비선형 시스템을 위한 퍼지 모델 기반 적응 슬라이딩 모드 제어기의 설계

서삼준 안양대학교 산업기술연구소 2004 自然科學硏究 Vol.11 No.1

본 연구에서는 계통의 동특성식이 상태 변수와 제어 입력 모두에 비선형 함수인 비어파인(nonaffine) 계통을 효과적으로 제어할 수 있는 적응 퍼지 제어기를 설계한다. 제어기를 설계하는데 있어서 기존 적응 퍼지 제어기 설계 기법에서 사용된 여러 기법들을 응용하여 일반적 비선형 계통에 대한 견실한 제어 기법을 제안하고자 한다. 범용 근사화기(universal approximator)로서 미지의 함수를 원하는 정밀도로 근사화 시킬 수 있는 퍼지 시스템의 특성을 이용하여 미지의 비어파인 계통을 근사화 하며 이때 Takagi-sugeno가 제안한 퍼지 규칙의 후건부가 입력의 함수 형태로 표현되는 퍼지 시스템을 이용한다. The control of systems with complex and unknown nonlinear dynamics becomes a topic of considerable research importance. Many researchers have dealt with the issue, and many efficient algorithms and applicable methods have been presented. Recently, several fuzzy(or neural network) control approaches which guarantee the Lyapunov stability of the closed-loop system have been proposed. The advantages of using fuzzy systems are no needs of exact plant dyanmics and linear-in-the-parameters condition on the unknown nonlinearities. But most of these research works in nonlinear controller design has been applied only to simple classes of nonlinear systems such as affine systems. In this thesis, an indirect adaptive feedback-linearizing controller is developed for the nonaffine nonlinear systems. The considered nonlinear system is represented and adaptively identified by a Takagi-Sugeno fuzzy model. To verify the effectiveness of the proposed control method, computer simulations are carried out for the simple second order single-input single-output nonaffine nonlinear system.

자기 동조 제어기를 이용한 시각 궤환 제어

서삼준 안양대학교 자연과학연구소 1998 自然科學硏究 Vol.5 No.1

병진 속도 성분과 회전 속도 성분을 모두 포함하는 완전한 3차원 운동을 하는 이동 물체를 추적하는 시각 추적 방법을 소개한다. 자기 동조 제어기를 사용함으로써 카메라 프레임에서 물체까지의 정확한 거리를 모르더라도 시각 궤환 제어계를 제어할 수 있다. 또, 매개변수 추정시에 사용되는 방정식의 수와 추정할 매개변수의 수를 줄이는 단순한 추정법을 제안한다. 제안한 자기 동조 제어기는 계산 지연과 모델링 오차, 추적 오차를 보상한다. 제안한 추정 알고리즘과 제어 알고리즘의 유용성을 입증하기 위하여 컴퓨터 모의실험을 수행하였다. The method for 3D visual tracking of moving object whose motion is 3D through the velocity inputs whose components are translational and rotational velocity components is introduced. The use of self-tuning regulator as control technique make it possible to control the visual feedback system even if the accurate distance of object from the camera frame is unknown. This paper places emphasis on simplifying the estimation scheme through the reduction of the number of parameters to be estimated directly and the equations to be used in parameter estimation. Self-tuning regulator used here considers computational delays and it make up for modeling errors and tracking errors. Finally, the performance of the proposed estimation scheme and control algorithm is showed by computer simulation.

신경 회로망을 이용한 PID 제어기의 자기 동조

서삼준 안양대학교 산업기술연구소 1998 自然科學硏究 Vol.5 No.2

신경 회로망을 이용한 PID 제어기의 자기 동조법은 PID 제어기의 파라미터를 추정하기 위하여 신경 회로망을 학습시킬 때 플랜트의 자코비언을 이용하여 구하는 것이 일반적이었다. 그러나 플랜트의 자코비언을 정확하게 구하는 것은 쉽지 않아 근사화된 자코비언을 이용하여 신경 회로망을 학습시키므로 정확한 학습이 어렵다. 그러므로 플랜트를 제어하기 위한 정확한 PID 제어기의 파라미터를 구할 수 없는 문제점이 있다. 본 논문에서는 신경 회로망을 학습시키는데 플랜트의 자코비언을 구하지 않고 플랜트를 동정하는 또 다른 신경 회로망을 이용하여 주 신경 회로망을 학습시킨다. 이 때 사용되는 동정기의 파라미터들은 연결 강도와 오차를 이용하여 학습한다. 이 방법을 이용하면 신경 회로망이 제어기의 파라미터를 정확하게 추정해서 플랜트를 보다 정확하게 제어할 수 있게 된다. 제안된 방법을 직류 서보 모타 속도 제어에 적용한 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 이전의 방법에 비해 우수함을 보인다. Many methods have been proposed in auto-tuning of PID controller using neural networks. But the methods developed so far have used plant Jacobian when they learned the neural networks. So this paper proposed to improve the learning efficiency of neural networks without using plant Jacobian. This method uses secondary neural network(NNI) instead of plant Jacobian when it learns primary neural network(NNC). The weights and deltas of secondary neural network(NNI) are used to learning a primary neural network(NNC). If you use this method, you could learn the neural network controller more exactly than the method of using Jacobian. We applied the proposed method to the control of velocity of DC motor and proved the effectiveness of the scheme by the simulation results.

매개변수 불확실성이 존재하는 비선형 계통의 견실한 적응 제어

서삼준,김영렬,김성원 안양대학교 자연과학연구소 1997 自然科學硏究 Vol.4 No.-

본 논문에서 구조적 정합조건이 만족되지 않는 매개변수 불확실성이 존해하는 비서형 계통의 견실한 적응 안정화 기법을 제안하였다. 제안한 기법은 개념적으로 단순한 Liapunov 안정도 해석법을 기반으로하였고 미지의 플래트 매개변수가 선형적으로 나타날 때 매개변수 불확실성을 보상하도록 적응칙을 제안하였다. 빠른 수렴특성과 견실성을 동시에 향상시키기 위해 미지의 매개변수의 추정치를 포함하는 새로운 비선형 좌표 변환과 궤환 제어를 도입하였다. 제안한 제어기의 우수성을 입증하기 위하여 컴퓨터 모의실험을 수행하였다. In this paper, we examine the robust adaptive stabilization of a class of uncertain nonlinear systems for which the parametric uncertainties are not necessarily required to satisfy the so-called structure matching conditions. The proposed design methodology is based on a conceptually simple Liapunov's stability analysis. The adaptive update law is proposed to counteract parametric uncertainties in the case when unknown plant parameters appear linearly. In order to obtain fast convergence and improve robustness simultaneously, we introduce the new nonlinear coordinate transformations and feedback controls which contain the estimated values of unknown parameters. Numerical examples are discussed as illustrations.

고배속 CD-RW Drive을 위한 중점 서보 제어

서삼준 안양대학교 산업기술연구소 2002 自然科學硏究 Vol.9 No.-

현대의 CD-ROM/CD-RW 드라이브는 보다 빠른 배속, 높은 안정성, 빠른 데이타 억세스를 요구하므로 전체 시스템은 더욱 더 복잡해지고 고성능의 서보 시스템을 필요로 한다. 따라서 이러한 추세에 발맞추어 시스템의 요구를 충족시키는 보다 정밀하고 지능적인 서보 시스템의 개발을 통해 기술력을 확보하는 것이 시급한 과제이다. 본 연구에서는 고배속 CD-ROM/CD-RW의 스텝 모터의 빠른 응답속도는 슬레드 장거리 서치후 트래킹 풀-인시 엑츄에이터의 관성 때문에 TE의 오버슈트가 크게 발생하여 풀-인이 불안하거나, 실패하는 것을, 슬래드 서치중에도 트래킹 엑츄에이터의 흔들림을 보상하는 중점 서보 제어기법을 제안하여 스텝 모터의 안정성을 높였다. This thesis presents a design methodology of a Digital Servo Signal Processor for high speed CD-ROM drive systems. The proposed Digital Servo Signal Processor enables us to develop CD-related systems for the very high speed applications and is one of the key components of the CD-ROM systems. The proposed center compensation servo control is newly built for a actuator shaking due to the fast response of a step motor when it jumps to a long distance. From experimental results, we can see that the performance of the control system is improved greatly. The proposed servo algorithm shows a shorter setting time including a pull-in time and a faster access time. It can be applied easily to the DVD-ROM and the DVD-RAM which have the same optical structure.

퍼지 슬라이딩 모드 제어를 이용한 비선형 다변수 계통의 견실 제어

서삼준 안양대학교 산업기술연구소 2000 自然科學硏究 Vol.7 No.-

비선형 다변수 계통을 제어하기 위해 고전적인 가변구조 제어 기법에서는 동작점 부근에서의 테일러 시리즈 전개를 통한 선형화나 궤환 선형화 기법을 사용한다. 이러한 방법들은 슬라이딩 모드를 얻기 위해 계통의 동특성 방정식을 정확하게 알아야 한다는 문제점을 가지고 있다. 본 논문에서 비선형 동특성 방정식을 정확하게 알 필요가 없는 비교적 단순하고 견실한 가변구조 제어기를 제안한다. 제안한 기법은 다변수 계통이 서로 강하게 결합되어 있는 경우 시스템 응답 특성이 저하되는 것을 개선하기 위하여 간단한 퍼지 로직으로 시스템 감결합화를 구현하였다. 200MW급 화력 발전기용 보일러 시스템에 대하여 시뮬레이션을 통하여 그 유용성을 보이고자 한다. Conventional variable structure control (VSC) for nonlinear system is designed based on feedback linearization or Taylor series expansion about operation point. In these methods, we must know exactly information of nonlinear dynamic equations in order to achieve sliding mode. But uncertainties in the nonlinear system is difficulties to achieve sliding mode. In this paper, we will propose a robust simple VSC scheme without exact information of nonlinear dynamic equations. The proposed method is applied numerically to 200MW steam generating unit and is shown to give a good control effect.

슬라이딩 모드 제어와 퍼지 논리를 이용한 비선형 시스템의 제어

서삼준 안양대학교 산업기술연구소 2001 自然科學硏究 Vol.8 No.-

본 논문에서 슬라이딩 모드와 퍼지 논리를 이용한 비선형 다변수 계통인 증기 발생 장치에 대한 견실한 제어기를 설계하였다. 일반적으로 계통의 동특성식을 기반으로 슬라이딩 모드 제어기를 설계하지만 불확실성이나 동특성을 잘 모를 경우에는 제어기 설계의 어려움이 따른다. 그래서 슬라이딩 모드 제어 기법으로부터 입력 채널의 정보를 근사화하기 위한 간단한 퍼지추론을 도입함으로써 수학적 모델이 필요없는 슬라이딩 모드 제어 알고리즘을 제안하였다. 제안한 제어 알고리즘을 200MW급 즈기 발생장치에 적용하여 유용성을 입증하였다. In this paper, we design the robust controller using fuzzy logics and sliding mode control technique for a nonlinear multi-variable steam generating unit. Based on the knowledge of system dynamics, a sliding mode control is developed. However, it has limitation in case of existence of system uncertainties or inaccurate dynamics. So, introducing the simple fuzzy inference to approximate the information of input channel into a sliding mode control approach, we develope the sliding mode control algorithm without mathematical model. The proposed control algorithm is applied numerically to 200MW steam generating unit.

신경회로막을 이용한 굴삭기의 위치 제어

김동식,서삼준 순천향대학교 부설 산업기술연구소 2000 순천향 산업기술연구소논문집 Vol.6 No.2

The objective of this study is to design a multi-layer neural network which controls the position of excavator's attachment. In this paper, a dynamic controller has been developed based on an error back-propagarion(BP) neural network. Since the neural network can model an arbitrary nonlinear mapping, it was used as a commanded feedforward input generator. A PD feedback controller is used in parallel with the feedforward neural network to train the system. The neural network was trained by the current state of the excavator as well as the PD feedback error. By using the BP network as a feedforward controller, no a priori knowledge on system dynamics is need. Computer simulation result demonstrate such powerful characteristics of the proposed controller as adaptation to changing environment, robustness to disturbancen and performance improvement with the on-line learning in the position control of excavator attachment.

속도 센서 없는 유도전동기 벡터 제어에 관한 연구

김영렬,김성원,서삼준 안양대학교 자연과학연구소 1997 自然科學硏究 Vol.4 No.-

속도 센서 없는 유도 전동기의 벡터 제어에 관한 연구로서 추정된 속도는 유도 전동기의 속도 제어 및 간접 벡터 제어를 수행하는데 사용되었다. 유도 전동기 모델에서 고정자 전류와 회전자 자속을 상태변수로 설정하고, 여기에 회전자 속도를 추가의 상태변수로 하여 회귀적 방법에 의한 추정 이론을 적용함으로써 속도추정이 가능하다. 또한 전동기의 회전자 자속을 상태변수로 선정함으로써 속도 추정과 아울러 회전자 자속의 연산이 가능하며, 이것은 직접 벡터 제어에 이용될 수 있다. 전류 제어는 동기 좌표계에서의 d축, q축 전류를 기준치 전류와 비교하여 전압 기준치를 만들고 이를 공간 전압 벡터 변조(voltage space vector PWM)에 의해 구현하는 방법을 사용하였다. 이 경우 실제 전압은 전압 기준치와 오차가 거의 없게 되고, 따라서 전압 정보는 선간 전압의 측정 없이 단지 DC-link 전압의 측정만으로도 충분 하다. 시뮬레이션과 실험을 통하여 광범위한 속도 영역에서 속도 추정이 정확함을 확인하였다. 또한, 이를 이용한 벡터 제어와 속도 제어의 특성이 우수하여 종래의 속도 센서가 필수적인 정역운전 및 가감속등의 동특성을 필요로 하는 경우에도 속도 센서 없이 사용 가능함을 확인하였다. A vector control of induction motor by an estimated speed using an extended Kalman filter is proposed. In this method, the states are composed of stator current and rotor flux. The rotor speed is regarded as a parameter, and the composite states are consisted of the original states and the rotor speed. The extended Kalman filter is employed to identify the speed of an induction motor and rotor flux based on the measured quantities such as stator currents and DC link vlotage. The estimated speed is used for vector control and overall speed control. Since the current control is performed at synchronous rotating reference frame, the estimated speed information is also used for the reference frame transformation of the current controller. The computer simulations and the experiment of the speed control have been carried out to test the usefulness of the speed estimation algorithm. The experiments are excuted using a TMS 320C30 digital signal processor(DSP). The experimental results show that the performance of the speed estimation is very good.

사용자를 위한 소프트웨어 재사용 검색 시스템 구현에 관한 연구

김성원,김영렬,서삼준 안양대학교 자연과학연구소 1997 自然科學硏究 Vol.4 No.-

재상용 가능한 소프트웨어 부품들을 분류 및 검색하여 재사용하는 방법들이 많이 제안되어 있으나 이들의 부품들을 검색하여 재사용 하기에 쉬운 일은 아니다. 특히 객체지향을 기반으로하는 소프트웨어들이 대다수를 이루고 있기 때문에 객체지향 개념이 부족한 사용자나, 전문가가 아닌 일반적인 사용자들에게는 더욱 그러하다. 본 논문에서는 기존의 재사용 가능한 소프트웨어 부품들을 사용자가 분류 선택하여 요구하는 장소에 보다 쉽게 다양하게 저장할 수 있도록 하였고, 저장소에 있는 부품들을 보다 쉽게 검색하여 요구에 맞는 형태로 수정, 합성 및 재구축할 수 있는 시스템으로 MRRS 재사용 검색 시스템을 윈도우95 환경에서 델파이로 구현했다. Several reuse methods that classify and check reusable software components have been suggested, however they were not easy to process. Since most of current softwares are based on the object-oriented concepts, users who are not experts and do not have enough knowledge about the object-oriented concepts can not reuse them efficiently. This paper suggests that a new reuse method that is easier to classify and select the reusable software components and to store them in the required place with various way. The system MRRS reuse retrieval system that can modify, compose and build the components in th Repository as a suitable form was implemented with Delphi under Window 95 operating system.