정밀 자세기준시스템 칩 구현을 위한 기술 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The objective of this research is to develop core technologies for realizing low-cost, small-size, and high performance attitude reference system on a chip in order to overcome the drawbacks of current ARS and to meet the needs of various emerging application areas. The core technologies include robust structure design and analysis techniques to fabrication defects, low noise and high precision interface circuit design, compensation law design for nulling out the environment variations during its operation. Our attitude reference system on a chip is based on the utilization of a MEMS angle measuring gyroscope which can directly measure the attitude angle without integration of the angular rate, thus eliminating the accumulation of numerical integration errors incurred in obtaining the angle from the angular rate. Especially, the developed control algorithm using adaptive control approach can compensate for all types of fabrication imperfections such as coupled damping and stiffness, and mismatched stiffness and un-equal damping term in an on-line fashion, and make a non-ideal gyroscope behaves like the ideal angle measuring gyroscope.

국문 초록 (Abstract)

MEMS 각측정 자이로스코프는 자세각을 직접 측정할 수 있기 때문에 기존 ARS의 기술적 장애를 극복할 수 있으며 손톱크기 정도의 초소형 ARS 구현을 가능하게 해 주는 혁신적인 기술로서, 작동 중에 각측정 구조체의 균질한 (isotropic) 댐핑과 균질한 고유진동수를 고도의 정밀도로 유지시키는 것이 핵심 기술이다. 따라서 각측정 제어 알고리즘과 함께 외부 온도 등의 환경 변화에 매우 강건한 구조체 설계 기술, 기존의 MEMS 각속도 자이로스코프보다도 월등히 정밀한 고도의 구조체 제작 기술, 제작 오류를 보상할 수 있는 정밀 보상 제어 기술, 저잡음 인터페이스 회로 설계 기술이 필수적으로 확보되어야 한다.
본 연구에서는 MEMS 각측정 자이로스코프를 실현하기 위하여, 각측정 구조체 해석 기술, 저잡음 인터페이스 회로 설계 기술, 구조체와 외부 환경 변화에 따른 댐핑 및 고유 진동수 변화 예측 및 보상제어 기술 개발에 목표를 두었으며, 만족할 만한 성과를 얻었다. 특히 본 연구에서 개발된 적응제어기법을 이용한 제어 알고리즘은 기존의 알고리즘 보다 진보된 것으로 모든 종류의 제작오류를 자이로스코프 작동 중에 추정하고 보상할 수 있어서, 기존의 각속도 자이로스코프 구조를 그대로 이용하여 각측정 자이로스코프를 실현시킬 수 있는 강력한 수단이 된다.