주행 모의 시뮬레이터를 이용한 캡슐트레인 주행안정화장치의 제어기 설계 및 적용

초록

공기 밀도가 대기압보다 낮은 튜브 안을 자기 부상한 상태로 주행하는 캡슐트레인에는 여러 부상 방식이 적용될 수 있는데, 특히 초전도 전자석을 이용한 초전도 유도반발식은 부상 및 안내 공극이 크고 별도의 공극 제어가 필요하지 않은 장점이 있는 반면에, 부상력과 안내력에 감쇠 성분이 없어 주행 중 발생하는 외란에 의해 진동이 증가하는 단점이 있다. 따라서 초전도 유도반발식을 이용하는 캡슐트레인에 있어서 주행 안정성 및 승차감을 확보하기 위해서는 대차와 차체 사이에 진동을 제어하기 위한 능동 액추에이터가 추가로 필요하다. 본 연구에서는 실험실 환경에서 능동 액추에이터의 진동 제어 효과를 살펴보기 위하여, 캡슐트레인의 주행 상태를 모의할 수 있고 능동 액추에이터의 성능을 시험할 수 있는 횡 방향 1/2 차량 모델 시뮬레이터를 제작하였다. 그리고 능동 액추에이터에 적용되는 제어기로 VTMD (Virtual Tuned Mass Damper), Lag Compensator, H∞와 같은 제어기를 설계하고 실험을 통해 진동 감소 성능을 확인하였으며, 제어기에 따라 성능 차이가 발생하는 원인을 분석하였다. 또한 제어기의 설계 변수, 차체 무게 및 안내 강성과 같은 주요 인자의 변동이 진동 감소에 미치는 영향을 추가로 검토하였다.