짐벌 제어 시스템의 응답 향상을 위한 모터제어에 관한 연구 = Research on motor control to improve response of gimbal control system

국문 초록 (Abstract)

짐벌 시스템은 항공, 해양, 카메라 안정화 등 다양한 분야에서 널리 사용되며, 신속하고 정확한 제어가 필수적이다. 본 연구는 짐벌 제어 시스템의 응답 향상을 위해 모터 제어 시스템을 개발하는 것을 목표로 하며, Direct Drive(DD) 모터와 모터 드라이브를 사용하여 위치, 속도, 토크 제어의 세 가지 상태로 시스템을 구동하고, 각각의 특성과 응답성을 비교 분석하였다. 실험 결과, 토크 제어 상태에서 응답 반응성이 가장 빠르고 안정적인 응답 속도를 보였으며, 시스템 주기와 IMU 샘플링 속도는 각각 500Hz와 750Hz일 때 가장 우수한 성능을 나타냈다. 위치 제어와 속도 제어는 드라이브 내의 변수와 튜닝 값에 영향을 많이 받았으며, 향후 보상 루프와 제어 방식의 개선이 필요함을 확인하였다. 본 연구를 통하여 짐벌 시스템의 제어 성능의 향상을 위한 새로운 방법론을 제시하며, 실시간 데이터 처리와 알고리즘 최적화를 통해 더 높은 주기에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있도록 하고자 한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purpose of this study is to improve the response speed and accuracy of gimbal control systems by enhancing motor control methods. Although current gimbal systems use various control methods, they often experience slow response times or reduced accuracy. To address these issues, it is necessary to introduce new motor control algorithms and optimize the performance of the gimbal system. This study aims to develop new control methods to enhance the responsiveness of gimbal control systems and, thereby, improve their performance.
Specifically, the study analyzes the responsiveness and characteristics of using Direct Drive (DD) motors and servo drives to operate the system with position commands, speed commands, and torque commands. It explores methods of controlling the system using position controllers (PI control) and speed controllers (PID control). The research sets system cycle and IMU sampling rate as controlled variables, conducting experiments at cycles of 100Hz, 250Hz, 500Hz, and 750Hz. During this process, it compares and analyzes three control methods—position control, speed control, and torque control—to derive the optimal control method.
The study investigates how the response speed and accuracy of control systems using DD motors and motor drives are improved by different control methods, and how changes in system cycle and IMU sampling rate affect the performance of position control, speed control, and torque control. Additionally, it identifies the most efficient control method among position control (PI control), speed control (PD control), and torque control, and researches ways

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 1.1 연구 배경 및 필요성 1
• 1.2 연구 목적 및 목표 2
• 제2장 이론적 배경 3
• 2.1 제어 시스템의 기본 개념 3
• 2.2 모터 제어 시스템의 원리 및 종류 4
• 2.4 짐벌 시스템 및 IMU 센서 6
• 2.4 응답향상의 중요성 및 방법론 7
• 제3장 모터 제어 시스템 개발 8
• 3.1 시스템 설계 8
• 3.1.1 시스템 요구 사항 분석 8
• 3.1.2 하드웨어 선택 8
• 3.1.3 소프트웨어 개발 9
• 3.1.4 시스템 통합 및 테스트 10
• 3.2 하드웨어 구성 10
• 3.2.1 DD모터 및 모터 드라이브 10
• 3.2.2 IMU 센서 11
• 3.2.3 제어 컴퓨터 12
• 3.3 소프트웨어 구성 및 알고리즘 12
• 3.3.1 제어 알고리즘 12
• 3.3.2 응답 향상 기법 13
• 3.3.3 실시간 데이터 처리 14
• 3.3.4 토크 제어의 상세 구현 14
• 제4장 실험 및 결과 17
• 4.1 실험 설계 및 방법 17
• 4.1.1 통제 변인 17
• 4.1.2 실험 변인 18
• 4.2 실험 결과 및 분석 21
• 4.2.1 위치 제어 21
• 4.2.2 속도 제어 24
• 4.2.3 토크 제어 27
• 제5장 결 론 30