실험계획법을 이용한 베어링리스 회전전동기의 강건 최적설계
Robust optimum design of bearingless rotation motor using design of experiments
- 주제(키워드) 강건 최적설계 , 베어링리스 회전 전동기 , 선형전동기 , 실험계획법 , 직교배열표 , 분산분석
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 김낙수
- 발행년도 2009
- 학위수여년월 2009. 2
- 학위명 석사
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/sogang/000000044888
- 본문언어 한국어
초록/요약
본 연구는 급격히 발달하고 있는 컴퓨터 시뮬레이션을 바탕으로 합리적인 실험계획방법의 적용을 통해서 최소한의 시간과 비용으로 제품의 최적설계를 수행하는데 목적을 두고 있다. 수치해석을 바탕으로 제품의 특정한 성능을 계산할 수 있는 상용 해석 프로그램을 사용과 다양한 실험계획법 중 적절한 방법을 선택하여 최적설계 절차를 제안하였다. 본 연구에서는 간단한 구조로 인하여 빠른 속력과 정밀한 위치제어가 가능하여 다양한 장치에 사용되고 있는 선형전동기의 최적설계를 수행하였다. 전동기의 자기장 해석은 상용프로그램인 ANSYS를 사용하였고 실험계획은 직교배열표를 사용하여 구성하였다. 그리고 평균분석과 분산분석을 수행하여 설계변수를 합리적으로 선정하였다. 이를 바탕으로 선형전동기의 추력과 리플의 목적함수를 세워 목적함수의 최적화를 통하여 향상된 성능의 선형전동기를 설계하였다. 일반적인 최적설계는 제품제작 시 발생하는 공차 등의 변수를 고려하지 않는다. 따라서 이러한 변수도 고려한 강건 최적설계를 수행하였다. 설계대상은 베어링리스 회전전동기로 자성 구조물을 통해 회전력과 부상력을 동시에 얻을 수 있는 전동기이다. 전동기의 성능에 많은 영향을 끼치는 설계 변수의 공차와 물성치의 변동을 직교배열표에 포함시킴으로써 강건 최적설계를 수행하였다.
more초록/요약
This study has a purpose to achieve an optimum design with simulation that is calculated by computer and design of experiments. It is possible to make an optimum design with the least cost and time if a computer simulation and design of experiments are used. Recently, a linear motor is becoming widely popular in office automation and factory automation systems due to its simple structure, high speed operation and high precision positioning. In this study, a cored linear motor was designed to have a large thrust and small ripple because these are considered as indicators of motor performance. The thrust and ripple of linear motor can be calculated by the FEM commercial program. To design a linear motor, first, the effective design variables were selected by ANOM and ANOVA. The response surface method was applied to formulate the cost function of the second order regression model, which can evaluate the motor performance. By optimizing the cost function, it was possible to realize an optimum design of a linear motor quickly. As a result, the performance of the motor was improved. In a general way, tolerance and error is not considered as optimum design process. So I include design parameters, such as tolerance and error. Design parameters are applied in the table of orthogonal array and we achieved a robust optimum design.
more목차
1. 서론 = 1
1.1 연구 배경 = 1
1.2 연구 내용 = 3
2. 배경 이론 = 5
2.1 실험계획법 = 5
2.1.1 기본개념 = 5
2.1.2 직교배열표 = 5
2.1.3 ANOVA = 6
2.1.4 강건설계 = 6
2.2 퍼지 다속성 의사결정 = 7
2.3 목적함수 예측 방법 = 8
2.3.1 반응면 모델 = 8
2.3.2 크리깅 모델 = 10
2.4 전자기장의 지배방정식 = 12
3. 선형전동기의 최적설계 = 17
3.1 선형전동기 = 17
3.1.1 선형전동기의 종류 = 17
3.1.2 선형전동기의 자기장 FEM 모델링 = 17
3.1.3 초기모델의 실험 결과 비교 = 18
3.2 최적설계 = 19
3.2.1 최적설계 절차 = 19
3.2.2 선형전동기 모델의 초기 직교배열표 구성 = 19
3.2.3 추력과 리플의 평균분석, 분산분석 = 20
3.2.4 반응면 모델을 구성하기 위한 초기 설계값의 결정 = 20
3.2.5 반응면 모델의 적용 = 21
3.2.6 목적함수의 설정 및 최적화 = 22
4. 베어링리스 회전전동기의 강건 최적설계 = 36
4.1 베어링리스 회전전동기 = 36
4.1.1 베어링리스 회전전동기의 구성 = 36
4.1.2 자기장 FEM 모델링 = 36
4.2 강건 최적설계 = 37
4.2.1 강건 최적설계 절차 = 37
4.2.2 크리깅 모델의 구성을 위한 초기 설계값 및 설계 파라미터 선정 = 37
4.2.3 크리깅 모델 및 퍼지 다속성 의사결정의 적용 = 39
4.2.4 목적함수의 설정 및 최적화 = 40
5. 결론 = 52
Reference = 54
