퍼지 Pl+D 제어기를 이용한 설계변수와 이득의 자기동조에 관한 연구

장철수(Cheol-Su Jang),최정원(Jeong-Won Choi),오영석(Young-Seok Oh),채석(Seog Chae) 한국지능시스템학회 2007 한국지능시스템학회논문지 Vol.17 No.3

본 논문에서는 설계변수와 제어기 이득의 자기 동조를 사용한 PI+D 제어기 설계법을 제안한다. 사용된 퍼지 PI+D 제어기는 일반적인 연속 시간 선형 PI+D 제어기를 근사화하여 사용하였고, 퍼지화는 퍼지싱글톤으로, 비퍼지화는 간략화된 무게중심법을 사용하였다. 퍼지추론 결과는 분리된 퍼지 변수로서 다른 작용 성분으로 계산되고, 그 결과는 설계변수에 해당하는 함수의 형태로 결정되어 제어이득을 결정한다. 따라서 제안된 방법은 빠른 동조 성능을 가지며, 퍼지 입력변수의 증가에도 쉽게 적용될 수 있고, 재생 오차를 줄이는 이점을 가진다. 이 제어기는 설계변수와 제어기 이득의 사용으로 보다 높은 효율성과 개선점을 가지고 있다. This paper proposes a design method of the PI(Proportional-Integral)+D(Derivative) controller using self-tuning of the design variables and controller gains. The used fuzzy PI+D controller is the approximated conventional continuos time linear PI+D controller and the used fuzzification method is the fuzzy single tone and the adapted defuzzification method is the simplified center of gravity. Fuzzy estimation result would be calculated in the other function elements from the classified fuzzy variables and the result determined by the design variables decides the controller gains. As a result, the proposed method shows the capability of the high speed tuning and can be applied to the case of input variables with many fuzzy partitions and also can bring out the advantage to reduce the reconstruction(digital sampling reconstruction) error. Most simulation results show that this controller makes much better efficiency and improvement by using design variables and controller gains.

회전속도에 따른 동역학적 변화를 고려한 반경방향 능동 자기베어링 시스템의 제어기 설계 및 검증

정진홍(Jin Hong Jeong),유승열(Seong Yeol Yoo),노명규(Myounggyu No) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.9

회전체의 자이로스코픽 모멘트가 크거나 회전속도가 고속인 경우 회전속도에 따라 회전체의 동역학적 특성이 변화하는 정도가 커지게 되며, 자기베어링을 이용하여 회전축을 지지하는 경우 자기베어링의 제어기는 회전속도의 영향을 고려하여야 한다. 각 축의 부상력이 해당 축의 센서 출력에 의해서만 결정되는 독립축 제어기는 회전속도에 따른 변화에 대응하기 어려운 구조이나, 혼합축 제어기는 센서출력을 변환하여 진동 모드와 일치하도록 하고 각각의 진동 모드에 대해 독립적으로 제어기가 작동하는 구조로서, 진동 모드에 직접적으로 대응할 수 있는 장점이 있다. 본 논문에서는 회전체의 유연 모드를 포함하는 자기베어링 시스템의 수학적 모델을 기반으로 혼합축 제어기를 설계하고 제어기의 성능을 ISO 민감도 기준 및 불평형질량 응답 측면에서 평가하였다. 제어기 성능 평가 시 회전속도에 따른 시스템의 동특성 변화를 고려하여, 운전 속도 범위에서 성능 지표를 만족함을 확인하였다. If a rotor possesses a high gyroscopic coupling or the running speed is high, the dynamical changes in the rotor become prominent. When active magnetic bearings are used to support such rotors, it is necessary for the bearing controller to take these dynamical changes into consideration. Independent-axis controllers, which are the most commonly used, modulate the bearing force solely based on the sensor output of the same axis. However, this type of controller has difficulties in overcoming the dynamical changes. On the other hand, mixed-axis controllers transform the sensor output into components corresponding to the vibrational modes. A separate controller can then be designed for each vibrational mode. In this way, the controller can be designed based on the dynamics of the rotor. In this paper, we describe a design process for a mixed-axis controller that uses a detailed mathematical model of the system. The performance of the controller is evaluated based on the ISO sensitivity requirements and unbalance response, while considering the change in the system dynamics due to the running speed.

역진자시스템의 계수도법을 이용한 제어기 설계

박석순,이상석 대구미래대학 2000 論文集 Vol.18 No.1

The Coefficient Diagram Method (CDM) is an algebraic approach over polynomial ring in the parametric approach space. The purpose of this paper is to explain the basic theory of the CDM and to design the 2/2 order controller for the Inverted Pendulum system by CDM. We also derived the dynamic equation of the Inverted Pendulum system. The simulation result shows the robustness of the controller designed by CDM with respect to the moment of inertia perturbation.

Rapid Control Prototyping기법을 이용한 전자식 스로틀 제어기 설계 사례 연구

강종진(Jongjin Kang),이우택(Wootaik Lee) 한국자동차공학회 2006 한국자동차공학회 춘 추계 학술대회 논문집 Vol.- No.-

This paper describes a case study to design of Electronic Throttle Controller(ETC) using Rapid Control Prototyping(RCP), in order to shorten the development cycle. RCP is a technique which reduces the development time through the model-based control design. ETC should control the position preciously and diagnose the input and feedback signals. The ETC model is designed by using Simulink<SUP>®</SUP>, Stateflow<SUP>®</SUP>" and S-function to insert a legacy code. The designed ETC model is validated by two process steps. The first step is the off-line simulation with throttle model and the second step is on-line simulation with the real throttle platform. In order to interface a controller model with the physical hardware, during on-line simulation, Prototyping System and Real-Time Interface block of dSPACE is used. ControlDesk<SUP>®</SUP> of dSPACEC is employed for the purpose of real time monitoring and calibration.

6시 저궤도 위성에서 B-dot 제어기 역할과 고장분석

이승우(Seung-Wu Rhee),김홍중(Hong- Joong Kim),손준원(Jun-Won Son) 한국항공우주학회 2013 韓國航空宇宙學會誌 Vol.41 No.3

본 논문에서 B-dot 제어기 종류, Lyapunov 안정성 관점에서 B-dot 제어기 안정성 검토 결과 요약이 제시되었다. 6시 태양동기 궤도의 대형위성이 초기 자세획득 할 때 또는 이상 상태 발생 후 태양획득을 위해 B-dot 제어기가 사용될 경우, B-dot 제어기의 활용성에 대한 검토 결과 제어기 활용성이 매우 높다는 결론을 얻을 수 있었다. 또한 B-dot 제어기작동원리의 이해를 위해 천이상태 제어토크와 정상상태 제어토크 개념을 도입해서 새로 운 물리적 해석 결과를 도출ㆍ제시하였으며, 자기 토커가 고장 났을 때 자세 안정화에 미치는 영향을 이론적으로 분석 후 토커고장에 대한 설계 최적화 방안을 제시하였다. 또한 6시 태양동기 궤도의 대형위성에서 B-dot 제어기의 유용성 및 자기토커 고장 영향 분석 결과 확인을 위해 비선형 시뮬레이션 결과 만족스런 태양지향능력 및 예측된 고장 영향분석결과 등이 확인되었다. In this paper, the types of B-dot controller and the review results of B-dot controller stability are summarized. Also, it is confirmed that B-dot controller is very useful and essential tool when a dawn-dusk low earth orbit(LEO) large satellite has especially to capture the Sun for a required power supply in a reliable way after anomaly and that its algorithm is very simple for on-board implementation. New physical interpretation of B-dot controller is presented as a result of extensive theoretical investigation introducing the concept of transient control torque and steady state control torque. Also, the failure effect analysis results of magnetic torquers as well as a simulation verification are included. And the design recommendation for optimal design is provided to cope with the failure of magnetic torquer. Nonlinear simulation results are included to justify its capability as well as its performance for an application to a dawn-dusk LEO large satellite.

무인 항공기의 추력 기반 고도 제어기 설계에 관한 연구

유동완,탁민제,양희돈,최세영,김종섭 한국항공우주학회 2012 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2012 No.4

최근 군사작전 또는 민간 활용 등 다양한 분야에서 무인항공기의 필요성이 점차 늘어남에 따라 다양한 종류의 무인 항공기가 연구되고 있다. 이러한 무인항공기의 개발에 있어서는 자동비행시스템(Autopilot)을 구성하는 제어기 설계는 가장 중요한 요소 중 하나로 손꼽히고 있으며, 고도 및 속도 유지의 종축 제어기, 방향각 유지 등을 제어하는 횡축 제어기로 나뉜다. 기존의 고도 제어기는 내부 루프에 피치 루프를 포함하여, Elevator를 이용한 고도 제어가 다반사 이지만, 항공우주산업(주)의 군단급 무인항공기인 송골매와 같은 경우에는 추력을 이용하여 고도 제어를 하게 된다. 본 논문에서는 송골매와 같은 추력 기반의 고도제어기의 설계에 관련하여 기술하였으며, 시뮬레이션 및 선형 해석 등을 통한 검증을 실시하였다. These days, the needs for Unmanned Aerial Vehicles are increased especially in military and civilian uses, so there are numerous researches have been conducted. In the development of a UAV, controller design is considered as one of the most important elements, and they are divided into longitudinal and lateral controller designs. In most of the altitude control in longitudinal channel, inner loop is composed of pitch loop so that elevators of the plane take part in altitude control of the system. However, several special types of UAVs, such as KAI's RQ-101, control their altitude with the throttle level. In this paper, throttle based altitude controller design of UAVs is described as well as its verification through simulation and linear analysis.

나로호 질소가스 추력기시스템 자세제어기 설계 및 종합성능시험

선병찬(Byung-Chan Sun),박용규(Yong-Kyu Park),오충석(Choong-Suk Oh),노웅래(Woong-Rae Roh) 한국항공우주연구원 2012 항공우주기술 Vol.11 No.2

본 논문에서는 나로호 질소가스 추력기시스템에 대한 자세제어기 설계 과정과 종합성능시험에 대해 다루고 있다. 발사체의 비행 안정성을 보장하도록 추력기 자세제어기 설계를 수행하는 데 있어서 반드시 고려해야 할 주요 사항들에 대해 살펴보고 관계식을 제시하였다. 나로호 질소가스추력기 시스템에 대한 시스템레벨 종합성능시험을 위한 시험구성과 시험조건 등을 정리하였고, 성능시험 데이터로부터 추력기 시스템의 가스 소모량, 추력, 시간지연, 비추력 특성 등의 운용 성능과 추력기 자세제어기의 비행 적합성 평가가 가능함을 보였다. 최종적으로, 1차 비행시험 결과를 통해, 나로호 탑재 추력기 자세제어시스템이 충분한 안정성 여유을 가지고 정상적으로 동작하였음을 보였다. This paper deals with attitude controller design and integrated performance tests on the nitrogen gas reaction control system of KSLV-I. Some major factors which are necessarily required in designing a stabilizing controller of reaction control system are investigated, and the corresponding equations are given. Experimental configurations and test conditions for system level integrated performance tests of the KSLV-I nitrogen gas reaction control system are summarized. It is shown that, based on the experimental data, operational performances of nitrogen gas reaction control system can be analyzed in terms of gas consumption, thrusting force, time delay, and specific impulse. It is also shown that a conformance of the controller to flight can be evaluated. Finally the onboard controller of KSLV-I reaction control system is shown to perform normally with enough stability margin via the first flight test result.

전기이륜차용 차량제어시스템 개발에 대한 연구

김상훈(Sanghoon Kim),곽인재(Injae Kwak),변세희(Sehee Byun),김대우(Daewoo Kim) 한국자동차공학회 2022 한국자동차공학회 학술대회 및 전시회 Vol.2022 No.11

This study relates to the design of a vehicle control system for controlling an electric two-wheeler system with a drive device operating at a high voltage. In recent years, Micro-mobility has been gaining traction as the new means of mobility of the future, and it is expected that in the future the adoption of short-range use or non-owned shared vehicles in the mobility market will expand. Among the micro-mobility, electric two-wheelers are eco-friendly and economical, and in addition to this, vehicle sharing must be accompanied by a battery exchange system and data-based services. In this case, the electric two-wheeler system generally consists of 5 sub-systems : the powertrain system, the energy management system, the cooling system, the vehicle control system, and the connectivity system. In order to control such an electric two-wheeler system, it is necessary to design an appropriate system platform for the element system to be controlled and a design process for each controller. In this paper, we have focused on designing a control system architecture and control method to ensure that the control is done appropriately from the perspective that the vehicle control system, which is the top-level controller, views the subsystem as the object of control. The sub-control modules of the vehicle control system were constituted and the functional elements of each module were defined to enable organic cooperative control between the control objects through architectural design and verification according to the V-Process. This is expected to improve the productivity and quality of more diverse and complex electric two-wheeler systems.

HALE 무인기의 게인 스케줄링을 위한 설계점 선정에 관한 연구

최의환,윤남경,문건희,박현주,김기덕,전병주,안재명,방효충,탁민제 한국항공우주학회 2015 한국항공우주학회 학술발표회 논문집 Vol.2015 No.11

본 논문은 고도 10km~20km의 성층권에서 순항하는 고고도 장기체공 무인기(HALE 무인기)의 제어법칙 설계 과정 중 하나인 게인 스케줄링 단계에서의 설계점 선정에 대해 다룬다. HALE 무인기는 성층권이상의 고도에서 장시간 체공하며 감시 및 정찰 등의 고유 임무를 수행하는 무인기이다. 설계점 선정을 위해 HALE 무인기의 고고도에서의 비행 가능 영역과 전체 설계점을 도출하고 순항 고도와 순항 속도로 이루어진 기준 설계점을 정의한다. 기준 설계점에 대해 설계된 제어기를 전체 설계점에 적용하여 비행성 수준과 안정성 여유의 추이를 살펴본다. 이후 게인 스케줄링을 위한 적절한 설계점 선정을 위한 방안을 제시한다. This paper addresses process on selection of operating points for gain scheduling, one of the stages of control law design of the High Altitude Long Endurance Unmanned Aerial Vehicle(HALE UAV) cruising at 10km~20km stratosphere altitude. HALE UAV is UAV which conducts surveillance, reconnaissance and its own missions at the stratosphere altitude with long flight time. In order to select the operating points, flight envelope at high altitude and whole operating points are obtained. Then, a reference operating point of cruise altitude and cruise velocity is defined. The controller designed for the reference operating point is applied to whole operating points to show trends of flying qualities and stability margins. Finally, a method of selecting appropriate operating points for gain scheduling is suggested.

실시간 객체 추적을 위한 제어기 설계

김학희 한국일러스아트학회 2010 조형미디어학 Vol.13 No.4

능동 카메라를 기반으로 움직임 영역을 추출하는 차영상을 구할 경우, 연속된 두 영상 간 카메라의 움직임 영역이 함께 포함되기 때문에 실제로 움직인 물체만을 추출해내는 것에 어려움이 있다. 또한 대용량의 데이터를 처리해야 하는 비전 시스템의 특성으로 인해 실시간 처리를 보장하는 것이 매우 어렵다. 따라서 본 논문에서는 빠른 처리 시간과 정확성을 가진 움직임 추출 기법을 찾기 위하여 대표적인 배경 보정 기법인 특징점 기반 배경 보정 기법과 위치 센서를 이용한 배경 보정 기법의 특성과 성능을 비교한다. 그리고 보다 빠른 처리 시간과 높은 신뢰성을 보장하는 것을 목표로 두 기법의 장점을 추출하여 응용한 기법을 적용한다. 영상 처리를 통해 검출된 물체의 위치는 차영상의 무게중심점으로 나타내며 그 좌표가 영상 평면의 중심점과 일치하도록 구동부의 DC모터를 제어한다. 이때 전체 시스템의 수학적 모델링을 구하고 그 특성에 맞는 제어기를 설계하여 추적 성능을 향상시키고자 한다. In the case of the tracking system with an active camera, it is very difficult to guarantee real-time processing due to the attribute of vision system which handles large amounts of data at once and has time delay to process. The reliability of the processed result is also badly influenced by the slow sampling time and uncertainty caused by the image processing. In this paper, we figure out dynamic characteristics of pixels reflected on the image plane and derive the mathematical model of the vision tracking system which includes the actuating part and the image processing part. Based on this model, we find a controller that stabilizes the system and enhances the tracking performance to track a target rapidly. The centroid is used as the position index of moving object and the DC motor in the actuating part is controlled to keep the identified centroid at the center point of the image plane.