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Integrator-augmented terminal sliding mode control for second order system
진병연 Garduate School, Korea University 2019 국내석사
Robust Control is a design method of a controller that deals with uncertainties. Sliding Mode Control (SMC), one of robust control, is a control method by designing input signal to be switched on the sliding surface set in the state space. So, robustness and stability are ensured through a sliding mode in which the state trajectory of the system to be controlled moves along the plane. SMC is robust to uncertainties in the control model and has the advantage of being unaffected by disturbances. Based on this, the Terminal Sliding Mode Control (TSMC) is designed to ensure that the error converges to 0 within a finite time to be applied to the actual systems. However, TSMC may cause chattering phenomenon in the input signal as in the SMC, which may damage the actuators or cause incorrect control. In this paper, I propose extended-order terminal sliding surface for the control input with the elimination of the chattering by arranging the integrator in front of the control target. Also, the proposed method is verified for chattering reduction by MATLAB simulation and experiment on DC motor system. 강인제어는 불확실성을 다루는 제어기의 설계 기법이다. 이 중 슬라이딩 모드 제어 (SMC, Sliding Mode Control)는 상태 공간 내에 설정한 슬라이딩 평면 (sliding surface)을 기준으로 스위칭 되도록 입력 신호를 설계하여 제어 대상이 되는 시스템의 상태 궤적이 이 평면을 따라 이동하는 슬라이딩 모드에 있게 함으로써 안정시키는 제어 기법이다. 슬라이딩 모드 제어는 제어 모델에 대한 불확실성에 강인하고 외란에 영향을 받지 않는 장점을 가진다. 이를 토대로 실제 시스템에 적용하기 위해 유한한 시간 내에 오차가 0으로 수렴할 수 있게 보장되도록 설계한 것이 터미널 슬라이딩 모드 제어 (TSMC, Terminal Sliding Mode Control)이다. 하지만 터미널 슬라이딩 모드 제어도 슬라이딩 모드 제어와 마찬가지로 입력 신호에 고주파 형태의 떨림 현상 (chattering phenomenon)이 발생하여 액츄에이터를 손상시키거나 부정확한 제어를 초래할 수 있다. 앞선 연구에서 터미널 슬라이딩 모드 제어의 수렴 시간을 결정하는 멱함수 (power function)의 지수 범위를 실수로 넓히는 확장된 터미널 슬라이딩 모드 제어 (ETSMC, Extended Terminal Sliding Mode Control)가 제안되었다. 본 논문에서는 확장된 터미널 슬라이딩 모드 제어에서 제어 대상 (plant)의 앞에 적분기를 배치하여 떨림 현상이 제거된 제어 입력이 만들어지도록 하고 이를 위해 차수가 확장된 슬라이딩 평면을 제안한다. 또한 떨림 현상이 제거되지 않은 기존의 ETSMC와 SMC의 떨림 현상을 감소시키기 위해 보편적으로 사용되었던 포화함수를 이용한 ETSMC, 그리고 제안된 방법으로 떨림을 제거한 ETSMC의 이 3가지에 대한 시뮬레이션과 DC모터에 적용한 실험 결과를 비교하고 제안된 방법의 효과를 검증하였다.
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