변태온도가 다른 형상기억합금을 이용한 2단 작동기 설계

초록

형상기억합금(SMAs, shape memory alloys)은 저온에서의 형태를 기억하는 지능 재료이다. 저온에서 마르텐사이트(martensite) 상으로 존재하며 줄 열(Joule heating)을 통해 일정수준의 온도 이상에 도달하면 오스테나이트(austenite) 상으로 변태하며 수축한다. 또한 형상기억합금을 저온으로 냉각 시 마르텐사이트 상으로 복귀하여 본래의 형태로 복귀한다. 이러한 변태 과정에서 발생하는 변위 또는 작동력을 온도 제어를 통해 얻을 수 있다. 형상기억합금을 사용한 형상기억합금 작동기는 다른 액추에이터에 비해 파워 밀도가 높아 유연 우주 구조물 (Flexible Space Structure)의 진동 제어, 대규모 전개 구조물 (Large Deployable Structure) 의 액추에이터등이 적합하다. 감쇄비가 작은 유연 구조물의 위치 제어시 발생하는 잔류 진동 (Residual Vibration)을 효율적으로 억제할 수 있는 입력성형기법은 개루프 제어 (Open-loop Control) 기법중 하나로, 고유진동수와 감쇄비를 설계변수에 사용한다. 기준입력과 입력성형기의 대합(Convolution)을 통하여 기준입력을 2개 또는 다수의 펄스열로 분할 생성한다. 각 펄스에서 발생하는 진동을 상쇄하여 잔류진동을 억제할 수 있다. 또한 개루프 제어로 센서가 필요하지 않아 구조가 간단하여 구현하기가 용이하다. 본 연구에서는 변태온도가 다른 두 형상기억합금과 입력성형기법을 응용하여 새로운 형태의 2단 작동기 설계방법을 제시한다.