필터 특성을 사용하는 것이 바람직하지만, 대부분의 경우 2차 로 패스 필터 특성으로 되어 있다. 전달함수의 형태를 기억해 두면 로 패스 필터를 설계할 때뿐만 아니라 안정적인 부귀환 제어 회로를 설계할 때에도 도움이 된다. 또한 최근에는 D급 앰프나 인버터의 출력 필터 등 대전류 경로에 들어가는 LC 필터를 흔히 볼 수 있게 되었다. 출력 전압 특성을 보증하기 위해 필터 뒤의 출력 단자에서 부귀환을 거는 경우도 많아 부귀환 안정도를 확보하기 위한 1단 LC 필터가 많이 이용되고 있다. - CQ출판사 『트랜지스터기술
일렉트릭 수식 모음집 - OP 앰프에 의한 신호 증폭 전기 공식 중 이 정도는 기억해 두고 사용하는 것이 편리한 공식은 옴의 법칙과 중합의 정리, 테브난의 정리 3가지라고 할 수 있다. 다른 공식은 기억하지 못하더라도 3가지 공식에서 간단하게 유도할 수 있다. 그 외에 이해해 둘 필요가 있는 것은 전압원과 전류원, 임피던스의 의미이므로 본지에서 소개한다. 마이컴 시대의 기본적인 증폭 소자라고 하면 마이컴의 A-D 컨버터와 친화성이 높은 OP 앰프 IC를 들 수 있다. 여기서는 OP 앰프를 사용한 증폭 회로의 간단한 해석법에서 실용적인 사용 방법까지 알아본다. 먼저, OP 앰프를 단순화하는 기술인 이상적인 OP 앰프의 입출력 임피던스와 게인, 반전 증폭 회로와 비반전 증폭 회로의 게인에 대해 살펴보고 기본 차동 증폭 회로, 3앰프형 차동 증폭 회로의 게인에 대해 알아본 후 OP 앰프 자체 및 저항기에서 발생하는 잡음의 크기와 반전/비반전 증폭 회로의 출력 노이즈를 알아본다. 그리고 반전 증폭 회로, 비반전 증폭 회로, 단전원 증폭 회로, 차동 증폭 회로의 오프셋 조정 저항과 단전원으로 동작하는 차동 증폭 회로의 바이어스 전압에 대해서도 자세히 살펴본다. - C
페루프 과도 응답 데이터로부터 제어기 조정 제어 대상을 모델화하지 않고 폐루프에서 얻은 1쌍의 과도 응답 데이터만으로 직접 제어기를 설계하는 직접적 제어 설계법의 연구가 이루어지고 있다. 이러한 직접적 제어기 설계법은 제어기 설계에 필요한 실험에 드는 비용과 시간을 줄일 수 있는 이점이 있다. 또한, 과도 응답 데이터가 가진 제어 대상의 동특성을 직접 제어기에 반영할 수 있기 때문에 모델 기반 제어기 설계에서 문제가 되는 제어기 설계 결과에 영향을 미치는 모델화 오차를 줄일 수도 있다. 이러한 직접적 제어기 설계법 중 하나로 FRIT(Fictitious Reference Iterative Tuning)법이 있다. FRIT법은 폐루프 시스템에서 취득한 과도 응답 시의 제어 대상 입출력 데이터만을 이용해 시간 영역에서의 참조 모델에 매칭시킴으로써 제어기 파라미터를 조정한다. 제어 대상 입출력 데이터의 시간 영역 정보를 이용해 제어기 파라미터를 조정할 수 있다는 점은 이러한 데이터를 가진 주파수 영역 정보도 제어기 파라미터 조정에 활용할 수 있는 것을 의미한다. 제어 대상이 가진 주파수 영역 정보를 얻을 수 있다면 나이키스트의 안정 판별법이나 그것에 기초한 고전적
FRIT법을 이용한 비선형 PID 제어 시스템 설계 비선형 시스템에 대한 유효한 적응·학습 제어 방법으로서 계층형 뉴트럴 네트워크(Neural Network : NN)를 이용한 PID 제어법, 소뇌 연산 모델(Cerebellar Model Articulation Controller : CMAC)을 이용한 PID 제어법 혹은 데이터 구동형(Data-Driven : DD) 접근에 기초한 PID 제어법 등이 제안되고 있다. 이러한 방법은 모두 평가 규범의 기울기를 이용해 최솟값을 탐색한다. 이른바 기울기법에 기초한 학습법칙에 의해 PID 게인이 조정된다. 이때, 학습에 많은 시간이 있어야 하는 것이 실장하는 데 큰 방해가 된다. 오프라인 학습인 경우에는 학습 시간은 그다지 큰 문제가 되지 않지만, 학습에는 제어 대상을 모의한 에뮬레이터가 필요하고, 제어 대상이 비선형 시스템이라는 것을 고려하면 이것의 구축도 쓸데없는 것 중 하나가 된다. 따라서 에뮬레이터 등을 필요로 하지 않고 오프라인으로 학습할 수 있는 것이 바람직하다. 그러나 제어 시스템 설계에서는 우선 제어 대상 모델을 구축하는 것에서 시작해 그 모델에 기초해 제어 시스템을 구성하는 것과 같은 이른바 모델
데이터 구동형 제어에서 비선형 보상과 최적화 기법 제어 대상에 비선형성이 포함되는 경우, 앞에서 설명한 표준적인 데이터 구동형 제어에 의한 제어기 파라미터 조정 결과는 어떻게 될까. VRFT의 틀에서 제어 대상이 가역성 등의 가정을 만족하면 비선형 시스템이라도 선형 시스템과 마찬가지로 입출력 데이터에 실시하는 필터의 최적성 조건에 관한 해석 결과를 얻을 수 있다고 설명했다. 그러나 제어 대상에 포함되는 비선형성으로서 대표적인 불감대, 히스테리시스는 일반적으로 가역성을 갖지 않으므로 그러한 결과는 적용되지 않는다. 또한, 실제 응용 장면에서 비선형성에 의해 충분한 제어 성능을 얻을 수 없는 경우가 있다. 그래서 여기서는 비선형성을 포함하는 제어 대상에 대해 그것을 보상함과 동시에 제어기 파라미터를 조정하는 데이터 구동형 제어에 대해 설명한다. 폐루프 시스템에서 제어 대상은 입출력에 비선형성과 선형 시스템의 직렬 결합으로 이루어진다고 가정한다. 제어기의 뒷단에는 비선형성의 역특성을 가진 시스템 을 비선형 보상기로서 배치하고, 이것들을 모아 전체 제어기를 구성한다. 이 제어 시스템의 구성에서 비선형성 이 비선형 보상기 에 의해 상쇄될 수 있으면 제어기에 의해 선형
데이터 구동 제어 설계 위한 파라미터 집합 3차원 가시화 PID 제어기와 같은 간단한 제어기도 조정하는 파라미터의 수가 3개가 되면 안정도를 신경 써야 하기 때문에 조정 작업은 쉽지 않다. 조정을 잘하려면 적당한 안정도를 만족하는 파라미터 영역을 도시하는 것이 유효하다. 고정 차수 제어기 설계 문제나 다목적 설계 문제 등 많은 실용적인 문제는 비(非)볼록 최적화 문제가 되어 수치 최적화에 의해 해를 구하는 것이 곤란하다. 이러한 종류의 문제에 파라미터 공간법에 의한 설계법이 유효한 방법의 하나로 알려져 있다. 여기서는 제어 대상의 과도 응답 데이터가 주어질 경우에 수식 모델을 식별하는 것이 아니라 제어기에 포함되는 파라미터 허용 영역의 3차원 공간의 등가면을 2차원 평면에 그리는 방법을 설명한다. 파라미터 공간에 그리는 방법 중의 하나는 PID 제어기에 한정한 파라미터 평면법이다. 이 방법으로는 비반증 영역이 간접적으로만 표현되며, 또한 영역 단면을 나타내므로 평면과 평면의 전환이 필요하게 된다. 이로 인해 비반증 영역을 발견하는데 전문지식이 필요해 3차원 공간에서 형상을 파악하기 어렵다. 다른 하나는 일반 제어기에 3차원 공간의 허용 영역의 등가면을 그릴
페루프 데이터에 기초한 제어 시스템 직접적 설계법 컴퓨터의 급속한 발전에 따라 대량의 데이터를 단시간에 처리할 수 있게 되었다. 이에 따라 모델링이나 제어 시스템 설계에 데이터베이스를 효율적으로 활용하는 방법이 제안되고 있다. 그중에서 가장 널리 알려져 있는 것이 Just-in-Time(JIT)법이다. 모델링 방법으로서의 J I T법(이하, J I T 모델링법)은 Stenman 연구팀에 의해 제안되어 비선형 시스템의 국소 선형 모델을 데이터베이스에 미리 축적된 입출력 데이터를 이용해 축차적으로(혹은 필요에 따라) 하는 방법이다. 구체적으로는 동작점(요구점)이 주어졌을 때, 그 근방 데이터로부터 국소 선형 모델을 구축하는 것으로, 국소 선형 모델의 파라미터를 구한 다음 모델 출력을 산출하는 가중 국소 회귀법(LWR)이나 모델 출력을 직접 산출하는 가중 선형 평균법(LWA) 등이 있다. JIT 모델링법은 일본 내에서는 철강 프로세스에 적용되는 등 많은 결과가 보고되고 있다. 또한, 이 방법에 기초한 대규모 데이터베이스 온라인 모델링(LOM)법도 제안되어 몇 가지 실제 시스템에 적용됨으로써 그 유효성이 검증되었다. 또한, 후지와라(藤原) 연구팀은 상관형 JIT법을
대형 플랜트 육성보수에서의 기계 가공 발전소, 제철소, 시멘트공장, 제지공장, 각종 화학공장 등에서 가공하는 대형 플랜트는 사용에 따라 소모되는 부품 대응이 필요하다. 이를 위한 대응 방법으로는 장치가 거대하기 때문에 부품 교환 등이 쉽지 않다는 점에서 현지 보정이 중요한 기술이라는 위치를 부여하고 있다. 보수작업에서는 ‘원상회복’과 ‘개량·개선’의 양쪽에 의도가 있으며, Welding Alloys Japan(이하, WAJ)에서는 특히 후자를 만족시킬 수 있도록 보수기술 개발에 주력하고 있다. 여기서는 일본공업출판 <기계와 공구>지 최근호에 실린 WAJ가 주력하고 있는 버티컬 밀의 보수와 초임계압 보일러의 수냉벽 패널 보정을 소개한다. 버티컬 밀이란 상부에서 투입된 분쇄원료를 롤러(2∼4개)와 테이블라이너 사이에서 분쇄하여 분급하는 장치이다. 이러한 롤러와 테이블라이너는 사용에 따라 마모가 발생하며, 분쇄원료에 따라서도 달라지지만 6개월∼3년 정도면 보수가 필요하다. 또한, 이러한 버티컬 밀은 롤러 1개당 500kg∼50ton과 대형이기 때문에 교환하는 것만으로도 상당한 비용이 발생된다. 이 때문에 비교적 납기가 짧으며 저비용의 현지보수가 많이 채
Robotmaster 이용한 오프라인 티칭 많은 가능성을 잠재하고 있는 산업용 로봇은 운용을 위한 몇 가지 과제가 있다. 그중에서 가장 중요한 과제가 티칭(교시)이다. 티칭이란 오퍼레이터가 로봇에 움직임을 기록시키는 작업을 말하며, 로봇에 부속된 티칭 펜던트(Teaching Pendant)를 사용하여 로봇 끝에 장착된 툴의 통과점을 1개씩 로봇 측에 기록한다. 예를 들어 용접의 경우에는 부자재의 이음매를 따라서 용접 토치(Torch)를 움직이도록 하지만, 통과점 기록은 오퍼레이터가 육안으로 실시해야 한다. 따라서 간단한 형태라면 단시간에 티칭이 완료되지만 복잡한 형태인 경우에는 상당한 시간이 필요하다. 또한, 티칭을 실시하는 오퍼레이터 스킬에 따라 로봇의 가공률이 크게 변화된다는 점도 개선의 여지가 있다. 이러한 과제의 해결방법으로 일본공업출판 <기계와 공구>지 최근호는 오프라인 티칭이라는 방법을 제안했다. <기계와 공구>에 따르면, 오프라인 티칭은 주로 3차원 CAD 데이터를 사용하여 PC 상으로 실시하는 티칭방법으로, 3차원 CAD 데이터에서 툴을 통과시키는 포인트를 선택하여 프로그램을 출력한다. 오프라인 티칭은 가상공간상에서 로봇의
PLM 적용 사례 의료기기를 위한 Image-to-Implant 솔루션 최근까지 수술기구나 임플란트 등의 대부분은 대량생산을 목적으로 설계되었다. 이와 같은 상황으로 인해 한정된 종류의 사이즈와 형태로 된 제품밖에 없었으며, 이것을 환자에게 외과적으로 ‘Fit’시킬 수 없는 상황이 일반적이었다. Siemens PLM Software의 Image-to-Implant 솔루션을 이용하면 MRI나 CT로 활용한 관절영상을 바탕으로 정형외과용 임플란트나 기구를 환자에게 맞춰 설계·제조할 수 있다. 또한, 치환하는 부위에 맞춘 임플란트, 수술용 지그, 어태치먼트 등을 설계하여 최적화된 의료기기 제공이 가능해졌다. 따라서 치료부위 절개 정도를 가급적 적게 하여 더욱 많은 조직을 그대로 두고 재치환의 필요성을 줄여 환자의 회복을 빠르게 하는데 공헌하고 있다. 여기에서는 일본공업출판 <기계와 공구>지 최근호에 소개된 Image-to-Implant 솔루션을 활용한 오더메이드 치료기기 수주발주용 프로세스 자동화를 요약한다. Siemens PLM Software의 Teamcenter를 베이스로 한 PLM 시스템은 수주개발을 지원하는 통합 소프트웨어 플랫폼을 제공하여 각
[재해 방지를 위한 안전작업(7)] 감전재해의 현황을 살피다 연재 <재해 방지를 위한 안전작업> 7회에서는 감전재해의 현황에 대해 살펴본다. 예전에 비해 감전재해는 크게 줄어들었다. 이것은 전적으로 관계자들의 노력의 산물이라 생각한다. 전기공사업 단체에 따르면 감전재해는 전기 작업 시에 ‘순서1 : 작업은 정전한 다음 시행한다, 순서2 : 작업 개시 전에 정전 상태인지의 여부를 검전을 통해 확인한다’는 작업 지침을 지키게 되면서 크게 감소했다고 한다. 그러나 완전히 없어진 것은 아니다. 아직까지도 매년 감전에 의해 재해를 입는 사람들이 있다. 이 글에서는 감전재해의 현재 상황은 어떠한지, 노동 피해 데이터 분석을 바탕으로 알아보자.