6자유도 순응기구의 지수형 게인함수에 의한 위치/힘 동시제어

왕희일 연세대학교 대학원 2000 국내석사

생산자동화 시스템에 활용되는 일반 로봇시스템은 단순 제어방식에 의한 위치 제어 작업에 국한되어 있다. 작업환경(environment)과 접촉하고 있는 상태에서 강성이 큰 로봇의 위치/힘 제어를 할 경우에는 로봇 끝단의 미세한 위치 변화에 의한 상호 반발력이 작업환경과 로봇의 파손을 유발할 수 있는 등 실제적인 적용에 문제점을 갖고 있다. 이 같은 문제의 해결을 위해 강성을 알 수 있는 6자유도 순응기구(compliant device)를 강성이 큰 로봇 끝단에 부착하여 위치와 힘을 제어하는 방법이 제안되었다. [2] 힘과 위치의 제어는 순응기구의 강성변화에 의하여 가능하며, 이러한 순응기구의 강성변화는 로봇의 위치제어에 의하여 유발된다. 로봇 끝단에서의 트위스트는 자유트위스트(twist of freedom)와 강성사상(stiffness mapping)에 의한 순응트위스트(twist of compliance)로 분할되고 각각은 위치와 힘을 제어하는데 사용된다. 본 논문에서는 실용 가능한 순응기구의 설계를 통하여 공간 강성 사상을 이용한 실시간 위치/힘 동시제어의 실현성을 제시하고 이를 위한 이득치의 설정법을 제안하였다. This thesis presents the design and construction of a 6-DOF compliant device which can be used to simultaneously control position and force for a robot's task. the twist at the end-effector can be decomposed into the required twist and wrench, and used for position and force control. This paper describes the technique to set up the proper gains for the decomposed twist and wrench. Some simulation and experimental results are presented in order to show the applicability of the technique.

가변구조제어 및 가속도제어기법에 의한 직류서보 위치제어시스템의 강인성 향상

박영진 단국대학교 대학원 1996 국내박사

본 논문에서는 직류 서보전동기를 대상으로 하여 정밀하고 응답특성이 빠르며 계통파라미터 변화와 외란에 강인한 위치제어시스템의 구현을 위한 고성능 제어기법인 편차적분 상태궤환 가변구조제어(IESFVSC) 기법, 편차 적분 출력궤환 가변구조제어(IEOFVSC) 기법, 퍼지가변구조 가속도제어(FVSAC) 기법을 제안하였다. 편차적분 상태궤환 가변구조제어(IESFVSC) 기법은 정합조건을 만족시키지 못하는 외란이 존재하는 직류서보 위치제어계통에 대해 강인성을 가지며, 서보보상기와 이를 직류서보 위치제어계통과 병합한 확장계통에 대해 설계된 상태궤환 가변구조제어기로 구성된다. 편차적분 출력궤환 가변구조제어(IEOFVSC) 기법은 계통의 전상태 가용성(full state availability)의 가정을 배제하여 제어계의 실현경비를 낮추기 위해 서보상기와 출력궤환 가변구조제어기로 구성되며, 출력궤환 가변구조제어기는 측정 입출력에 의해 구동되는 동적 스위칭평면과 출력궤환 스위칭 제어입력으로 구성된다. 본 논문에서 제안하는 IESFVSC와 IEOFVSC는 위치출력으로부터 설계되는 서보보상기를 도입함으로써 계통 편차방정식을 사용하지 않고도 효과적인 기준입력 추적성능을 얻을 수 있으며, 다양한 형태의 외란과 파라미터 변화에 대한 계통의 강인성을 향상시켜 준다. 이러한 특징은 슬라이딩 모드에서의 전달함수를 해석함으로써 쉽게 입증된다. 특히 IEOFVSC는 측정출력의 정보만으로 구동됨에도 불구하고 상태궤환 제어기의 결과와 비교하여 그 성능이 결코 뒤지지 않음을 시뮬레이션과 실험을 통하여 확인하였다. 또한 직류 서보전동기의 위치, 속도 및 토오크 등의 제어기법중 외란에 대해 강인한 것으로 평가되고 있는 기존의 가속도제어에 근거한 위치제어기법을 해석하고, 계통 파라미터의 변화 및 모델의 불확정성 등에 대한 강인성을 개선하기 이하여 퍼지가변구조 가속도 제어(FVSAC) 위치제어계를 제안하였다. 퍼지가변구조제어기는 가변구조제어(VSC)의 특성과 퍼지제어(FLC)의 원천적인 강인성을 조화시킴으로써 동작환경의 변화 및 모델의 불확정성 등에 대한 강인성을 개선시켜 준다. 제안된 제어기법들은 기존의 가변구조제어와 가속도제어에 근거한 위치제어계의 제반 성능을 향상시켜줄 뿐만 아니라 이 제어기법의 적용범위 확대에 기여하며 특히 온도, 부하 등 운전환경이 크게 변화하는 악조건 하에서의 정밀한 위치제어에 적용될 수 있을 것이다. This paper proposed the high performance control method of Integral Error State Feedbak Variable Structure Control(IESFVSC), Intagral Error Output Feedback Variable Structure Control(IEOFVSC), and Fuzzy Variable Structure Acceleration Control(FVSAC), which can be applied to a DC servo motor in order to have the accuracy and fastness in the response and also be insensitive to the parameter variations and the disturbances. IESFVSC is robust to the disturbances which can not be satisfied with the matching conditions. IESFVSC is consisted of the state feedback VSC which was designed by combining the servo compensator with the DC servo control system. IEOFVSC was made up of the servo compensator and the output feedback VSC to reduce the implementation cost by excluding the full state availability of the system, where the output feedback VSC consisted of the dynamic switching function driven by measured input/output information and the output feedback switching input. IESFVSC and IEOFVSC presented in this paper introduced the servo compensator which was designed by the position output and thus can obtain the effective tracking performance without using error dynamics. Also, the robustness against the various kinds of the disturbances and parameter variations was shown by analyzing the transfer function in the sliding mode. In particular, although IEOFVSE is driven by only measurable output information it was demonstrated through simulations and experiments that the performance is not so poor at all in comparison with that of IESFVSC. Also, the conventional position control method based on acceleration control having the robustness against the disturbances was analyzed. This paper proposed FVSAC to improve the robustness with respect to the parameter variations and the model uncertainties of the system. Since the proposed control schemes can improve the performance of a position control system based on the conventional VSC and acceleration control, they can contribute to the enhancement of the applicability of the acceleration control approach and especially perform the accurate position control under the rapid and significant change of the operating environments, i.e., temperature, load, and so on.

광소자 정렬용 극초정밀 다축 위치 제어 장치의 구동 메커니즘에 관한 연구

이경형 조선대학교 대학원 2004 국내석사

디지털 유량제어 모듈을 이용한 유압실린더의 위치제어

김우식 강릉원주대학교 일반대학원 2017 국내석사

본 논문은 디지털 유량제어 모듈을 이용한 유압실린더의 위치를 부드럽고 높은 정확성을 갖도록 제어하는 방법에 대한 연구이다. 유압시스템에서 사용되는 위치제어의 방법은 여러 가지가 있으며 각각의 요구에 따라 다양한 장치로 구성이 되는데, 부드럽고 높은 정확성을 요구하는 위치제어를 수행함에 있어 많이 쓰이는 방법 중의 하나는 고가의 서보 밸브를 사용한 방법으로 높은 제어성능을 제공하지만, 캐비테이션, 높은 전력 손실, 오염에 따른 감도의 저하, 그리고 높은 가격 등의 단점이 있다. 최근에 들어 서보 밸브를 대신하여 저렴하고 누유가 적으며 오염도에 큰 영향을 미치지 않고 서보 밸브에 비해 신뢰성이 높은 On-Off 밸브를 적용한 유압시스템을 구성하여 유압실린더의 위치제어를 실현하고 있다. On-Off 밸브를 사용한 위치제어 방법은 대표적으로 3가지가 있으며 다음과 같다. 첫째 유압실린더를 구동시키는 ‘Bang-Bang 컨트롤‘ 방법은 목표위치 전까지는 밸브를 개방하고 목표위치 바로 전에 닫는 방법이다. 이 방법의 장점은 제어 알고리즘이 매우 간단하고 밸브의 작업을 최소화 할 수 있다. 그러나 불확실한 정확도, 낮은 최대속도, 압력피크 그리고 캐비테이션 등의 단점이 있다. 둘째 ‘PWM(Pulse Width Modulation) 제어’ 방법은 밸브 개폐위치에 따른 밸브의 연속적인 스위칭과 고속작동이 필요하다. ’Bang-Bang 컨트롤’ 에 비해 압력피크를 줄일 수 있고 제어의 품질이 향상되었으나 높은 주파수의 스위칭은 밸브의 응답시간과 극한의 내구성에 따른 요구조건을 설정해야 한다. 마지막으로 ‘PCM(Pulse Code Modulation) 제어’ 방법은 각각 성능이 다른 밸브를 병렬로 연결하여 요구조건에 적합하게 밸브를 개폐하는 방법이다. 단계적 흐름제어를 사용하므로 밸브의 응답성능이 제어에 영향을 미치지 않으며, 밸브의 다양한 조합으로 인하여 밸브의 동작을 최소화 할 수 있다. 다만 여러 개의 밸브가 필요하므로 밸브 모듈이 커질 수 있다. 현재까지 진행되었던 PCM 제어의 연구들을 조사해보면 유압 서보 밸브를 사용하여 유압실린더의 위치제어에서 얻을 수 있었던 위치추종 성능과 유사한 결과를 얻었다. 다만 밸브들의 다양한 응답 지연에 의해 압력변동과 위치추종 과정이 서보밸브를 이용한 만큼 결과가 좋지 못했다. 그러나 좋은 추종 성능과 유사한 압력준위를 갖는 위치 측면에서 관찰해보면 PCM 제어는 낮은 비용과 일반적인 On-Off 밸브를 사용하여도 위치제어가 가능하였다. 따라서 신뢰성과 비용측면에서 효율적인 ‘PCM 제어’ 방법이다. 본 연구에서는 PCM 제어를 펌프측과 탱크측에 각각의 On-Off 솔레노이드 밸브를 병렬로 설치하여 각각의 밸브로 흐르는 유량의 비율이 2진 계열이 되도록 제어한다. 즉, N개의 병렬접속 된 밸브가 2N-1과 같이 단계적으로 유량제어를 수행하여 0을 제외한 유량비는 15가지의 상이한 조합을 가지게 된다. PCM 제어를 구현하기 위해서 밸브들을 각각 설치하여 배관으로 연결하는 것 보다는 PCM 제어용 디지털 유량제어 모듈(Digital Flow Control Module)를 구성하는 것이 공간적이나 경제적으로 효율적이다. 디지털 유량제어 모듈(Digital Flow Control Module)의 소형화를 구현하기 위하여 압전 소자도 구동되는 카트리지 밸브를 설계하여 장착하였으며, 펌프 측과 탱크 측의 유로가 겹치지 않고 압력강하가 최소가 되게 최단의 경로를 갖도록 밸브를 배치하였다. 설계된 디지털 유량제어 모듈(Digital Flow Control Module)이 유압실린더의 위치제어에 적합한지를 확인하기 위하여 시스템 해석 프로그램(Simulation X)를 통해 성능을 분석하였다. 밸브의 응답지연에 의해 위치제어의 성능이 변화할 수 있으므로 이를 고려한 제어 방법도 제시하였다. 이런 방법을 적용한 결과 위치오차 4mm의 유압실린더의 위치제어를 구현할 수 있었다.

비선형성을 보상한 선형전동기의 고정밀 위치제어에 관한 연구

이기연 仁川大學校 大學院 2003 국내석사

산업이 발전할수록 정밀 위치제어 알고리즘에 대한 요구가 증가하고 있으며, 선형 전동기의 보급에 따라 1um 단위의 고급 위치 제어 알고리즘에 대한 중요성이 커지고 있다. 위치제어에 있어서 작업의 신속성 및 정밀도를 높이기 위해서는 전동기제어의 비선형성인 Friction, 그리고 전동기가 가지고 있는 최대속도제한과 전동기 자체의 열용량 및 전력용 반도체 소자의 전류용량의 한계로 필연적으로 생기는 전류의 제한 요소의 영향을 보상할 수 있는 제어기가 요구된다. 또한 이러한 비선형 요소성분 때문에 스템 입력시에 생기는 제어의 오버-슛 현상을 억제할 필요가 있으며, 현장에서 직접 활용이 가능하도록 하려면 보다 간단한 구조의 제어 알고리즘이 요구된다. 이러한 위치제어에서 가장 큰 문제는 Friction의 정지 마찰력에 의한 전동기 속도가 zero부근에서 실제 위치의 오차가 크게 발생하는 문제와 전동기의 최대속도 및 최대전류 제한이 위치의 과도한 오버-슛으로 나타난다는 것이며, 기존의 고급 알고리즘에서는 미리 제공되는 S-커브 형태의 위치 명령 패턴을 사용하여 속도 및 전류 제한을 회피하고 있다. 본 연구에서는 제어의 비선형성인 Friction이 위치제어에 미치는 영향을 분석하고, 제어의 이득을 조절하여 그 영향을 최소화하는 방법을 모의실험을 통하여 고찰한다. 또한 최대속도 및 최대 전류제한에 대해서는 고급 제어 알고리즘과 동일한 성능을 내면서 복잡한 패턴생성기를 사용하지 않고도 실제 위치가 오버-슛 없이 부드러운 5-커브 형태로 목표값에 수렴하는 새로운 형태의 위치제어기를 제안한다. 제안된 제어기는 비교적 간단한 구조로 인하여 현장 적용력이 매우 뛰어나며, 이득 설정이 간편하다는 장점을 지니고 있다. Recently, the application of the linear machine for industrial field is remarkably increased, especially for the gantry machine, machine tool system and computer Numerical control. There are Friction, motor speed-limit and current-limit in the Non-linear source of the position control. In this paper, we present new unified PID type position control algorithm that naturally implements the S-curve type actual position trajectory under the limit condition like as maximum allowable machine speed and force restrictions. Motor have speed limit and current limit always, so motor need to compensator to the limit condition. And the error of the Friction Is appeared at the position control. This study analysis position control influence of the friction and the influence minimize through the gain tuning. And proposed algorithm review computer simulation. Through the experimental results with commercial linear motor, it is shown that the proposed algorithm has excellent dynamic suitable for linear motors. Proposed controller is superior to the application of industrial field because of simple construction. And gain tuning is simple because construction is 1 order low-pass filter.

핀틀 추력기의 압력제어 기법에 관한 실험적 연구

김성수 忠南大學校 大學院 2013 국내석사

핀틀 추력기는 고체 추진기관 내부에 핀틀이라는 구조물을 설치하고 구동기를 통해 병진 운동 시킴으로써 기하학적 노즐 목의 면적을 조절하게 된다. 노즐 목의 면적이 변화하게 되면 연소실 압력이 변화하게 되고, 이는 고체 추진제의 후퇴율을 변화시켜 추력기 전체의 압력과 추력을 변화시키게 된다. 핀틀 추력기는 고체 추진기관이 추력을 조절하기 어렵다는 단점을 극복할 수 있는 유용한 추력 조절 기법들 중 하나이지만, 핀틀의 움직임으로 인한 비정상 상태 특성이 발생된다는 점은 해결해야 할 과제이다. 순간적인 핀틀의 움직임으로 인하여 압력과 추력이 순간 급격히 상승하거나 감소하는 비정상 상태 특성이 발생하는데 이를 최소화 하는 것이 핀틀 추력기 설계에 있어 중요한 요소이다. 본 논문에서는 핀틀 추력기의 비정상 상태에서 발생되는 over/under shoot 현상을 최소화하고 빠른 수렴성을 가지는 압력 제어 기법에 관한 공압 기초 실험을 수행하였다. 이를 위하여 3 lube, 20 bara 급의 공압 탱크를 활용하여 압축공기 공급 시스템을 구성하였으며, 추력기와 핀틀을 설계/제작하였다. 또한 실험의 정확도를 높이기 위한 핀틀 구조물의 진동과 축 이탈 문제를 해결하기 위하여 추력기 내부에 구동기를 장착하고 보조 구조물과 리니어부쉬를 설치하였다. 또한 핀틀 위치를 정확히 측정하고 예측하기 위한 방법으로 변위 센서를 활용하였다. 매 실험을 시작하기 전 핀틀 위치를 측정함으로써 실험의 신뢰성을 높였다. 보정된 변위 센서를 활용하여 구동기 명령 스탭 수에 대한 구동 거리를 측정하여 계수로 활용하였다. 이 계수는 실험 중 변화하게 되는 핀틀 위치를 실시간으로 예측하는데 기준으로 사용되었다. 본 실험 연구에서는 총 4가지 제어 기법에 대한 실험을 진행하였으며, 크게 위치 제어와 압력 제어 기법으로 나누어 진행하였다. 제어 기법에 대한 실험을 진행하기에 앞서, 위치 제어를 하기 위해 필요한 비선형 방정식을 만들기 위한 정상 상태 실험을 우선 수행하였다. 각각의 핀틀 위치에 대하여 동일 조건으로 실험을 진행하고 추력과 압력의 평균값을 계산하였다. 이를 통하여 핀틀 위치별 압력의 그래프를 그렸으며, origin 프로그램을 이용하여 비선형 방정식을 도출하였다. 위치 제어 기법은 사용자가 설정한 명령 압력 값으로 수렴하기 위한 방법으로 비선형 방정식을 이용하여 명령 압력 값에 해당하는 핀틀 위치를 계산해내고 이를 통하여 구동기에 명령을 내리게 된다. 따라서 위치 제어 기법은 압력 피드백 방식와 비교하여 연소실 압력 센서의 출력값을 활용하지 않고 온전히 비선형 방정식에 의존하여 명령을 수행하게 된다. 반면 압력 제어 기법은 연소실 압력 센서로부터 출력되는 값을 기준으로 하여 구동기에 전진, 후진, 정지 명령을 내리게 되는 방식이다. 때문에 위치 제어에서 사용되는 명령 방식과는 다르며 온전히 압력 센서의 출력 값에 의존하여 명령을 수행하게 된다. 정상 상태 및 비정상 상태 공압 실험 수행 결과를 요약하면 아래와 같다. 1. 핀틀(pintle)의 형상에 따라 정상 상태 특성이 서로 다르게 나타나게 된다. 오목(concave)한 형상의 경우 핀틀이 전진함에 따라 노즐 목 면적(nozzle throat area)의 감소율이 낮게 시작되지만 최대 전진 구간에서는 가장 큰 감소율을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 볼록(convex)한 형상의 경우 핀틀이 전진함에 따라 노즐 목 면적의 감소율이 선형적으로 크게 나타났다. 핀틀 추력기를 설계함에 있어서 가장 작은 스트로크 구간을 가지면서도 가장 큰 추력비를 가져야 한다는 것을 바탕으로 분석하여보자면, 볼록한 형상을 가지는 핀틀 형상이 가장 적합하다는 결론을 얻을 수 있었다. 2. 핀틀 추력기의 성능은 핀틀의 형상에 따라 정도의 차이가 발생되지만, 노즐 목 면적을 기준으로 추력 및 압력 특성을 살펴보면 동일한 결과를 얻을 수 있었다. 이는 핀틀의 형상이 동적 특성에는 큰 영향을 미치는 요소로 작용하지만, 정적 특성에는 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다. 때문에 이러한 특성은 핀틀 추력기를 설계함에 있어서 핀틀의 형상보다는 노즐 목 면적의 변화에 초점을 맞추어 설계를 진행하는 것이 적절하다고 하겠다. 3. 비정상 상태 실험을 수행한 결과, 위치 제어 기법이 수렴성에서 좋지 못한 결과를 얻었다. 이에 따라 위치 제어 기법에 추가로 보정할 수 있는 로직(logic)을 적용하였으며, 그 결과 0.1 bar의 작은 허용 오차 조건에서도 명령 값에 정확히 수렴하는 것을 확인할 수 있었다. 그러나 보정용 제어 로직을 적용하게 되면 압력과 추력값의 진동 문제가 발생되기 때문에 사용하지 않는 것이 진동 문제를 해결하기 위한 가장 좋은 방법이라고 할 수 있다. 현재의 실험 장치 내에서는 핀틀의 스트로크를 정확하게 측정하는데 한계가 있기 때문에 추후 스트로크 측정에서의 정밀성을 높인다면 순수한 위치 제어 기법 만으로도 빠른 응답시간을 가지는 제어 기법을 찾아낼 수 있을 것으로 판단된다. 4. 압력 피드백 기법에서는 허용 오차에 따라 진동 문제가 심하게 발생하여 수렴성이 매우 낮아지는 것을 볼 수 있었다. 현재는 PD, PID와 같은 제어기를 적용하지 못하였기 때문에, 압력 피드백 기법에 대한 일반적 결론을 내릴 수는 없으며 추후 장비의 보완이 이루어진 이후에 추가 실험을 통한 제어 실험이 이루어져야 한다. 다만 본 연구를 수행함에 있어서 한계점이 분명히 존재하며, 그러한 한계점이 명확히 이해되는 상황에서는 본 연구의 내용이 활용 가치를 가질 수 있다고 판단된다. 추후 구동기의 구동 속도 등을 제어할 수 있는 장비 등이 갖추어 진다면 더욱 세밀하고 다양한 제어 기법에 대한 연구를 지속할 수 있을 것으로 사료되며, 핀틀 추력기의 중요한 연구 분야인 제어 기법에 관한 연구에서 좋은 결실을 얻을 수 있을 것이라 생각된다. 더불어 앞서 쵸킹 조건의 오류절에서 언급하였던 내용들을 기본으로하여 압력 강하의 요인들을 제거하고 오리피스 전단에 충분한 압력을 공급할 수 있는 공급 장치로 개선을 한다면 내/외부형 핀틀 실험을 진행하는데 있어 일정한 공급 유량 조건으로 더 넓은 신뢰 범위를 가지며 결과 값을 얻어낼 수 있을 것이라 판단된다. Pintle thruster is one of useful thrust control methods for solid rocket motor, but its unsteady state from movement of pintle should be solved. Because of momentary movements of pintle, there is unsteady state of dramatic increase or regression of pressure and thrust. To minimize this side effect is an important element of pintle thruster design. For this study, a basic pneumatic experiment about pressure control to minimize over/under shoot phenomena in unsteady state of pintle thruster and to have fast convergence was conducted. Experiments using 4 control methods were conducted by categorizing into position control and pressure control. The experimental results are as follows: 1. When it is concave, as pintle moves forwards, reduction rate of area of nozzle throat starts at low point. But in maximum forwarding point, it has biggest value of decrease. If it is convex, pintle moves forwards, reduction rate is linearly high. For designing pintle thruster, by analyzing based on that there should be the smallest pintle stroke but the biggest thrust, convex form of pintle is most appropriate. 2. Performance of pintle thruster depends on shape of pintle but for nozzle throat area and pressure show similar results. From this, shape of pintle has important parameter on dynamic characteristics but it barely affects on static ones. Therefore, when designing pintle thruster, changes of area of nozzle throat should be focused. 3. From experiment in unsteady state, position control method does not show positive results in convergence. Accordingly, logic for additional correction to position control is applied and then the result is convergent in command value in such small tolerance of 0.1 bar. However, when applying control logic for correcting, it affects on vibration of pressure and thrust and it is the best way not to use it. In current experimental device, there is limit in measuring stroke of pintle accurately. If preciseness in measuring stroke is higher, with position control only, control method of quicker reaction may be discovered. 4. For pressure control, depending on tolerance, vibration problem happens and convergence is very low. Currently, it is not available to apply controller such as PD or PID and general conclusion for pressure control cannot be discussed. Additional control experiment should be conducted after supplement of more devices. There are definitely some limits in this experiment and with circumstance to understand it, this study has meanings.

신경회로망을 이용한 유연한 관절의 선단위치 제어기에 관한 연구

박양수 동아대학교 1997 국내박사

본 논문에서는 하나의 유연한 관절을 제어하기 위해 신경회로방을 이용한 적응제어기를 제안한다. 신경회로망은 기존 제어시스템의 응답을 개선하기 위해 기존의 PID, LQG제어기 등과 같이 사용하며 로봇 매니플레이터와 같이 시스템이 비선형 요소를 포함하고 있거나 모델링 오차가 존재하는 시스템을 제어하는데 이용되고 있다. 이와같이 신경회로망과 기존의 제어기를 함께 이용한 제어시스템은 신경회로망의 오차신호를 궤환 제어기의 출력으로 이용하는 궤환-오차 학습(Feedback-error Learning)법 알고리듬이 있으며, 이 궤환-오차 학습 알고리듬을 채택하여 제어하기 위해 신경회로망을 설계하였다. 설계된 신경회로망은 NNl과 NN2로 구성되어 있으며 이 신경회로망에는 입력변수를 8개을 가진 8개의 뉴런과 은닉층에는 20개의 뉴런 가지고 1개의 출력을 가지고 있다. 신경회로망과 함께 사용 되어지는 궤환제어기는 선단 위치 제어를 비교하기 위하여 PD제어기와 passive제어기를 이용하였다. PD제어기와 passive제어기의 출력을 가지고 교사신호로 사용하였다. 사용한 플랜트는 유연한 관절(Flexible Link)로서 과거 수년 동안 관심을 가지고 계속 연구 되어져 왔다. 경량의 유연한 관절의 이용으로 인한 많은 잠재적 이점들은 빠른동작, 낮은 에너지 소비, 비용절감 등이 있다. 이 유연한 관절의 선단 위치 제어에 관한 문제는 단단한 관절의 선단 위치제어 문제보다도 어렵다. Coupling효과, 비선형성, 파라미터 변화, unmodeled dynamics등 모든 것들이 어려움의 원인이 된다. 따라서 유연한 관절의 모델링 방법에 따라 여러 가지 형태의 Lagrangian 공식은 시스템을 최적 상태 모드, 정확한 모델화, 시스템의 동적모델과 제어모델 사이의 관계등에 대해 강조되고 있다. 유연한 관절에 대한 비선형 시스템의 제어기를 동적 신경회로망을 이용하여 위치와 속도가 시스템에 대하여 안정화 하기 위해 사용 되었고, 또한 동적 신경회로망은 원하는 궤적을 추적하고 유연한 관절을 구동하기 위해 제안 되었다. 유연한 관절에 대한 선단 위치 트래킹 제어를 위해 PD제어기에서는 u= u_(c)+u_(n)가 입력 되어지고, passive제어기에는 u=y_(c)+u_(n)가 입력 되어진다. 선단 위치제어를 위하여 유연한 관절의 선단 위치는 y_(a)=θ+(W(l,t))/l이다. W(l,t)는 선단에서의 탄력적 휨이고, l는 관절의 길이로 하였다. passive제어기는 외란들에 더욱더 강인한 제어기를 만들 수 있는 두 가지 방안을 알아 보았다. ① 작은 값으로 비례 피드백 인자 ζ를 첨가하는 것이다. ② 변형방법은 u_(ref)를 바꾸는 것이다. 이와같이 설계된 신경회로망과 궤환 제어기는 하나의 유연한 관절의 실험적 test-bed를 충족하며, 선단 응답이 매우 개선되었고, 유연한 모드의 진동이 매우 빠르게 감소 되었다. 시뮬레이션 결과는 궤환-오차 학습을 이용한 신경회로망으로써 PD 제어기에서는 높은 이득을 사용할 때 발생하는 마찰 효과가 극복 되었으며, passive제어기에서는 과도응답에 대한 좋은 특성으로 선단위치의 떨림이 개선됨을 알 수 있었다. 실험적 평가로서 제어기가 중심 마찰과 모델화되지 않은 동적에 직면한 모델 제어기 보다도 우수성을 확인하였으며, 플랜트의 입력문제를 고려하지 않으면 불안정성이 증폭기의 포화와 모델화 되지 않은 탄력적 모드의 자극(여기) 때문에 주로 발생된다는 것을 알았다. passive 제어기 ζ의 영향은 정상상태 편차에 많은 영향을 주었으며, 오우버 슈트는 개선되었다. 이와같이 예상되는 이점을 감안하여 궤환제어기에 passive제어기를 사용하여 실험한 결과 처음 예상된 선단응답보다 아주 빠르게 응답하였으며, 유연한 모드로서의 진동이 매우 빠르게 감소 되었다. 실험결과를 가지고 입력지령치로 비교하여 보았을 때 입력지령치가 5°일 때 는 선단위치가 떨림이 있음을 알 수 있다. 그러나 입력지령치가 10°일 때는 선단위치의 떨림이 많이 개선됨을 알 수 있다. 이는 신경회로망의 학습으로 인하여 선단위치 제어가 개선됨을 말한다. 또한 빔의 좌우방향의 강도의 차이로 인하여 양쪽의 떨림이 다름을 알 수 있었다. In this thesis, it will be suggested the adaptive controller using a neural network to control a flexible link. The neural network uses a existng PID or LQG controller to improve the system response. This kind of control method applys to disign a system contoller with nonlinearity or modelling error such as a robot manipulator. The used neural network architecture in this research is the feedback-error learning algorithm. The network has a input layer with 8 input, a hidden layer with 20 neuron and output layer with 1 output. And also, the PD and passive feedback controllers are included to compare the tip position in the neural network. Many researches are interisting to a flexible link sytem. Many types of Lagrangian equations to model the flexible link emphasize a optimal state mode of tile system, exact modeling and relationship of sytem dynamic model and control model etc. The position and velocity of the nonliear flexible link tip can be controlled by the designed neural network. It shows a good tip response and very quick decrement of flexible mode vibration. And the suggested neural network can follows a desired trace and derives the flexible link. Therefore the desined neural network and feedback controller can satisfies a experimental flexible test-bed link. The ζelement of the passive feedback controller has a serious effect on steady state error and imporves a overshoot response. The formation of this thesis are as follows; In Chapter 2, it introduces the mathmatical modellings of the neural network and the controllers designed by learning method of neural network. Chapter 3 is the modelling method and analysis of the flexible link. Chapter 4 describes the controller design method by the neural network and its algorthim. In Chapter 5, the simulation of the designed controller is integrated and its verification could be obtained by the practical experiment appartus The final Chapter 6 is a conclusion of this thesis.

속도 및 전류 제한을 고려한 선형전동기 구동용 고속 고정밀 통합 PID 위치 제어기 구현

장윤수 仁川大學校 一般大學院 2001 국내석사

조준경 위치제어 서보시스템의 과도응답특성

최태봉 慶北大學校 産業大學院 1995 국내석사

목표물의 탐지 및 추적과 조준에 사용되는 조준경 시스템에는 조준경이 운용자의 위치명령 신호에 종속되어 정해진 위치로 이동하는 위치제어 서보 루프가 포함되어 있다. 본 논문에서는 조준경 위치제어 서보시스템을 해석하여 순간적인 과도입력에도 안정된 서보출력과 응답 특성을 가지는 서보제어기를 제안하였다. 제안된 제어기는 입력의 상태에 따라 제어기의 특성을 달리 선택하는 것으로 실 시스템에 적용하여 큰 과도입력에 대한 서보출력의 오버슈트와 정정시간을 크게 감소 시켰으며, 기계적인 진동과 손상을 방지하여 안정된 응답특성을 얻을 수 있었다. The sight system for finding, tracking and aiming targets has position control servo loop to place LOS( Line of sight) on the proposed position by the operator's command. This paper analyzes the position control servo loop of the sight system and presents a servo controller which has improved tra-as-ren-t re-sp-oirse-s- to- the- firs-tairtane~ou-s-l-y large command input. The proposed controller has a mechanism which selects control paths according to input status. The results of simulation and experiments show that the proposed controller reduces the overshoot and setting time and makes the sight system have a stable response to prevent mechanical oscillation and damage.

슬라이딩모드 제어를 이용한 MATS용 IPMSM의 위치제어에 관한 연구

조용주 성균관대학교 일반대학원 2011 국내석사

본 논문은 최근 많이 사용하고 있는 IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor)의 위치제어를 위하여 슬라이딩모드 제어와 PI제어를 함께 사용하는 방법을 제안하였다. 외란에 대하여 운전 궤적을 추정하는 특성이 뛰어난 슬라이딩 모드 제어의 장점과, 빠른 제어 응답성과 정상상태에서 리플이 적은 PI제어를 적절하게 적용하는 제어기법을 제안하였다. 슬라이딩 모드 제어는 오버슈트가 발생하지 않기 때문에 엘리베이터, 차량 간격 자동 제어(ACC : Adaptive Cruise Control), 미사일 위치 제어(MATS)에 적용할 수 있다. 엘리베이터, 차량 간격 자동 제어 등에 슬라이딩 모드 제어기를 적용 시 실시간으로 변화하는 파라미터와 외란에 강인한 제어 특성을 갖기 때문에 안정적이고 정확한 제어가 가능하다는 장점을 갖는다. 또한 슬라이딩 모드의 특성상 제어의 위치오차를 최소화 하여 미사일의 위치제어와 같은 안정적이고 정확한 위치제어를 필요로 하는 시스템에 적용이 가능하다. 2.2[kW] IPMSM이용하여 시뮬레이션과 실험으로 슬라이딩 모드 제어와 PI제어를 위치오차에 따라 비율적으로 적용하는 개선된 슬라이딩 모드 제어기의 성능을 검증하였다. In this paper, IPMSM(Interior Permanent Magnet Synchronous Motor) Position for the sliding mode control with PI controller is proposed. Sliding controller has no overshoot, disturbance characteristics for the driver to estimate the trajectory of sliding mode control with excellent benefits and fast control response and low ripple in the steady state appropriate to apply the PI control is proposed control scheme Applying the sliding mode does not occur according to overshoot the elevator, automatic vehicle distance control (ACC: Adaptive Cruise Control), the missile can be applied to control the initial position. Elevator to the sliding mode controller applied, the gap in real-time parameter variations and disturbances automatic control variables that occur due to be applied where precise control is safe and has the advantage of being.. The advantages are that there is no overshoot its initial position, missile control, hazardous materials move through the simulation to verify the performance of IPMSM Position Control experiments performed using 2.2kw IPMSM sliding mode control and mixed PI control and improve performance of verified.