부상 및 안내 강성 변동을 고려한 캡슐트레인 주행안정화장치의 제어기 설계

초록

본 연구에서 제안한 캡슐트레인은 초전도 유도반발식 부상 및 안내 방법을 사용함으로써 별도의 부상 및 안내 제어가 필요 없고, 공극이 크다는 장점이 있다. 그러나 유도반발식 특성상 주행 중 공극의 변동량이 크고 부상 및 안내 특성에 감쇄 성분이 적어 외란에 의한 진동이 크게 발생하기 때문에, 이를 감소시키기 위한 주행안정화장치가 추가로 필요하다. 또한 주행시 차량과 가이드웨이 사이에 전자기적으로 발생하는 부상 및 안내 강성은 공극 변동량에 따라 비선형적으로 변하는 특성을 지니고 있어 차량의 주행 동특성에 악영향을 미칠 수 있으므로 주행안정화장치 설계시 이에 대한 고려가 필요하다. 본 연구에서는 이러한 부상 및 안내 강성의 변동을 고려한 주행안정화장치의 제어기를 설계하기 위하여, 먼저 캡슐트레인 주행 중 발생하는 부상 및 안내 강성을 유도하고 동특성 해석을 위한 모델을 구축하였으며, 이를 활용한 시뮬레이션을 통해 공극 변동량 및 강성 변동량을 예측하였다. 다음으로 강성 변동량과 주행 중 발생하는 외란을 입력으로 하고 차체의 가속도와 강성 변동에 따른 불확실성을 출력으로 하는 다중 입출력 시스템을 정의하고 이를 기반으로 파라미터 변동 및 외란에 대해서 시스템을 강건하게 만드는 H∞ 제어기를 설계하였다. 설계된 제어기를 주행안정화장치에 적용하여 대차의 주행 특성을 시뮬레이션 한 결과, 기존 제어기에 비해 성능이 우수함을 확인하였다.