Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection (한국구조물진단유지관리공학회 논문집)

Korea Institute for Structural Maintenance Inspection (한국구조물진단유지관리공학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

The Development of Real-time Feedback Vibration Control System Using Wireless Sensor Networks

무선 센서 네트워크를 이용한 실시간 Feedback 진동제어 시스템 개발

  • Received : 2011.01.19
  • Accepted : 2012.04.30
  • Published : 2012.05.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

This paper aims to constitute a feedback vibration control system using wireless sensor networks and experiment it on a model structure to verify its effectiveness. For the purpose, we set up a feedback vibration control system composed of a wireless input/output(I/O) sensor node based on bluetooth, a home-made shear type MR damper, a shaker which generates a constant size of sine wave, and a simple beam model structure. The vibration control experiment was performed by shaking the 1/4 point of beam with a shaker. At the moment of shaking, we controled the vibration with MR damper which was placed vertically on the center of beam. Simultaneously, by acquiring acceleration response at the 2/4 point of beam, we evaluated the effectiveness of control capability. The control command was set to send a voltage signal to MR damper when the acceleration response, acquired from the wireless I/O sensor node placed at the center of beam, was more than a certain amount. Although the realtime feedback vibration control system constituted in this paper is effective only within a limited command system, it has been proven that the system was able to effectively decrease the vibration of structure by generating a control command aimed for realtime purpose. The system also showed a possibility to be used as a structural response control system adapting a variety of semi-active control algorithm.

본 논문에서는 무선 센서 네트워크를 이용한 피드백 진동제어 시스템을 구성하고, 모형 구조물을 대상으로 구성된 시스템의 진동제어효과를 실험적으로 검증하고자 하였다. 이를 위하여 본 논문에서는 블루투스 기반의 무선 I/O 센서 시스템과 스마트 재료를 사용한 전단형 MR 댐퍼를 개발하고, 또한 일정한 크기의 정현파형을 발생시키는 가진기 및 모형 단순보 구조물을 이용하여 피드백 진동제어 시스템의 실험�V을 구성하였다. 진동제어 실험은 가진기를 이용해 보의 1/4 등분점에서 일정하게 가진한 상태에서, 보 중앙점에 수직방향으로 설치된 MR 댐퍼를 이용해 진동을 제어하였으며, 보의 2/4 등분점에서의 가속도 응답을 획득하여 제어효과를 평가하였다. 이때, 제어명령은 보 중앙점에 무선 I/O 센서 노드를 설치하고, 여기서 획득된 가속도 응답이 일정 크기 이상일 경우에 설정된 범위의 전압신호를 MR 댐퍼로 출력하도록 설정하였다. 최종적으로 본 논문에서 구성된 무선 센서 네트워크 기반의 실시간 피드백 진동제어 시스템은 비록 제한적인 명령 체계에서 검증되었지만, 실시간적으로 목적된 제어명령의 발생시킴으로써 구조물의 진동을 효과적으로 감소시키는 것을 확인하였고, 추후 다양한 준능동 제어 알고리즘을 적용한 구조적 응답제어시스템으로의 활용 가능성을 제시하였다.

Keywords

References

  1. 김경목, 강철신, 오병주, 이영훈, "교량 모니터링을 위한 예약 기반 무선 센서 네트워크에 관한 연구", 한국정보기술학회논문지, vol. 7, No. 6, 2009. 12, pp.121-127.
  2. 조수진, 윤정방, 정형조, "스마트 무선 센서를 이용한 사장교 구조 건전성 모니터링 시스템", 구조물진단학회지, vol. 15, No. 2, 2011.3, pp.12-22.
  3. 허광희, 이우상, 김만구, "스마트 센서 기술을 이용한 구조물 건전도 모니터링 시스템 Part I: 스마트 센서의 개발과 성능평가", 구조물진단학회지, vol. 11, No. 2, 2007. 3, pp.134-144.
  4. 허광희, 이우상, 이진옥, 전준용, 손동진, "교량 모니터링을 위한 스마트 무선 계측 시스템 개발", 구조물진단학회지, vol. 15, No. 2, 2011.3, pp.171-178.
  5. Kurata, N., Spencer Jr., B. F., Ruiz-Sandoval, M., Miamoto, Y. and Sako, Y., "A Study on Building Risk Monitoring Using Wireless Sensor Network MICA-Mote", First International Conference on Structural Health Monitoring and Intelligent Infrastructure, Tokyo, Japan, November 13-15, vol. 1, 2003, pp.353-357.
  6. Lynch, J. P., Partridge, A., Law, K. H., Kenny, T. W., Kiremidjian, A. S. and Carryer, E., "Design of a Piezoresistive MEMS-Based Accelerometer for Integration with a Wireless Sensing Unit for Structural Monitoring", Journal of Aerospace Engineering, ASCE, vol. 16, No. 3, 2003, pp.108-114. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0893-1321(2003)16:3(108)
  7. Lynch, J. P., Wang, Y., Swartz, R. A., Lu, K. C. and Loh, C. H., "Implementation of a Closed-Loop Structural Control System using Wireless Sensor Networks", Structural Control and Health Monitoring, 2008, 15:518-539. https://doi.org/10.1002/stc.214
  8. Shinozuka, M., Feng, M. Q., Chou, P., Chen, Y. and Park, C., "MEMS-Based Wireless Real-Time Health Monitoring of Bridge", The 3rd International Conference on Earthquake Engineering, Nanhing, China, 2003.
  9. Straser, E. G. and Kiremidjian, A. S., "A Modular Visual Approach to Damage Monitoring for Civil Structures", Proceedings of SPIE, Smart Structures and Materials, 1996, 2719:112-122.
  10. Wang, Y., Swartz, R. A., Lynch, J. P., Law, K. H., Lu, K. C. and Loh, C. H., "Decentralized Civil Structural Control using Real-Time Wireless Sensing and Embedded Computing", Smart Structures and Systems, vol. 3, No. 3, 2007, pp.321-340. https://doi.org/10.12989/sss.2007.3.3.321