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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.54 No.3 pp.121-128
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2020.54.3.121

Development of Current Control Model of Proportional Control Valve for Agricultural Tractor with Power Shuttle Transmission

Da-Vin Ahn1, Kyeong-Dae Kim1, Ji-Hun Yu2, Su-Chul Kim3, Jin-woong Lee4, Young-Jun Park1,5*
1Department of Biosystems and Biomaterials Science and Engineering, Seoul National University, Seoul, 08826, Korea
2Advanced Technology R&D Group, LS Mtron Ltd., Anyang-si, 14118, Korea
3Department of Smart Industrial Machinery, Korea Institute of Machinery &Materials, Daejeon, 34103, Korea
4Smart Agricultural Machinery R&D Group, Korea Institute of Industrial Technology, Jellabuk-do, 54325, Korea
5Research Institute of Agriculture and Life Sciences, Seoul Nat’l University, Seoul, 08826, Korea
*Corresponding author: Young-Jun Park Tel: +82-2-880-4602 Fax: +82-2-873-2049 E-mail: yjpark95@snu.ac.kr
May 19, 2020 ; June 2, 2020 ; June 5, 2020

Abstract


This study has developed the current control model for proportional control valve (PCV) to be applied in simulation models for simulating the shift impact of tractor with power shuttle transmission. In order to develop the current control model, the test equipment was constructed to perform a static characteristic test and step response test of the PCV, and compared to the simulation results using current control model to validate the model. The current control model of the proportional control valve consists of the current-pressure curve of the PCV, PID controller, pulse width modulation signal generator and PCV model. The data used in the current control model were derived from the test and used values applied to the target tractor. The current characteristics test was performed on the step input signal, and the actual current test results were compared the simulation results to validate the current control model. The rise time error was 0.0074 seconds, the peak time error was 0.0065 seconds, and the overshoot error was 0.06%. Thus, the PCV current control model developed in this study can be confidently used to predict the current control characteristics of the actual controller, and it can be used as a current control model of the PCV in a tractor simulation model for simulating the shift impact in the future.



트랙터 전후진 자동변속기용 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델 개발

안 다빈1, 김 경대1, 유 지훈2, 김 수철3, 이 진웅4, 박 영준1,5*
1서울대학교 바이오시스템소재학부
2LS엠트론 중앙연구소
3한국기계연구원 스마트산업기계연구실
4한국생산기술연구원 융복합농기계그룹
5서울대학교 농업생명과학연구원

초록


본 연구의 목적은 전후진 자동변속기가 장착된 트랙터의 변속 충격을 모사하기 위한 시뮬레이션 모델에 적용될 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델을 개발하는 것이다. 전류 제어 모델을 개발하기 위하여 시험 장치를 구성하여 밸브의 정특성 시험과 계단 응답 시험을 수행하였으며, 시험 결과를 토대로 전류 제어 모델을 검증하였다. 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델은 밸브의 전류-압력 선도, PID 제어기, 펄스폭변조 신호 발생기와 밸브 모델로 구성하였다. 전류 제어 모델에 사용된 데이터는 시험을 통하여 도출된 값과 대상 트랙터에 적용된 값을 사용하였다. 전류 제어 모델 검증을 위해 계단 입력 신호에 대하여 전류 특성 시험을 수행하였고, 실제 전류 시험 결과와 시뮬레이션 결과를 비교하였다. 시험 결과와 시뮬레이션 결과에 대한 전류 특성을 비교해 보면, 상승 시간 오차는 0.0074초, 첨두치 시간의 오차는 0.0065초, 오버슈트 오차는 0.06%로 나타났다. 따라서 개발된 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델은 실제 제어기의 전류 제어 특성을 제대로 반영할 수 있으며, 추후 변속 충격 모사를 위한 트랙터 시뮬레이션 모델에서 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.



    서론

    트랙터는 플라우, 트레일러 등의 작업기를 견인하고 로터리, 모 어 등의 구동형 작업기에 회전동력을 공급하며, 프런트 로더 등에 유압 동력을 공급하는 등 다목적 작업에 사용되는 기계이다.

    트랙터 작업은 부하 변동이 심하므로 잦은 변속이 요구되며 작 업 조건에 따라 작업 속도가 모두 다르므로 많은 변속 단수가 요구 된다. 이러한 작업 특성 때문에 트랙터의 변속기는 큰 부하 변동에 도 정지하지 않고 정해진 속도로 원활하게 작업할 수 있어야 하며 동력 손실도 낮아야 한다(Lee, 2009). 트랙터에 관한 연구로는 대 부분 트랙터를 이용한 작업 능률에 관련된 연구(Kim at al., 2018;Okyere at al., 2018;Han at al., 2019;Okyere at al., 2019), 트랙터 성능 평가에 관한 연구(Hong at al., 2018) 및 작업 효율 증대를 위한 트랙터 변속기 개선에 관한 연구(Jung at al., 2016;Eom & Lee, 2018) 등이 진행되고 있다. 트랙터 변속기는 크게 수동변속기와 자동변속기로 구분할 수 있다. 수동변속기가 장착된 트랙터는 자동변속기가 장착된 트랙터 보다 전동 효율이 높고, 구 조가 단순하다는 장점이 있지만 변속 시 동력 단절이 발생하며, 작업 중 변속을 위해서는 트랙터를 정지해야 한다. 따라서 작업 시 작업 부하가 바뀌어 효율적인 작업을 위하여 변속을 해야 할 경우에도 변속의 불편함 때문에 변속을 하지 않은 채 비효율적인 작업을 하는 경향이 있으며, 이는 트랙터의 작업 효율을 감소시키 는 주요 원인이 되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 변속 시 정지할 필요가 없는 자동변속기가 장착된 트랙터가 개발되어 사용되고 있다.

    트랙터 자동변속기는 유압 및 전자 시스템에 의해서 변속이 수 행된다. 트랙터 유압 시스템은 클러치 내 유실에 작동유를 채워 클러치를 작동 및 해제시키는 역할을 한다. 클러치에 압력을 가하 기 위해서는 클러치 내 유실을 유압 작동유로 채워 유압 시스템의 반응성과 압력 제어가 정확하게 수행되도록 해야 한다. 만약 클러 치 내 유실을 채우지 못하면 이후 클러치 압력이 원하는 수준의 값으로 따라오지 못하며, 지나치게 많은 유량을 클러치 내 유실로 보내게 되면 클러치 압력이 과도하게 높아져 변속감이 저하된다. 따라서 원활한 변속을 위해서는 초기 클러치 압력을 제어하는 것이 매우 중요하다(Oh at al., 2009).

    클러치 압력을 제어하기 위한 초기 연구들은 기계적 동특성의 조합으로 이루어진 모듈레이팅 밸브(modulating valve)를 사용하 였다. 우수한 변속감을 위해서는 각 변속 단수마다 클러치 압력이 적정하게 설정되어야 한다. 하지만 모듈레이팅 밸브는 밸브 사양에 의해서 미리 설정된 압력이 클러치에 전달되므로 각 단수마다 우수 한 변속감을 기대하기 어렵다. 또한, 트랙터 작업 중 변속기 온도 상승에 의한 오일 점성, 비중의 변화 및 모듈레이팅 밸브의 노후화 로 인하여 클러치 압력 제어 특성이 달라지는데, 환경 변화에 따른 균일한 클러치 압력 제어를 위해서는 알 수 없는 외란에 대해 스스 로 보정하는 기능이 반드시 필요하다. 그러나 위에서 언급했던 것 과 같이 모듈레이팅 밸브는 기계적 특성을 이용하여 유압을 제어하 므로 환경 변화에 따른 클러치 압력을 제어하는 데 한계가 있다 (Kim at al., 2009). 이에 대한 해결책으로 모듈레이팅 밸브 대신 전자식 비례 제어 밸브가 사용되고 있다.

    비례 제어 밸브는 모듈레이팅 밸브 대비 클러치 압력의 정밀 제어가 가능할 뿐 아니라, 클러치 압력, 엔진 토크, 차량의 가속도 등 다양한 피드백 정보를 이용하여 클러치 압력을 제어할 수 있다. 따라서 전자식 비례 제어 밸브를 사용하면 외란에 영향을 받지 않는 강건한 제어 시스템을 통한 변속 품질 향상을 기대할 수 있다.

    비례 제어 밸브에 관한 연구로는 비례 제어 밸브 특성 해석에 관한 연구(Ham at al., 2006;Park at al., 2010;Jeong & Nam, 2011)와 비례 제어 밸브 성능 개선에 관한 연구(Jung, 2012;Sung at al., 2018), 비례 제어 밸브 제어에 관한 연구(Kim at al., 2011;Siddique at al., 2018) 등이 있다. Jung & Nam (2011)은 파일럿 비례 압력 제어 밸브의 정특성 및 동특성을 파악하기 위해 단품 시험을 수행하였다. 밸브의 정특성 및 동특성 시험을 위해 비례 제어 밸브 특성 시험 장치를 구성한 후 입력에 따른 밸브의 압력 특성을 확인하여 밸브의 정특성 및 동특성을 분석하였다. 작동유의 온도는 오일의 점성에 영향을 미치기 때문에 밸브의 특성에 영향을 미치는 요소라고 할 수 있다. 하지만 위의 논문에서는 작동유의 온도를 고려하지 않았다는 한계점이 있다. Sung at al. (2018)은 비례 압력 제어 밸브의 제어 압력 특성 향상을 위한 밸브 설계 개선 방안에 대한 연구를 수행하였다. 밸브의 설계 방정식을 이용 하여 밸브 단품의 목표 사양을 설정한 후 설계를 수행하였고, FEM 해석을 통해 설계 인자 영향성을 분석하였다. 선진사 밸브와 시제 품과의 성능 비교를 통해 개선점을 확인한 후, 성능시험을 통하여 개선된 밸브의 개선 효과를 검증하였다.

    Kim at al. (2003)은 차량용 자동변속기에 적용되는 비례 제어 밸브의 특성을 시험을 통해 확인하고, 전산유동해석을 이용하여 동적 수치해석을 수행하여 밸브 내부의 유동장 특성을 확인하였으 며, 시험 결과와 비교, 분석하였다. 하지만 차량 구동계의 유압 시 스템 라인압(line pressure)은 1.3 MPa로 유압 시스템 라인압이 2 MPa 이상인 트랙터와는 유압 특성이 다르게 나타나므로 연구 결과를 그대로 적용하기에는 무리가 있다(Song at al., 1998).

    본 연구의 목적은 전후진 자동변속기가 장착된 트랙터의 변속 충격을 모사하기 위한 시뮬레이션 모델에 적용될 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델을 개발하는 것이다. 전류 제어 모델의 기초 데이터 를 확보하기 위하여 시험 장치를 구성하여 밸브의 정특성 시험과 계단 응답 시험을 수행하였으며, 시험 결과를 토대로 전류 제어 모델을 검증하였다.

    재료 및 방법

    1. 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델 개발

    트랙터에서 운전자가 전 후진 변속 레버를 조작하여 출발 명령 을 내리면, TCU에서 결정된 클러치 압력 선도에 따라 클러치가 체결되면서 변속이 진행되고 변속 품질이 결정된다. 따라서 변속 품질 향상을 위해서는 최적 클러치 압력 선도를 결정하는 것과 정교한 클러치 압력 제어가 필요하다(Kim at al., 2020). 클러치 압력은 비례 제어 밸브에 의해 제어되므로 비례 제어 밸브에 입력 되는 전류의 정확도와 비례 제어 밸브의 특성이 중요하다. 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델은 비례 제어 밸브에 입력되는 전류를 제어하여 목표 전류와의 오차를 감소시켜 입력 전류의 정확성을 높인다.

    전류 제어 모델이 TCU로부터 클러치 압력을 명령받으면 밸브 의 전류-압력 선도에 의해 목표 전류가 도출되고 PID 제어기를 통해 펄스폭변조(pulse width modulation) 신호로 변환되어 실제 밸브에 입력된다. PID 제어 알고리즘은 밸브에 입력되는 실제 전 류를 피드백 받아 목표 전류와의 오차에 일정한 게인 값을 연산하 여, 필요한 듀티비(duty ratio)를 연산한다.

    전류 제어 모델은 비례 제어 밸브의 전류-압력 선도, PID 제어기, 펄스폭변조 신호 발생기와 밸브 모델로 구성하였으며, MATLAB simulink를 이용하여 모델링하였다. 전압은 트랙터 시동을 건 뒤 제어기에 입력되는 값인 14 V를 사용하였다. 비례 제어 밸브의 전류-압력 선도는 비례 제어 밸브의 정특성 시험을 통하여 도출하 였고, 펄스폭변조 신호 주파수의 경우 비례 제어 밸브 카탈로그를 참고하여 주파수를 100 Hz로 결정하였다. 밸브 모델은 내부 솔레 노이드의 저항과 인덕턴스로 구성한 1차 시스템 모델로 구성하였 으며(Elmer & Gentle., 2001), PID 제어기의 게인 값은 P 게인, I 게인, D 게인의 특성에 따라 시행착오법(trial and error method) 을 이용하여 도출하였다. Fig. 1은 개발된 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델이다.

    2. 비례 제어 밸브의 특성 시험

    2.1 비례 제어 밸브의 시험 장치 구성

    비례 제어 밸브의 전류-압력 선도와 밸브 특성을 분석하기 위하 여 Fig. 2와 같은 시험 장치를 구성하였다. 또한, Fig. 3은 시험 장치의 회로도를 나타낸 것이다.

    유압 동력을 제공하는 유압펌프는 전기모터로 구동되며, 유압펌 프에 의해 토출되는 유량은 전기모터의 회전속도에 의해 제어된다. 유압 회로의 라인압은 유압펌프 출구에 설치된 릴리프 밸브로 설정 한다. 비례 제어 밸브가 장착된 밸브 블록의 입구에서 압력, 온도 및 유량을 계측하여 비례 제어 밸브에 공급되는 유압 조건을 확인 할 수 있으며, 시험 밸브 블럭에 비례 제어 밸브와 압력 센서가 장착되어 시험 대상 비례 제어 밸브의 압력이 계측된다. 센서 출력 신호는 데이터 수집장치(data acquisition system)를 통하여 컴퓨 터에서 실시간 측정 및 저장된다.

    비례 제어 밸브의 압력은 전용 제어기에 의해 펄스폭변조 신호 가 인가되어 밸브 개폐 변위가 스풀에 작용하는 힘 성분에 따라 조절된다. 제어기의 경우, 제어기 소프트웨어를 이용하여 입력 신 호의 펄스폭변조 신호의 주파수와 디더 주파수(dither frequency) 를 제어할 수 있다. 시험에 사용된 장비 및 센서 사양은 Table 1과 같다.

    2.2 비례 제어 밸브의 전류-압력 선도 도출 및 정특성 시험

    시험에 사용된 트랙터는 L사의 출력 50.7 kW, 정격 회전속도 2500 rpm인 디젤 엔진이 탑재하고 전후진 파워셔틀을 장착한 트 랙터이다. 대상 트랙터의 동력전달계는 엔진, 전후진 클러치, 변속 기 등으로 구성되며 변속기는 주변속 1, 2, 3, 4단 부변속 1, 2, 3, 4단으로 구성된다. 트랙터에 대한 상세 제원은 Table 2와 같다.

    비례 제어 밸브의 전류-압력 선도를 도출하고 밸브의 정특성을 파악하기 위하여 입력 전압에 따른 비례 제어 밸브의 제어 압력 특성 시험을 수행한다. 릴리프 밸브의 압력은 3 MPa로 설정하여 시험 장치의 라인압(line pressure)을 3 MPa로 형성하였고, 유압유는 ISO VG 46을 사용하였다. 토출 유량은 대상 트랙터의 공회전 속도 (idle speed)인 850 rpm, 정격 회전속도(rated speed)인 2500 rpm, 최대 회전속도(maximum speed)인 2620 rpm에 대응되는 0.498 m3/h, 1.506 m3/h, 1.626 m3/h으로, 온도는 20℃, 50℃, 70℃로 설정한다. 시험은 토출 유량과 온도 조건을 모두 고려하여 수행하 고, 비례 제어 밸브에 대한 입력 신호는 0 V에서 목표 제어 압력인 2 MPa에 도달하는 10 V까지 선형적으로 상승 및 하강시킨다. 입력 신호 전압은 밸브 입력 전류값에 비례하며 입력 신호 전압 0 V는 입력 전류 0 A, 10 V는 입력 전류 0.95 A가 도출되도록 설정한다. 또한, 비례 제어 밸브의 동특성을 배제하기 위해 입력 신호의 상승 및 하강 시간은 각각 20초로 설정한다.

    전류-압력 선도는 입력 전압에 따른 비례 제어 밸브의 제어 압력 특성 시험 후 도출된 전압-압력 선도와 입력 신호 전압과 입력 전류의 관계를 이용하여 도출한다.

    3. 비례 제어 밸브의 저항과 인덕턴스 측정시험

    비례 제어 밸브의 저항을 측정하기 위하여 비례 제어 밸브와 직류전원 공급장치(DC power supply)를 연결하여 전압 설정 후 비례 제어 밸브에 고정 전류를 인가한다. 멀티미터를 이용하여 밸 브 양단의 전압 강하를 측정하고 인가한 고정 전류와 전압 강하를 식(1)을 이용하여 밸브의 저항을 계산한다. 시험은 상온에서 진행 하며, 고정 전류는 900 mA를 인가하여 전압 강하량이 일정하게 될 때까지 인가한다.

    V I = R
    식(1)

    Where,

    • V=Pressure drop across of proportional control valve, V

    • I=Constant input current, A

    • R=Resistance of proportional control valve, Ω

    비례 제어 밸브의 인덕턴스는 일정한 전압과 주파수를 인가한 LCR 미터와 비례 제어 밸브를 연결하여 측정한다. LCR 미터에 인가한 전압은 1 V, 측정 주파수는 비례 제어 밸브에 입력되는 펄스폭변조 주파수와 동일한 100 Hz로 설정한다.

    결과 및 고찰

    1. 비례 제어 밸브의 전류-압력 선도 도출 및 정특성 분석

    비례 제어 밸브에서 솔레노이드에 입력되는 전류에 의해 자기력 이 발생하고, 이 힘으로 플런저가 스풀을 밀어낸다. 스풀을 미는 힘이 장착된 스프링의 초기 장착력보다 크면 스풀이 움직이며, 스 풀을 미는 힘과 스프링의 반발력이 평형을 이루게 되는 지점에서 스풀이 정지한다. 스풀이 이동한 변위에 따라 밸브의 포트가 열리 고, 열림량에 의해 밸브이 압력이 결정된다.

    Fig. 4는 유량 1.506 m3/h조건에서 온도에 따른 입력 신호에 대한 제어압력 특성 시험 결과를, Fig. 5는 온도 50℃조건에서 유량 에 따른 입력 신호에 대한 제어압력 특성 시험 결과를 나타낸 것이다. 입력 신호가 0 V ~ 2.5 V인 구간에서는 비례 제어 밸브의 불감대 (dead-zone)로 비선형적인 특성이 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이는 입력 신호에 대한 자기력이 스프링의 초기 장착력보다 작은 구간으로 파악된다. 입력 신호 2.5 V ~ 10 V 구간에서 온도 20℃, 50℃, 70℃ 조건과 유량 0.498 m3/h, 1.506 m3/h, 1.626 m3/h 조건에 대한 비례 제어 밸브의 제어압력은 선형적인 특성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 유량 1.506 m3/h 조건에서 입력 신호 5 V를 밸브에 인가하였을 때 온도에 따른 상승 및 하강 구간의 압력 을 비교하면, 온도 20℃, 50℃, 70℃에 대한 상승 구간의 압력은 각각 0.489 MPa, 0.516 MPa, 0.519 MPa이었고, 하강 구간의 압력은 각각 0.585 MPa, 0.601 MPa, 0.603 MPa 이었다. 또한, 온도 50℃ 조건에서 입력 신호 5 V를 밸브에 인가하였을 때 유량 에 따른 상승 및 하강 구간의 압력을 비교하면, 유량 0.498 m3/h, 1.506 m3/h, 1.626 m3/h에 대한 상승 구간의 압력은 각각 0.494 MPa, 0.516 MPa, 0.523 MPa이었고, 하강 구간의 압력은 각각 0.58 MPa, 0.601 MPa, 0.608 MPa이었다. 동일한 유량 조건에서 온도가 상승할수록, 동일한 온도 조건에서 유량이 증가할수록 동일 한 입력 신호에 대한 제어 압력이 높아지는 것을 확인할 수 있었다.

    시험 결과에서 히스테리시스는 식(2)와 같이 정의한다.

    Hysteresis (%)= Δ P max P c × 100
    식(2)

    Where,

    • ΔPmax = Maximum value of pressure difference for same input signal, MPa

    • Pc= Maximum control pressure, MPa

    온도 50℃와 유량 0.498 m3/h, 1.506 m3/h, 1.626 m3/h에 대한 비례 제어 밸브의 히스테리시스의 크기는 각각 4.21%, 4.49%, 4.82% 이었으며, 유량 1.506 m3/h과 온도 20℃, 50℃, 70℃에 대한 밸브의 히스테리시스 크기는 각각 4.69%, 4.82%, 4.33%임을 확인하였다. 계측된 비례 제어 밸브의 정특성 및 히스테리시스는 추후 트랙터 시뮬 레이션 모델의 비례 제어 밸브 특성에 대한 기초자료로 사용될 것이다.

    비례 제어 밸브의 전류-압력 선도는 온도 50℃, 유량 1.506 m3/h 조건에서 진행한 입력 신호에 대한 제어압력 특성 시험 결과 중 상승하는 구간의 데이터를 이용하여 도출하였고, 도출한 전류-압력 선도는 Fig. 6과 같다.

    2. 비례 제어 밸브의 저항과 인덕턴스 측정

    Fig. 7은 고정전류 900 mA를 인가하였을 때 시간에 따른 밸브 의 저항 변화 그래프를 나타낸 것이다. 밸브의 코일 저항은 전류를 인가하는 시간이 길어질수록 상승하는 것을 확인할 수 있었다. 이 는 인가되는 전류에 의해 내부 코일 저항의 온도 상승에 기인한 것으로 판단된다. 밸브의 저항은 상온에서 5.64 Ω, 온도 포화된 상태에서의 저항은 6.89 Ω으로 약 22% 증가한 것을 확인하였다. 밸브에 전류를 인가하고 60초 후 측정한 저항을 보면 5.8 Ω으로 상온의 저항보다 약 2.84% 증가하였다. 트랙터 변속 명령을 받은 후 변속이 완료되기까지 걸리는 시간은 2초 이하이므로 변속이 진행되는 시간 동안 입력 전류에 의한 밸브의 저항은 5.65 Ω으로 저항 변화는 약 0.55% 이다. 따라서 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델에서는 입력 전류에 의한 밸브의 저항 변화를 고려하지 않아도 시뮬레이션 결과에 크게 영향을 미치지 않는다고 판단하였다. 하지 만 장시간 트랙터 작업을 할 경우, 트랙터의 내부 온도는 높게 상승 하여 내부에 장착된 비례 제어 밸브의 온도도 상승하게 된다. 따라 서 밸브의 저항도 유의미하게 상승할 것으로 예상되므로 장시간 작업 중인 내부 온도가 높은 트랙터에 대한 변속 조건에서는 밸브 의 저항 변화를 고려해야 할 것이다.

    Table 3은 비례 제어 밸브의 인덕턴스를 상온과 밸브의 저항이 온도 포화되었을 때 계측한 결과이다. 상온에서 밸브의 인덕턴스는 27.31 mH, 밸브의 저항이 온도 포화되었을 때 인덕턴스는 27.53 mH로 밸브의 인덕턴스는 온도에 대하여 크게 영향을 받지 않는 것으로 나타났다. 그러므로 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델에서 저항과 인덕턴스 값은 각각 5.64 Ω과 27.31 mH를 사용하였다.

    3. 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델 검증

    비례 제어 밸브의 전류 제어 모델에 사용된 PID 게인 값은 시행 착오법을 이용하여 P 게인인 Kp는 0.016, I 게인인 Ki는 1.62, D 게인인 Kd는 0.0053으로 결정하였다. 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델 검증은 실제 시험 장비의 제어기를 이용하여 비례 제어 밸브에 계단 입력 신호를 인가한 후 밸브에 입력되는 전류 특성을 실제 시험 결과와 시뮬레이션 모델 결과를 비교하였다. 계단 입력 신호의 목표 압력은 0.45 MPa로 설정하였다.

    Fig. 8은 계단 입력 신호에 대하여 실제 전류 시험 결과와 시뮬레이 션 결과를 비교한 그래프이며, Table 4는 실제 시험과 시뮬레이션 모델 의 전류 특성에 대하여 상승 시간(rise time), 오버슈트(overshoot), 첨두치 시간(peak time)을 비교한 것이다. 실제 시험 결과와 시뮬레 이션 결과에 대한 전류 특성을 비교해보면, 상승 시간 오차는 0.0074 초, 첨두치 시간의 오차는 0.0065초, 오버슈트 오차는 0.06%로 나 타났다. 따라서 개발한 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델은 실제 제어기의 전류 제어 특성을 제대로 반영할 수 있으며, 추후 변속 충격 모사를 위한 트랙터 시뮬레이션 모델에서 비례 제어 밸브의 전류 제어 모델로 사용될 수 있을 것으로 판단된다.

    Figures

    JALS-54-3-121_F1.gif

    Current control model of proportional control valve.

    JALS-54-3-121_F2.gif

    Characteristic test equipment for proportional control valve.

    JALS-54-3-121_F3.gif

    Circuit diagram of test equipment.

    JALS-54-3-121_F4.gif

    Pressure characteristics of PCV for input voltage with different temperature at flow rate of 1.506 m3/h.

    JALS-54-3-121_F5.gif

    Pressure characteristics of PCV for input voltage with different flow rate at temperature of 50℃.

    JALS-54-3-121_F6.gif

    Current-pressure curve of PCV at temperature of 50℃ and flow rate of 1.506 m3/h.

    JALS-54-3-121_F7.gif

    Valve resistance curve with respect to time at input current of 900 mA.

    JALS-54-3-121_F8.gif

    Comparison of test and simulated actual current for PCV with step input pressure.

    Tables

    Specification of characteristic test equipment for proportional control valve

    Specification of tractor

    Valve inductance with different temperature

    Step response result of test and simulated actual current for PCV

    References

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