R&D최종보고서
| 과제고유번호 | 201616CTAP-C097436-02 | |||||
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| 연구사업명 | 국토교통기술촉진연구사업 | |||||
| 연구과제명 | 무선센서 기반 일체형 케이블 장력계측 및 진동제어 시스템 개발 | |||||
| 총 연구기간 | 2015-06-18 ~ 2017-12-16 | |||||
| 연구책임자 | 심성한 | |||||
| 당해년도 참여 연구원수 |
10명 | 총 연구기간 참여 연구원수 |
14명 | |||
| 당해년도 연구비 |
정부 : 50,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 50,000,000 원 |
총연구비 | 정부 : 100,000,000 원 기업 : 0 원 계 : 100,000,000 원 |
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| 연구기관명 | 울산과학기술원 | |||||
| 등록 발간번호 | - | |||||
| ISBN | - | |||||
| 주요 내용 |
○ 전세계적으로 건설이 증가하고 있는 장대교량의 효율적 유지관리 및 노후화 대비를 위하여, 장대교량의 현재 성능을 평가하고 열화를 막기 위한 연구가 필요함 ○ 장대교량의 주 하중지지부재인 케이블의 유지관리 기법은 크게 케이블의 장력을 모니터링하는 방법과 케이블의 진동을 감소시키는 방법이 있음 ○ 케이블의 장력계측과 진동감소를 동시에 수행하는 일체형 장치를 개발함으로서, 최적의 케이블 유지관리를 수행하고자 함 [최종목표] ○ 최종목표: 장대교량 케이블의 유지관리를 위한 무선센서 기반 일체형 장력계측 및 진동제어 시스템 개발 * 무선센서의 임베디드 프로세싱을 이용한 빠른 케이블 장력 계측 - 무선센서로 케이블의 진동을 측정하고 임베디드된 진동법으로 장력을 즉시 산정 - 케이블 형식에 따른 장력 산정 알고리즘 다양화 * 무선센서 기반 자기유변댐퍼의 반능동 케이블 진동 제어 - 자기유변댐퍼의 제어·계측·전력공급 장치를 무선센서로 통합 및 대체 - 무선센서로 케이블의 진동을 측정하고 제어 신호를 계산 - 무선센서 활용에 적합한 제어 알고리즘 적용 및 개선 * 자가진단 가능 일체형 시스템 개발 - 무선센서를 통해 일체형 시스템 정보(배터리 전압, 충전량, 계측데이터 이상판별 등)를 수집, 기록함으로써, 시스템 자가진단 및 유지관리 가능 [연구내용 및 범위] ○ 2년의 연구기간 동안, 다음의 연구를 수행할 예정임 * 1차년도: 장력계측 및 반능동 제어를 위한 하드웨어 및 소프트웨어 개발 * 2차년도: 일체형 장치 시제품 제작 및 성능 평가 ○ 본 연구의 내용은 크게 진동기반 장력계측용 임베디드 소프트웨어 개발, 자기유변댐퍼를 반능동형으로 제어하기 위한 임베디드 소프트웨어 개발, 일체형 케이블 장력계측 및 진동제어 장치 시제품(하드웨어) 개발, 그리고 개발된 하드웨어와 소프트웨어의 성능을 평가하고 보완하기 위한 실험으로 구성됨 ○ 연구내용 1: 진동기반 장력계측용 임베디드 소프트웨어 개발 * 다양한 장력계측을 위한 진동법에 대한 문헌연구를 통하여, 자동화가 수월하고 임베디드 형태로 구현하기 위한 진동법을 선정 * MATLAB Simulink를 이용한 수치실험을 통하여, 진동법의 장력계측 및 자동화 성능 검증 및 최적화 * 무선센서에 임베디드 가능한 장력계측 소프트웨어 개발 * 실내실험을 통한 성능 평가 ○ 연구내용 2: 자기유변댐퍼 반능동 제어용 임베디드 소프트웨어 개발 * 반능동 제어 알고리즘과 장대교량 케이블의 진동 특성에 대한 문헌연구를 통하여, 임베디드 형태로 구현하기 위한 반능동 제어 알고리즘 선정 * 케이블의 형식 및 크기에 따라 필요한 자기유변댐퍼의 용량을 결정 * MATLAB Simulink를 이용한 수치실험을 통하여, 자기유변댐퍼와 반능동 제어 알고리즘의 성능 검증 및 최적화 * 무선센서에 임베디드 가능한 반능동 제어 소프트웨어 개발 * 실내실험을 통한 성능 평가 ○ 연구내용 3: 일체형 케이블 장력계측 및 진동제어 장치 시제품 개발 * 연구비 및 시간 절약을 위하여, 시중에 나와있는 다양한 상용 무선센서 플랫폼 중 장력계측 및 반능동 제어를 위해 필요한 입력(계측용 ADC)과 출력(제어용 DAC)을 모두 지원하는 플랫폼을 선정하여 활용 * 케이블의 장력 계측 및 진동 계측에 적합한 가속도계를 선정하고, 이를 선정한 무선센서 플랫폼과 호환시키기 위한 센싱 인터페이스 구성 * 자기유변댐퍼를 선정한 무선센서 플랫폼과 호환시키기 위한 제어 인터페이스 구성 * 선정한 무선센서 플랫폼과 개발된 인터페이스, 소프트웨어를 모두 통합하여 일체형 케이블 장력계측 및 진동제어 장치 시제품 제작 * 일체형 시제품에 지속적 전원을 공급하기 위한 태양광 기반의 에너지 하베스팅 장치 제작 * 시스템 자체의 반영구적 활용을 위하여, 무선센서를 통해 수집한 일체형 시스템에 관한 여러 정보(배터리 전압, 충전량, 계측데이터 이상판별 등)들을 이용한 자가진단 기능 구현 * 실내실험을 통한 성능 평가 ○ 연구내용 3-1: 모형 사장교 케이블을 이용한 성능평가 실내실험 * 실제 장대교량(사장교)의 케이블에 상사법칙을 적용하여 실험실 규모의 케이블 모형을 제작 * 케이블의 다양한 조건(장력, 새그, 진동레벨 등)하에서, 제작된 일체형 케이블 장력계측 및 진동제어 장치의 하드웨어, 소프트웨어 성능을 확인 * 실험을 통한 장력계측의 정확도와 제어 알고리즘의 성능을 평가, 최적화 및 보완 ○ 핵심 성과 * 시제품: 연구실 규모(약 10cm 지름, 10m 길이) 케이블의 장력계측 및 진동제어가 가능한 시스템의 시제품 개발 (+SCI급 논문 1편 및 특허 등록 1건) * 소프트웨어: 무선센서에 임베디드된 장력계측 및 반능동형 제어 소프트웨어 (+SCI급 논문 2편) |
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| 색인어 | 한글 | 장대교량 | 무선센서 | 케이블 장력 | 자기유변댐퍼 | 반능동제어 |
| 영문 | Long-span Bridge | Wireless Sensor | Cable Tension | MR Damper | Semiactive Control | |
| 최종보고서 | 국토교통기술촉진연구사업_최종보고서(UNIST).pdf | |||||