PD제어기와 신경회로망 제어기를 이용한 유도전동기의 속도제어에 관한 연구

金潤瑞 淸州大學校 2002 국내석사

PID제어는 구조가 간단하고 구현하기 쉬우며, 빠른 응답특성을 가지고 있어 여러 분야에서 많이 사용되고 있지만 시스템의 파라미터가 변하면 각각의 이득들 또한 변화에 따라 적절히 조정되어야 한다는 문제점과 부하변동과 같은 외부 환경이 변하는 경우 만족할 만한 제어 성능을 얻기 힘들다. 이러한 문제점으로 인하여 시스템의 변화를 학습하고 적응능력이 우수한 신경회로망 제어기가 필요하게 되었다. 본 논문에서는 PD제어기와 신경회로망을 이용하여 3상 유도전동기의 속도제어 시스템을 구현하고자 한다. PD제어기는 초기의 제어를 담당하며 신경회로망의 초기 학습을 담당한다. 또한, 신경회로망은 비선형 매핑능력과 학습능력이 탁월하기 때문에 제어기로 많이 사용되며 특히 전향경로 신경망은 구조가 매우 간단하기 때문에 본 논문에서는 이를 이용하여 유도전동기의 속도제어 시스템에 사용하였다. 신경회로망의 입력으로는 모터의 기준속도, 엔코더를 이용하여 측정한 모터의 실제 속도와 제어입력 전류를 이용하였고, 온라인 상태로 학습되도록 하였다. 본 논문에서 제안된 알고리즘의 타당성을 보이기 위해 기존에 널리 사용되었던 PI제어기와 비교평가를 하였으며 시뮬레이션과 실험결과로부터 초기 운전 상태에서는 PD제어기가 주로 제어를 담당하지만 시간이 지남에 따라 신경회로망이 학습되어 신경회로망이 주 제어기가 됨을 확인하였다. 아울러, 제안된 제어기가 PI 제어기보다 우수하고 특히 부하변동과 같은 외란에 강인함을 알 수 있었으며, 정상상태 오차가 현저히 감소하여 정밀한 속도제어가 가능함을 확인하였다. A PID control is widely used in a lot of application fields because of its simplicity, easiness of implementation and rapid response. But if the system parameters are changed, the gains also should be rearranged adequately according as the changes and when external circumstances such as a load variation are changed, we could not expect the control performance we satisfy with. For theses problems, the Neural Network that learn variation of systems's parameters and adopt system change superiorly is needed. This paper presents the implementation of the speed control system for 3 phase induction motor using PD controller and neural networks. The PD controller is used to control the motor at starting and to train neural networks at the first time. A Neural network is widely used as controller because of a nonlinear mapping capability and we used feedforward neural networks in order to simply design the speed control system of the 3 phase induction motor. The Neural network is tuned online using the speed reference, actual speed measured from an encoder and control input current to motor. To show the superiority of PD-Neural network controller, PD controller and neural networks are applied to the speed control system for 3 phase induction motor, and are compared with PI controller through computer simulation and experiment respectively. The results are illustrated that the output of PD controller is decreased and feedforward neural networks act main controller, and the proposed controllers show better performance than the PI controller in abrupt load variation and the precise control is possible because the steady state error can be minimized by training neural networks.

퍼지제어기를 이용한 유압시스템의 스위칭 제어

양경춘 울산대학교 대학원 2000 국내석사

본 논문은 관성부하가 급격하게 변하는 시스템에 적용 가능한 제어기의 제안과 실험을 통한 검증을 목적으로 한다. 그러한 시스템의 예로 유압모터의 축에 질량을 부가시켜 관성을 변화시키는 시스템을 선택하였다. 이와 같은 경우의 유압시스템은 비선형성이 강하여 고정도의 위치제어가 어렵다. 뿐만 아니라, 관성영역이 넓은 시스템은 사용되어지는 입력값의 영역도 넓다. 그래서, 본 논문에서는 퍼지 제어기와 LVQNN(Learning Vector Quantization Neural Network)을 함께 사용하여 광범위한 영역에서도 고정도의 제어가 될 수 있는 제어기를 제안한다. 본 논문에 사용되어진 퍼지 제어기는 일반적으로 사용하고 있는 퍼지 제어기와는 달리 오차와 오차변화율을 바로 사용하지 않고 SPR(Strictly Positive Real)전달함수를 가진 변수를 퍼지제어기의 입력변수로 사용한다. 이 제어기는 일반 퍼지 제어기보다 궤적 추적성능이 우수함을 보였다. 그리고 관성부하의 변화를 인식하기 위해 감독기(Supervisor)로 LVQNN을 사용하였다. 그리고, 여기서 인식한 결과를 바탕으로 시스템에 알맞은 게인을 선택(Switching)하여 제안한 퍼지 제어기로 유압모터의 위치를 제어한다. 본 논문에서 제안한 제어기를 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증한 결과, 이미 사용되고 있는 일반적인 제어기 보다 오차수정 및 응답속도의 성능이 우수함을 보였다. In this paper, a switching control using multiple gains in the fuzzy rule is newly proposed for an abruptly changing hydraulic servo system. The proposed scheme employs fuzzy control, where modified position errors and velocity errors are used as the input to the fuzzy controller instead of traditional position and velocity errors. And LVQNN(Learning Vector Quantization Neural Network)is also proposed as a switching controller which functions the supervisor of abruptly changing hydraulic system. Particularly, the proposed modified errors have the structure of strictly positive real transfer functions. The number of input and output variables to LVQNN is 6 and 1 and there is 7 competitive layers in the LVQNN. The LVQNN automatically recognizes the change of the inertia load attached to the hydraulic motor. Simulation and experimental studies have been carried out to validate and illustrate the proposed controller. The results of computer simulations and experiments for electro-hydraulic servo system show excellent trajectory tracking performance compared with that of a simple fuzzy controller.

네트워크 기반 전동기 구동시스템의 제어기 설계에 관한 연구

정의헌 울산대학교 2006 국내박사

최근 네트워크 및 제어기술의 비약적인 발전으로 제어시스템의 장치들이 공유 네트워크를 통해 연결되는 네트워크 기반 제어시스템에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있으며 산업현장의 크레인, 산업용 로봇 등과 같은 생산설비에 적용되고 있는 추세이다. 이러한 시스템의 장점은 종래의 점대점 연결방식을 적용한 시스템 에 비해 배선작업이 간단하고 구조변경 시 배선상의 유연성을 가지며 유지보수가 용이하다. 하지만 네트워크를 적용함으로써 발생되는 한정된 대역폭, 적용된 프로토콜에 따른 실시간 데이터 전송의 어려움 그리고 네트워크 유도지연 등으로 인해 시스템의 설계단계에서 고려해야 할 사항이 많고 명확한 설계사양 결정이 어려워진다. 이를 해결하기 위해 한정된 네트워크의 대역폭을 효율적으로 사용하고 데이터 전송의 실시간성을 보장하기 위한 스케줄링 알고리즘이 연구되고 있으며, 네트워크 유도지연을 보상할 수 있는 제어기 설계기법에 대한 연구가 이루어지고 있다. 본 논문에서는 산업현장의 생산설비에 흔히 사용되는 전동기 구동시스템에 네트워크가 적용될 경우 유도지연을 보상할 수 있는 제어기 설계기법에 대해 논하 였다. 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 첫째, 공유 네트워크로 IEEE802.3 CSMA/CD 프로토콜과 유사한 CAN(Controller Area Network)을 적용하였고 제어 시스템에 적합한 동적 스케줄링 알고리즘으로는 기 제안된 MEF-TOD(Maximum-Error First-Try Once Discard)Rule을 사용하였다. 둘째, 제어대상이 선형인 경우 시변 네트워크 유도지연을 보상할 수 있는 선형행렬부등식(LMI: Linear Matrix Inequality)기반 상태궤환 안정화 기법을 제안하였다. 이를 바탕으로 실제 시스템에 쉽게 적용할 수 있는 출력궤환 제어기 설계기법을 제안하고 타당성을 검증하기 위해 네트워크 기반 직류전동기 구동시스템의 시간지연을 보상할 수 있는 제어기를 설계하고 시뮬레이션 및 실험을 수행하였다. 셋째, 입.출력 선형화 기법을 적용하여 제어대상이 비선형인 네트워크 기반 유도전동기 구동시스템의 시간지연을 보상할 수 있는 제어기 설계기법을 제안하고 타당성을 검증하기 위해 시뮬레이션을 수행하였다. In the NCS (Networked Control Systems) whose control loops are closed through the serial communication channel, most important issue which should be overcome from the point of controller design is network-induced time delay. This paper focuses on controller design for networked motor-drive systems. Especially, DC motor and Induction motor drive systems are considered. The CAN (Controller Area Network) which is similar to IEEE802.3 CSMA/CD protocol is considered as shared network for networked DC motor-drive systems. In order to compensate the network-induced time delay, LMI (Linear Matrix Inequality) based SFST (State Feedback Stabilization Technique) is proposed for NCS with time-varying delay. And also, the output feedback controller design technique which is based on SFST is proposed for networked DC motor-drive system. Simulation and experimental results are given to verify the controller design technique. The LMI based state feedback controller designed method is proposed for networked induction motor-drive system which is basically controlled by FOC (Field Oriented Control) and input-output linearizing technique to compensate the network-induced time delay (fixed value).

제어기 교체문제 해법과 그 응용에 대한 연구

김태신 인하대학교 대학원 2010 국내박사

비선형성이 큰 플랜트를 제어하는 경우에 하나의 선형제어기만으로 모든 동작영역을 다룰 수 없기 때문에 동작영역에 따라 대응하는 제어기를 설계하고 동작영역이 뀌면 제어기를 교체하는 방식으로 제어하게 된다. 그런데 플랜트의 동작영역이 바뀔 때에 아무런 대책 없이 제어기를 교체하면 제어기 출력의 갑작스러운 변화에 의해 충돌(bump)현상이 야기되어 제어성능과 안정성에 부정적 영향을 미치는 문제가 생한다. PID제어기와 같은 고전제어기법의 경우 이러한 충돌문제는 이득계획(gain cheduling)기법에 의해 해결할 수 있으나, 현대제어기법에서는 이 방법을 적용하기가 적절하다. 따라서 이 논문에서는 현대제어기법을 사용할 경우에 제어기 교체시 발생할 수 있는 ‘충돌(bump)’문제를 해결하는 무충돌전환 기법을 제안한다. 이 논문에서는 우선 현대 선형제어기법 중에 가장 일반적인 LQ제어기를 위한 무충돌전환 기법을 제안하고, 이를 확장하여 누적방지를 포함한 일반적인 선형제어기를 한 무충돌전환 기법을 제안한다. 또한 입력불일치가 제어기 교체시의 충돌을 야기하는 경우에 이를 해결할 수 있는 기법을 제안한다. 그리고 이렇게 제안된 기법들과 개념을 응용하여 넓은 동작영역에서의 제어기 교체 알고리즘과 새로운 누적방지 법을 제안하고, 제안된 제어기 교체문제 해법을 응용할 수 있는 연구분야에 대해 제시한다. 끝으로, 제안된 기법들에 대해 모의실험과 수치예제 및 적용실험을 통해 그 용성을 확인하고 타당성을 예시한다. 이 논문에서 제안된 무충돌전환 기법들은 기존의 기법에 비해 충돌현상을 직접적으로 다루기 때문에 불안정한 플랜트에 대해서도 적용할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한 간단한 정적 되먹임 이득행렬(static feedback gain matrix)을 통해 무충돌전환을 이룰 수 있을 뿐만 아니라 오프라인 제어루프의 안정성을 보장한다. 아울러 충돌의 크기를 조절하기 용이한 체계적인 최적설계기법을 제공한다. 또한 동작점을 고려한 다양한 누적방지 선형제어기에 대한 무충돌전환 기법들을 제시함으로써 폭넓은 적용이 가능하다. Controlling plants with highly nonlinearities, each controller is designed and switched corresponding to each operating region because a single linear controller is not able to cover the overall operating range for the nonlinear plants. By the way, in case the operating region changes, if the controller is switched without any preparation for the change, the abrupt variation of the controller output will happen, which is called ‘the bump phenomenon,’ and cause a bad effect on the control performance and the stability. In classic control methods such as the PID controller, this problem is usually solved by using the gain scheduling technique. However, this method is improper in case of the modern linear control method. Therefore, in order to overcome this limitation, this thesis proposes some bumpless transfer methods so that they can prevent the bump. Firstly, in this thesis, a bumpless transfer method is proposed for the LQ controller which is the most general modern linear control method and this concept is to be extended to a method for the general linear controller including the anti-windup. In addition, this thesis proposes a method to solve the problem which happens in case that, on the controller switching time, any discrepancy between two controller inputs is transferred directly to the controller output. And via applications of these proposed methods and their concepts, this thesis also proposes a controller switching algorithm for the wide operating range and a new anti-windup method, and introduces their application research areas. Finally, this thesis suggests the usefulness of the proposed methods via simulations and numerical examples and exemplifies the validity of them by some experiments. The bumpless transfer methods proposed in this thesis have a merit to be applied to the unstable plant because the proposed method directly deals with bump phenomenon in contrast to existing methods. It is also noted that the bumpless transfer and stability of an off-line controller loop are ensured by a simple static feedback matrix. And a systematic optimization design method is to be proposed to make bump tuned easily. Furthermore, because the proposed bumpless transfer methods can cover the various anti-windup linear controllers accounting for their operating points, they can have wide applications to real control problems.

Rod Balancing System을 위한 GA기반 PID제어기 설계에 관한 연구

安正勳 청주대학교 2003 국내석사

본 논문에서는 2차원 Rod Balancing System을 제작하고, 이의 제어를 위한 제어기 구성에 관해 연구했다. 2차원 Rod Balancing System은 X-Y Table로 구성되는데, X축 Cart 및 Y축 Cart는 두 대의 DC Geared 모터에 의해 각각 타이밍 벨트를 통해 구동되어 Rod의 경사 각도를 일정하게 유지하면서 원하는 목표 좌표로의 위치제어가 가능하게 된다. 제어시스템에 있어서, 제어목표는 어떠한 외란이 가해지는 경우에도 Rod를 항상 수직상태로 유지할 뿐만 아니라, 원하는 위치로 짧은 시간 내에 이동시키는 것이다. 제어신호는 X축 및 Y축 Cart의 구동용 모터에 가해지는 전압이며, 제어변수는 Rod의 수직선과의 경사각도 및 X-Y축 상에서의 Driving Cart의 위치이다. 2차원 Rod Balancing System은 비선형 동특성을 가지며 또한 X-Y축이 연동이 되어서 움직이기 때문에 수학모델을 정확히 구하기가 어렵기 때문에 개별 단일 축 수학모델을 구하였고, 비교적 구조가 단순하여 구현이 용이하고 제어 특성도 우수한 각각의 PID제어기를 설계하였다. 이 PID제어기는 일반적으로 해석적인 방법에 의해 P, I, D계수를 설정하나 제어대상 플랜트의 정확한 수학적 모델이 없는 경우, 전문가의 경험에 의하여 P, I, D계수를 설정해야 하므로 일반인들이 제어기를 조작하기에는 어려운 점들이 있다. 본 논문에서는 이러한 문제점들을 해결하기 위한 방법으로 생물의 유전자 진화론에 근거한 확률적인 최적치 탐색기법인 유전자 알고리즘(Genetic Algorithm, GA)을 이용한 P, I, D계수 조정기법을 제시하였다. GA에 의해 구해진 P, I, D계수를 이용하여 PID제어기를 구성하였다. 이 PID제어기를 Rod Balancing System에 적용하여, 시뮬레이션과 실험을 통하여 GA의 타당성 및 우수성을 입증하고자 하고, GA에 의한 P, I, D계수 탐색기법의 유효성을 확인하고자 한다. In this paper we have fabricated the two-dimensional Rod Balancing System which expands conventional one-dimensional inverted pendulum control system and designed its controller. The X-axis cart and Y-axis bar of the Rod Balancing System, which is composed of X-Y table, are actuated through timing belt by each of two geared DC motors, and the rod mounted on a X-axis cart can be brought to the desired position and maintained in a vertical position by motor control. The tension of timing belt is controlled by pulley and DC motors are actuated by the drive circuit based on PWM(pulse width modulation) method. A personal computer is used for the controller of Rod Balancing System and real-time data processing. As mentioned above, the purpose of the control system is that the rod is always kept to a vertical position to any disturbance and is moved to the desired position quickly. The control input signals of the system are forces applied to X-axis driving cart and Y-axis bar and the controlled variables are the tilt angles of rod to vertical line and the driving cart position on X-Y axes. Because the Rod Balancing System has generally nonlinear dynamic characteristics and X-axis and Y-axis move together, it is very difficult to find its appropriate controller as well as its exact mathematical model. We use to a GA(Genetic Algorithm) based PID controller for control of the Rod Balancing System. This PID controller requires the determination of P, I, D parameters, but it is difficult to select the best parameters without exact mathematical model of controlled plant. In order to solve this problem, GA is used for tuning P, I, D parameters. GA is one of intelligent searching method to design a optimal PID controller. The usefulness of the proposed GA based P, I, D coefficients search technique is verified through the experiments and computer simulations.

AC-DC 전력변환장치의 피드포워드 전압 제어기 설계 기법

임재욱 한국교통대학교 일반대학원 2019 국내석사

본 논문에서는 부하 변동에 강인한 전력변환장치의 전압 제어기 설계기법을 제안한다. AC-DC 전력변환장치는 커패시터 전압과 인덕터 전류를 제어하여 부하에 안정적인 전기 에너지를 공급해야한다. 기존의 전력변환장치는 부하 전류, 입력 전압과 커패시터 전류의 관계를 고려하지 않고 부하의 파라미터를 고정하여 전압제어기를 설계하였다. 하지만 부하의 양이 일정하지 않고 변동되는 시스템에 적용하는 경우, 부하 변동이 발생할 때마다 출력 전압의 과도현상이 나타나게 된다. 이러한 과도현상은 전압의 급격한 상승이나 하강으로 나타나 반도체 스위치와 부하에 악영향을 끼친다. 본 논문에서는 이러한 문제를 해결하기 위한 전압 제어기 설계 기법을 제안한다. 단상 PFC 부스트 컨버터와 3상 PWM 인버터를 각각 모델링하고 각 회로의 커패시터 전류방정식을 통해 과도현상의 원인을 파악한다. 모델링을 통한 분석을 기반으로 피드포워드 보상기를 설계하여 과도현상의 원인을 제거하는 전압 제어기 설계 기법을 제안한다. 단상 PFC 부스트 컨버터의 경우, 부하 전류와 입력 전압 변동이 출력 전압의 과도현상을 유발하기 때문에 이를 피드포워드 보상하여 부하 변동에 강인한 제어기를 설계하였다. 마이크로 그리드 인버터의 경우, 모드 전환 과정에서 전압제어기가 투입되면서 출력 전압과 부하 성분을 전압제어기가 모두 담당하게 되어 출력 전압의 변동이 발생한다. 따라서 부하전류를 피드포워드 보상기가 담당하도록 제어기를 설계하여 모드 변환 시 과도현상 없이 부드러운 모드 전환을 할 수 있는 알고리즘을 제안하였다. 제안하는 피드포워드 제어기는 PSIM을 통한 모의해석과 실험을 통해 그 효과를 입증하였다. In this paper, we propose a voltage controller design technique for a power converter that is robust to load variations. AC-DC power converters must provide stable electrical energy to the load by controlling capacitor voltage and inductor current. In the conventional power converter, the voltage controller is designed by fixing the parameters of the load without considering the relationship between the load current, input voltage and capacitor current. However, when applied to a system in which the amount of load is not constant and fluctuates, a transient phenomenon of the output voltage occurs every time a load fluctuation occurs. This transient phenomenon appears as a sudden rise or fall of the voltage, which has a problem of adversely affecting the semiconductor switch and the load. In this paper, to solve these problems, we model the single-phase PFC boost converter and the three-phase PWM inverter, respectively. The cause of the transient phenomenon is identified through the current equation of the capacitor of each circuit. We design a feedforward compensator based on analysis through modeling, and propose a voltage controller design technique that can eliminate the cause of transient phenomena. In the case of a single phase PFC boost converter, the load current and input voltage fluctuations cause the transient of the output voltage. In the case of the microgrid inverter, the output voltage fluctuates during the process of switching the output voltage and the load component of the voltage controller while the voltage controller is turned on during the mode switching process. Therefore, a controller is designed so that the feedforward compensator is responsible for the load current. The proposed feedforward controller proved its effectiveness through PSIM simulation and experiments.

CTRNN모델 기반 인공신경망을 이용한 적응형 PI제어기 설계

김현웅 강원대학교 2015 국내석사

전동기를 사용하는 산업현장에서는 구조가 간단하고 특성이 강인한 PI제어기가 필수적으로 요구된다. 제어기의 성능은 전체 시스템에 속도 및 위치제어 성능과 함께 소음, 진동에도 큰 영향을 미치기에 제어기의 성능을 향상시키기 위해 많은 연구가 진행되고 있으며 강인한 제어기를 설계하기 위하여 외란 발생시 신경망을 이용한 방법 또한 연구되고 있다. 기존의 신경망 제어기에 이용되고 있는 역전파 알고리즘은 여러 분야에서 응용되고 있지만 신경망의 입력층, 은닉층 그리고 출력층의 뉴런수가 증가하면 학습과정의 연산속도가 늦어지고, 부분 최소점에 빠질 수 있고, 연결강도의 초기치나 학습율에 민감하게 반응하며 그리고 주어진 입력과 출력 데이터를 기본으로 학습하기 때문에 새로운 입력 데이터에 대해서 정밀성을 보장할 수 없는 문제점이 있다. 제안되는 모델은 전동기에서 발생하는 외란에 의한 편차를 학습하여 상황에 따라 PI gain값을 변화시켜 PI제어기에 적용한다. 효과적으로 적용되는지 확인하기 위해 부하율 및 속도를 변화시키며 CTRNN PI제어기를 시뮬레이션 및 실험을 통해 제시한 방법의 타당성을 검증하였다. In industrial applications that use the electric motor is simple and robust structure PI controller is a necessity. Performance of the controller is much research is in progress to improve the performance of the controller to exert a great impact on the speed, position control, noise and vibration in the overall system and method using a disturbance occurs when a neural network in order to design a robust controller also study there. Backpropagation algorithm, which is used in conventional neural network controller and application in many areas, but when the number of neurons in the input layer, hidden layer and output layer of the neural network increases the processing speed of the learning process is slower, it can fall into at least part of that, the initial value or sensitive to the learning rate of connection strength and the problem can not be guaranteed and the precision for the new input data because it learns the input and output data to a given base. The suggested model to learning the variation occurring in the motor by varying the PI gain value is applied to the PI control according to the situation. By varying the load and the speed it was to validate a method suggested by simulation and experiment to CTRNN PI controller.

개방형 소프트웨어기반 다중 로봇 제어기 설계 및 구현

남경태 성균관대학교 일반대학원 2019 국내박사

전 세계적으로 불고 있는 4차 산업혁명의 제조혁신 변화는 스마트공장이라는 지능화된 제조현장을 지향하고 있고 그 중심에 제조로봇의 스마트화가 자리 잡고 있다. 제조로봇의 스마트화는 곧 로봇 제어기의 스마트화로 연결된다. 기존의 제조용 로봇 제어기는 로봇제조 기업이 자체 기술로 자사의 제품만 사용하여 외부에는 노출이 되지 않게 폐쇄적으로 운영되었으며, 기술적으로 일반적인 임베디드시스템과 마찬가지로 특정 실시간 모션제어 성능만 달성하는 것에 초점이 맞춰진 소프트웨어 구조를 갖고 있었다. 하지만 최근 고령화와 노동인구감소 그리고 최저임금상승 등으로 노동시장이 급격히 위축되면서, 제조로봇의 수요가 급증하게 되었다. 따라서 다양한 제조 로봇플랫폼으로 다양한 공정서비스에 로봇을 투입하게 되었고, 이로 인해 개방형구조, 재사용성, 재조합, 유연성, 사용자 편의성 등의 특성을 갖는 컴포넌트기반 개방형 소프트웨어 로봇제어기의 기술 개발 수요도 증가하게 되었다. 과거 컴포넌트기반 소프트웨어 로봇플랫폼은 서비스 로봇을 대상으로 센서, 통신, 모터 드라이버 등 여러 종류의 디바이스와 다양한 서비스를 제공하기 위해 연구되어 왔지만, 소프트웨어 구조상 아직 제조로봇이 기본적으로 요구하는 실시간 제어성을 보장하지 못하는 실정이다. 본 논문은 여러 대의 제조로봇과 주변장치로 구성된 로봇셀 공정을 하나의 제어기로 통합 연동하여 실시간으로 제어 할 수 있는 컴포넌트구조의 소프트웨어 로봇 제어기를 설계하고 구현하는 것을 목적으로 한다. 제어기 내부구조의 하위 모션네트워크 계층은 실시간 모터 제어 주기와 개방형 구조를 갖는 이더넷기반 고속 모션네트워크인 EtherCAT을 기반으로 설계하였다. 그리고 중간 로봇 컴포넌트 계층은 PLC 국제 표준 규격인 PLCopen기반으로 로봇모션 컴포넌트를 설계하여 로봇 뿐만 아니라 주변장치를 동시에 제어할 수 있도록 하였다. 상위 다중 로봇 운영계층은 여러 대의 이종 로봇을 운영하기 위해 모터 축과 로봇을 각각 개체로 정의하고 로봇 개체 단위로 로봇언어, 공유메모리 관리, 내부통신구조 등을 설계하였다. 또한 전체 시스템의 실시간 제어 성능을 갖도록 하기 위하여 모션네트워크 계층과 로봇 모션 컴포넌트 계층의 태스크는 실시간성에 대한 최우선 순위를 부여하였고 비실시간성을 갖는 다중 로봇 운영계층과는 분리하여 내부통신과 공유메모리로 상호 정보교환을 할 수 있도록 하였다. 이렇게 설계된 개방형 소프트웨어기반 다중 로봇제어기는 팔레타이징용 4축 수직다관절로봇, 고속 핸들링용 병렬로봇, 컨베이어, 비젼시스템 등으로 구성된 식음료 다중로봇 포장공정 데모시스템에 적용하여 0.5ms이하의 실시간 제어성능을 검증하였다.

Decentralized Formation Flight Control Design and Implementation

마하무드 알샤드 경상대학교 대학원 2015 국내박사

한 대의 값비싼 항공기가 할 수 없는 일들이 종종 발생한다. 하지만 여러 대의 값싼 항공기들의 협업을 통해 한 대의 값비싼 항공기가 할 수 없는 많은 일들이 가능해질 수 있다. 다만, 한 가지 좋지 않은 소식은 항공기들의 협업은 기존에 없던 수많은 제어 문제들을 야기한다는 사실이다. 이 논문은 다수의 항공기들을 제어함에 있어 발생하는 많은 문제들 중 군집비행제어기 설계에 대한 것이다. 군집비행제어기 설계에는 크게 두 가지 방법(중앙집중형과 분산형)이 있다. 비록 중앙집중형 방법이 몇 가지 장점이 있다하더라도, 이 방법은 항공기들 간 정보를 주고 받는 구조가 강건하지 않다. 이 구조는 네트워크 상의 모든 정보가 한 대의 중앙항공기로 집중되어 처리되기 때문에 이 중앙항공기가 오작동하는 순간 전체적인 군집비행제어가 실패하기 때문이다. 따라서, 본 논문은 중앙집중형이 아닌 분산형 군집제어기 설계기법을 중점적으로 연구한다. 첫째로 선형시스템으로 표현되는 다수의 항공기들의 군집비행제어기 설계기법을 다룬다. 여기서는 군집비행 시 발생하는 여러 실제적인 문제들(충돌회피, 시간지연 등)은 고려하지 않는다. 이 첫번째 군집비행제어를 위해 먼저 항공기들 사이의 통신구조(네트워크 토폴로지)를 항공기간 상대거리를 기반으로한 그래프이론의 라플라시안으로 정의하고, 이 라플라시안을 직접적으로 사용한 군집비행제어기를 설계한다. 이 군집비행제어기 설계변수 중의 일부는 선형행렬부등식을 풀어 구하게 되고, 이렇게 설계된 제어기는 군집비행의 안정성을 이론적 및 수치적으로 보장하며 원하는 군집형태로의 전환을 가능하게 한다. 이 첫번째 제어기는 여러가지 형태로 발전될 수 있는데, 먼저 피드백 선형화를 통해 비선형 항공기(쿼드콥터 등)들의 군집비행에 적용된다. 이 적용법은 기존의 적용법들에 비해 상대적으로 단순해 적은 제어입력과 계산량이 요구된다. 본 논문은 기존의 적용법과 실제 수치적인 비교를 통해 본 적용법의 실용성을 입증했다. 첫번째 제어기의 또 다른 발전된 형태는 (비선형)항공기 네트워크 상에 리더가 존재하는 경우의 군집비행제어이다. 여기서 리더는 타 항공기들의 영향을 받지 않고 자신이 스스로 만들어내는 항로를 따라 비행하는 항공기를 말하며, 이러한 상황에서의 군집비행제어라함은 타 항공기들이 일정한 군집형태를 이루며 이 리더 항공기를 따라가게 하는 것을 의미한다. 본 논문에서는 이러한 형태의 군집비행제어 역시 가능함을 보인다. 최초 제안된 군집비행제어기는 실제적으로 중요한 충돌회피를 고려한 군집비행도 가능하도록 발전된다. 이를 위해 에지-텐션(edge-tension) 함수가 정의되고, 이를 이용해 최초 제어기에 사용된 라프라시안과 유사한 행렬의 각 요소를 직접적으로 변화시키면서 군집비행제어를 수행한다. 기존의 잠재 함수(potential function)가 아닌 본 논문에서 제안한 에지-텐션 함수를 이용하여, 최초 제안된 군집비행제어기에 충돌회피를 위한 제어입력을 더하는 단순한 형태의 제어를 통해 잠재 함수를 충돌회피에 적용하면서 통상적으로 발생되는 문제들도 동시에 해결한다. 이 충돌회피를 고려한 군집비행제어기는 리더가 있는 항공기 네트워크에도 성공적으로 적용되었다. 다양한 군집비행 시나리오에 대한 제어기설계 예제들과 더불어, 설계된 제어기를 실제 쿼드콥터의 군집비행에 적용한 사례도 보임으로서, 본 논문에서 제안한 군집비행제어기들의 실용적 가치를 입증하였다. 마지막으로, 본 논문은 논문에서 수행한 연구들에 대한 몇 가지 의견과 향후 발전 방향을 제시하였다.

개별이동평균법을 적용한 퍼지제어기의 응답에 관한연구

황종덕 부경대학교 산업대학원 2009 국내석사

속도제어를 위하여는 PID 제어기의 이득을 시스템 변화에 따라 조정하는 Adaptive Control 방법이 적용하고 있으나 알고리즘의 복잡성 및 여러 가지 이유로 인하여 실제로 원활한 제어기를 구현하기가 힘든 단점을 가지고 있다. 또한 비선형제어 방법으로 가변구조제어(Variable Structure Control)방법이 사용되고 있으나 Sliding 평면에서 고속 모델링이 무시되었던 고주파 동특성을 야기 시킬 수 있는 문제점을 가지고 있어 이러한 문제점을 해결하기 위하여 PI제어기와 퍼지제어기를 이용하여 보다 나은 제어기를 적용하여 고효율 속도제어를 구현하고자 하며 실험을 통한 퍼지제어 기의 특성이 우수함을 나타내고자 한다. PID control has been used for Torque, Speed control and stability and the same character of DC Motor has been researched on actively for the stable driving and the correct speed control. This study shows the possibility of the high efficient speed control with fuzzy controller using individual moving mean method for the strong control and the stable speed control by research.