Development of Control Algorithm for Tractor Semi-Active Cabin Suspension based on Sliding Mode Control

학위논문(석사) -- 서울대학교대학원 : 농업생명과학대학 바이오시스템공학과, 2022.2. 박영준.트랙터는 불균일한 지면을 주행하며 부하변동이 큰 농작업에 주로 사용된다. 이로 인해 발생하는 트랙터의 승차진동은 작업자의 건강에 위협이 되고 있다. 때문에 트랙터 캐빈의 승차진동을 저감할 수 있는 여러 방안들이 제안되었으나, 아직도 국제적 기준량을 넘는 승차진동이 발생하고 있다. 승차진동을 효과적으로 저감하는 방안으로 캐빈 현가장치가 주목을 받고 있다. 캐빈 현가장치로 사용될 수 있는 수동(passive), 반능동(semi-active), 능동(active) 현가장치 중에서 동력 손실이 적으면서도 승차진동 저감 성능이 뛰어난 반능동 현가장치에 대한 연구들이 수행되어 왔다. 반능동 현가장치를 제어하기 위한 연구들은 승용차를 대상으로 주로 진행되었다. 스카이훅(skyhook), 최적제어, 퍼지 로직, 슬라이딩 모드 제어 등의 다양한 제어 기법을 통해 효과적으로 승용차의 승차진동을 저감한 연구 사례가 다수 수행되었다. 그러나 현가상 질량이 현가하 질량보다 큰 승용차는 시스템 구조적으로 트랙터와 다르기 때문에, 트랙터 구조를 고려한 연구가 필요한 실정이다. 반능동 현가장치가 장착된 트랙터를 대상으로 한 연구는 최적제어 기법을 이용한 연구에 머물러 있다. 그러나 최적제어 기법은 트랙터의 복잡한 시스템을 정확하게 구현하지 못함으로 인해 발생할 수 있는 시스템 모델의 불확실성과 작업 환경이 외란에 노출되기 쉬운 환경이라는 점 때문에 제어 성능이 저하될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 트랙터 구조를 고려한 1/2(half-car) 트랙터 동역학 모델을 개발하고 반능동 현가장치의 특성과 비례제어밸브 전류의 동특성을 구현하여 모델의 정확도를 높였다. 개발된 동역학 모델을 대상으로 강인 제어 기법인 슬라이딩 모드 제어를 이용하여 반능동 현가장치 제어 알고리즘을 개발하고 시뮬레이션 결과를 비교하여 제어 알고리즘의 성능을 평가하였다. 시뮬레이션 결과에 따르면 고무마운트를 장착한 트랙터에서 발생하는 캐빈 수직 가속도보다 반능동 현가장치를 장착한 트랙터에서 발생하는 캐빈 수직 가속도가 입력 노면 조건이 계단 입력인 경우 55% 감소하였고, ISO8608 노면 등급인 경우 41% 감소하는 것을 확인하였다. 개발된 제어 알고리즘의 실시간성을 검증하기 위하여 제어기를 대상으로 Hardware-in-the-Loop 시뮬레이션을 진행하였고 노면 조건과 상관없이 캐빈 수직 가속도에서 큰 변화가 나타나지 않아 실시간성을 만족하는 것을 확인할 수 있었다.Tractors travel on uneven ground and are mainly used for agricultural work with large load fluctuations. The resulting ride vibration of the tractor poses a threat to the health of the worker. Therefore, several studies have been done to reduce the ride vibration of the tractor cabin, but there are still ride vibrations that exceed the international standard. Cabin suspension is drawing attention as a way to effectively reduce ride vibrations. Among passive, semi-active, and active suspensions that can be used as cabin suspension, studies have been conducted on semi-active suspension because of its low power loss and excellent ride vibration reduction performance. Studies to control semi-active suspension were mainly conducted on passenger cars. There are many research cases that effectively reduce ride vibration of passenger car through various control techniques such as skyhook, optimal control, fuzzy logic, and sliding mode control. However, since tractor is systematically different from passenger car of which sprung mass is greater than the unsprung mass, research considering the tractor structure is needed. Research on tractors equipped with semi-active suspension remains in research using optimal control techniques. However, the optimal control technique may deteriorate control performance due to the uncertainty of the system parameter that may arise from the failure to accurately measure the complex system of the tractor and the fact that the working environment which is easily exposed to disturbance. Therefore, in this study, a half-car tractor dynamic model considering a tractor structure was developed, and the accuracy of the model was improved by reflecting the dynamic characteristics of the semi-active suspension and the proportional control valve current. And a semi-active suspension control algorithm was developed and applied to the dynamic model, using sliding mode control which is one of the robust control technique. The performance of the control algorithm was evaluated by comparing the simulation results. According to the simulation results, it was confirmed that the vertical acceleration of the cabin in the tractor equipped with the semi-active suspension decreased by 55% when the input road condition was a step input and decreased by 41% when the ISO8608 road level. And Hardware-in-the-Loop simulation was conducted on controllers to verify the real-time property of the developed control algorithm.1. 서 론 1 2. 연구 목적 5 3. 문헌 연구 6 3.1. 트랙터 동역학 모델 6 3.2. 반능동 현가장치 제어 알고리즘 7 4. 1/2 트랙터 동역학 모델 개발 10 4.1. 트랙터 제원 11 4.2. 고무마운트 트랙터 동역학 모델 개발 12 4.3. 현가장치 트랙터 동역학 모델 개발 21 4.3.1. 현가장치 1/2 트랙터 동역학 모델 21 4.3.2. 수동 및 반능동 현가장치 특성 30 4.3.3. 비례제어밸브 모델 33 4.3.4. 현가장치 트랙터 동역학 모델 검증 36 5. 반능동 현가장치 제어 알고리즘 개발 42 5.1. 비례제어밸브 전류 추종 알고리즘 42 5.1.1. PI 제어기 설계 42 5.1.2. 외란관측기 설계 43 5.1.3. 외란관측기 강인성 평가 46 5.2. 슬라이딩 모드 제어 기반 반능동 현가장치 제어 알고리즘 48 6. 트랙터 제어 모델 및 시뮬레이션 54 6.1. 트랙터 제어 모델 54 6.2. Model-in-the-Loop 시뮬레이션 58 6.2.1. 주파수 영역 분석 58 6.2.2. 시간 영역 분석 60 6.3. Hardware-in-the-Loop 시뮬레이션 69 6.3.1. Hardware-in-the-Loop 시뮬레이션 시스템 구축 69 6.3.2. Hardware-in-the-Loop 시뮬레이션 결과 72 7. 결론 77 8. 참고 문헌 79 9. 부록 85석

Actinobacillus actinomycetemcomitans에 의한 조골세포의 골흡수 유도인자의 생성증가

Dept. of Dentistry/석사[한글] 치주염은 염증성 질환으로 치조골의 파괴가 중요한 임상적 특징이다. 조골세포는 골흡수를 유도하는 receptor activator of NF-κB ligand (RANKL), macrophage inflammatory protein (MIP)-1, tumor necrosis factor (TNF)-, Interleukin (IL)-1β 및 IL-6와 같은 cytokine을 생성하여 파골 세포 형성에 있어서 중요하다. 치주염의 원인균인 Actinobacillus actinomycetemcomitans의 상피세포 및 내피세포 부착 침투능에 대한 기전이 일부 밝혀져 있으나 본 세균의 조골세포 부착/침투능에 대해서는 알려져 있지 않다. 따라서 본 연구에서는 A. actinomycetemcomitans의 조골세포 부착/침투능 및 본 세균의 부착/침투에 의한 조골세포의 골흡수유도능 변화를 평가하였다. A. actinomycetemcomitans는 조골세포에 부착하였으며 일부 세균은 세포 내로 침투하였다. 조골세포 표면에 부착한 세균의 수는 침투한 세균의 수 보다 많았다. A. actinomycetemcomitans에 의하여 감염된 조골세포에서 RANKL, MIP-1, TNF-, IL-1 β 및 IL-6 mRNA의 발현이 증가하였다. 열처리 세균으로 처리한 조골세포에서도 RANKL, MIP-1, TNF-, IL-1 β 및 IL-6의 발현이 증가하였으나 생균에 의하여 감염된 경우 열처리세균에 의한 경우 보다 RANKL, MIP-1 및 IL-6 mRNA이 더 강하게 발현되었다. 이들 결과는 A. actinomycetemcomitans가 조골세포에 부착 및 침투를 할 수 있으며 A. actinomycetemcomitans에 의한 조골세포 감염이 조골세포의 RANKL, MIP-1 및 IL-6의 생성을 증가시켜 치주염시 야기되는 골흡수에 관여할 수 있음을 시사한다. [영문]Periodontitis is an inflammatory disorder and alveolar bone destruction is one of important characteristics. Actinobacillus actinomycetemcomitans is one of oral pathogens that causes periodontal disease. Osteoblasts play an important role in bone resorption. It has been reported that A. actinomycetemcomitans is able to adhere to and invade oral epithelial cells. However, it is unclear whether A. actinomycetemcomitans adheres to and invades osteoblasts. In this study, we examined the ability of A. actinomycetemcomitans for adherence and or invasion to osteoblalsts and the effect of live or heat-killed A. actinomycetemcomitans on expression of bone resorption inducing factors such as receptor activator of NF-κB ligand (RANKL), macrophage inflammatory protein (MIP)-1α, tumor necrosis factor (TNF)-, Interleukin (IL)-1β, and IL-6. A. actinomycetemcomitans was able to adhere to and invade osteoblasts. The number of bacteria that adhered to osteoblasts is much higher than that of bacteria that invaded. In osteoblast Infected with live or heat-inactivated A. actinomycetemcomitans, mRNA level of RANKL, MIP-1α, TNF-α, IL-1β, and IL-6 was higher than that in non-treated osteoblasts. The osteoblasts infected with live A. actinomycetemcomitans expressed more mRNA of RANKL, MIP-1α, and IL-6 than those with the heat-inactivated A. actinomycetemcomitans. The induction level of TNF-α and IL-1β mRNA was similar in both cultures treated with live and heat-inactivated bacteria. These findings suggest that A. actinomycetemcomitans can adhere to and invade osteoblasts and that the infection of A. actinomycetemcomitans in osteoblasts increases expression of bone resorption inducing factors such as RANKL, MIP-1α, and IL-6. These process may be involved in the increased osteoclastogenesis finally leads to bone resorption.ope

Development of Control Algorithm for Tractor Semi-Active Cabin Suspension based on Sliding Mode Control

트랙터는 불균일한 지면을 주행하며 부하변동이 큰 농작업에 주로 사용된다. 이로 인해 발생하는 트랙터의 승차진동은 작업자의 건강에 위협이 되고 있다. 때문에 트랙터 캐빈의 승차진동을 저감할 수 있는 여러 방안들이 제안되었으나, 아직도 국제적 기준량을 넘는 승차진동이 발생하고 있다. 승차진동을 효과적으로 저감하는 방안으로 캐빈 현가장치가 주목을 받고 있다. 캐빈 현가장치로 사용될 수 있는 수동(passive), 반능동(semi-active), 능동(active) 현가장치 중에서 동력 손실이 적으면서도 승차진동 저감 성능이 뛰어난 반능동 현가장치에 대한 연구들이 수행되어 왔다. 반능동 현가장치를 제어하기 위한 연구들은 승용차를 대상으로 주로 진행되었다. 스카이훅(skyhook), 최적제어, 퍼지 로직, 슬라이딩 모드 제어 등의 다양한 제어 기법을 통해 효과적으로 승용차의 승차진동을 저감한 연구 사례가 다수 수행되었다. 그러나 현가상 질량이 현가하 질량보다 큰 승용차는 시스템 구조적으로 트랙터와 다르기 때문에, 트랙터 구조를 고려한 연구가 필요한 실정이다. 반능동 현가장치가 장착된 트랙터를 대상으로 한 연구는 최적제어 기법을 이용한 연구에 머물러 있다. 그러나 최적제어 기법은 트랙터의 복잡한 시스템을 정확하게 구현하지 못함으로 인해 발생할 수 있는 시스템 모델의 불확실성과 작업 환경이 외란에 노출되기 쉬운 환경이라는 점 때문에 제어 성능이 저하될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 트랙터 구조를 고려한 1/2(half-car) 트랙터 동역학 모델을 개발하고 반능동 현가장치의 특성과 비례제어밸브 전류의 동특성을 구현하여 모델의 정확도를 높였다. 개발된 동역학 모델을 대상으로 강인 제어 기법인 슬라이딩 모드 제어를 이용하여 반능동 현가장치 제어 알고리즘을 개발하고 시뮬레이션 결과를 비교하여 제어 알고리즘의 성능을 평가하였다. 시뮬레이션 결과에 따르면 고무마운트를 장착한 트랙터에서 발생하는 캐빈 수직 가속도보다 반능동 현가장치를 장착한 트랙터에서 발생하는 캐빈 수직 가속도가 입력 노면 조건이 계단 입력인 경우 55% 감소하였고, ISO8608 노면 등급인 경우 41% 감소하는 것을 확인하였다. 개발된 제어 알고리즘의 실시간성을 검증하기 위하여 제어기를 대상으로 Hardware-in-the-Loop 시뮬레이션을 진행하였고 노면 조건과 상관없이 캐빈 수직 가속도에서 큰 변화가 나타나지 않아 실시간성을 만족하는 것을 확인할 수 있었다.Tractors travel on uneven ground and are mainly used for agricultural work with large load fluctuations. The resulting ride vibration of the tractor poses a threat to the health of the worker. Therefore, several studies have been done to reduce the ride vibration of the tractor cabin, but there are still ride vibrations that exceed the international standard. Cabin suspension is drawing attention as a way to effectively reduce ride vibrations. Among passive, semi-active, and active suspensions that can be used as cabin suspension, studies have been conducted on semi-active suspension because of its low power loss and excellent ride vibration reduction performance. Studies to control semi-active suspension were mainly conducted on passenger cars. There are many research cases that effectively reduce ride vibration of passenger car through various control techniques such as skyhook, optimal control, fuzzy logic, and sliding mode control. However, since tractor is systematically different from passenger car of which sprung mass is greater than the unsprung mass, research considering the tractor structure is needed. Research on tractors equipped with semi-active suspension remains in research using optimal control techniques. However, the optimal control technique may deteriorate control performance due to the uncertainty of the system parameter that may arise from the failure to accurately measure the complex system of the tractor and the fact that the working environment which is easily exposed to disturbance. Therefore, in this study, a half-car tractor dynamic model considering a tractor structure was developed, and the accuracy of the model was improved by reflecting the dynamic characteristics of the semi-active suspension and the proportional control valve current. And a semi-active suspension control algorithm was developed and applied to the dynamic model, using sliding mode control which is one of the robust control technique. The performance of the control algorithm was evaluated by comparing the simulation results. According to the simulation results, it was confirmed that the vertical acceleration of the cabin in the tractor equipped with the semi-active suspension decreased by 55% when the input road condition was a step input and decreased by 41% when the ISO8608 road level. And Hardware-in-the-Loop simulation was conducted on controllers to verify the real-time property of the developed control algorithm.1. 서 론 1 2. 연구 목적 5 3. 문헌 연구 6 3.1. 트랙터 동역학 모델 6 3.2. 반능동 현가장치 제어 알고리즘 7 4. 1/2 트랙터 동역학 모델 개발 10 4.1. 트랙터 제원 11 4.2. 고무마운트 트랙터 동역학 모델 개발 12 4.3. 현가장치 트랙터 동역학 모델 개발 21 4.3.1. 현가장치 1/2 트랙터 동역학 모델 21 4.3.2. 수동 및 반능동 현가장치 특성 30 4.3.3. 비례제어밸브 모델 33 4.3.4. 현가장치 트랙터 동역학 모델 검증 36 5. 반능동 현가장치 제어 알고리즘 개발 42 5.1. 비례제어밸브 전류 추종 알고리즘 42 5.1.1. PI 제어기 설계 42 5.1.2. 외란관측기 설계 43 5.1.3. 외란관측기 강인성 평가 46 5.2. 슬라이딩 모드 제어 기반 반능동 현가장치 제어 알고리즘 48 6. 트랙터 제어 모델 및 시뮬레이션 54 6.1. 트랙터 제어 모델 54 6.2. Model-in-the-Loop 시뮬레이션 58 6.2.1. 주파수 영역 분석 58 6.2.2. 시간 영역 분석 60 6.3. Hardware-in-the-Loop 시뮬레이션 69 6.3.1. Hardware-in-the-Loop 시뮬레이션 시스템 구축 69 6.3.2. Hardware-in-the-Loop 시뮬레이션 결과 72 7. 결론 77 8. 참고 문헌 79 9. 부록 85석

METHOD FOR A PARALLELIZATION ALGORITHM FOR REAL-TIME PATH PLANNING OF HIGH-DOFs ROBOT MANIPULATOR AND DEVICE THEREOF

본 개시(disclosure)의 다양한 실시 예들에 따르면, 동작 경로 개선을 위한 매니퓰레이터(manipulator) 장치의 동작 방법은, 기존 경로에서 부분 경로들을 결정하는 과정과, 상기 부분 경로들의 각각에 대응하는 관절 조합들을 결정하는 과정과, 상기 관절 조합들에 대해 경로 개선을 수행함으로써, 상기 부분 경로들의 각각에 대응하는 개선된 부분 경로들을 생성하는 과정과, 상기 개선된 부분 경로들 중에 상기 부분 경로들의 각각에 대응하는 경로 개선 효과가 가장 큰 부분경로들을 결정하는 과정과, 상기 부분 경로들을 대응하는 상기 경로 개선 효과가 가장 큰 부분 경로들로 변경하는 과정을 포함할 수 있다

High Reliability Autonomous Driving System Architecture

자율 주행 차량의 제어 방법 및 장치가 제공된다. 자율 주행 차량의 주변에 대한 센싱 데이터를 수신하여, 자율 주행 차량의 주행 환경 인식 데이터를 결정할 수 있다. 제1 모듈에서, 센싱 데이터에 기초하여 자율 주행 차량의 제1 주행 경로를 예측하고, 제2 모듈에서, 주행 환경 인식 데이터에 기초하여 자율 주행 차량의 제2 주행 경로를 예측할 수 있다. 제1 주행 경로와 제2 주행 경로를 비교하여 최종 주행 경로를 선택한다

DEEP LEARNING BASED TRAFFIC SIGNAL CONTROL METHOD AND DEVICE FOR RLR DETECTION AND ACCIDENT PREVENTION

일 실시예에 따른 교통 신호 제어 방법은 미리 정해진 영역을 통과하는 하나 이상의 차량의 데이터를 수집하는 단계, 수집된 데이터를 가공하는 단계, 가공된 데이터를 미리 학습된 인공 신경망에 입력하여, 차량의 운전 패턴을 예측하는 단계, 운전 패턴에 기초하여, 차량 중 적색 신호에서 교차로를 통과하는 하나 이상의 차량(Red Light Runner; RLR)의 교차로 통과 시간을 예측하는 단계, 예측된 교차로 통과 시간에 기초하여, RLR의 안전 시간을 계산하는 단계, 및 안전 시간에 기초하여, 전체 적색 신호 종료 시간을 연장하는 단계를 포함한다