On-Off 형태의 LQG 알고리즘을 이용한 복합제어 시스템

정형조,윤우현,이인원,박규식,Jung Hyung-Jo,Yoon Woo-Hyun,Lee In-Won,Park Kyu-Sik 한국전산구조공학회 2005 한국전산구조공학회논문집 Vol.18 No.3

This paper presents a hybrid control system combining lead rubber bearings and hydraulic actuators for seismic response control of a cable stayed bridge. Because multiple control devices are operating, a hybrid control system could improve the control performances. However, the overall system robustness may be impacted negatively by additional active control devices. Therefore, a secondary on-off type controller according to the responses of lead rubber bearings is combined with LQG algorithm to improve the controller robustness. Numerical simulation results show that control performances of the hybrid system controlled by an on off type LQG algorithm are improved compared to those of the passive and active control systems and are similar to those of performance oriented hybrid system controlled by a LQG algorithm with the similar peak and normed control forces. Furthermore, it is verified that the hybrid system with an on-off type LQG controller is more robust for stiffness matrix perturbation than conventional hybrid control of system, and there are no signs of instability in the overall system. The proposed control system also maintains the control performance under not only the design earthquakes but also the other earthquakes. Therefore, the hybrid control system using on-off type LQG algorithm could be proposed as an improved control strategy for seismically excited cable-stayed bridges containing many uncertainties. 본 논문에서는 지진하중을 받는 사장교에 납고무받침과 유압식 가력기를 결합한 복합제어 시스템을 적용하였다. 복합제어 시스템은 다중의 제어장치로 인해 제어성능의 향상을 기대할 수 있지만 추가적으로 사용되는 능동제어 장치로 인하여 전체 제어시스템의 강인성이 저하될 수 있다. 따라서 본 연구에서는 복합제어 시스템의 강인성을 향상시키기 위해 기존의 LQG 알고리즘에 납고무받침의 응답에 따른 on-off 형태의 알고리즘을 결합하였다. 수치해석 결과 on-off 형태의 LQG 알고리즘을 사용한 복합제어 시스템은 납고무받침을 사용할 수동제어 시스템이나 유압식 가력기만을 사용한 능동제어 시스템과 비슷한 최대제어력이나 평균제어력을 사용하면서 제어성능이 향상되었으며, 기존의 성능에 초점을 둔 LQG 알고리즘만을 사용한 복합제어 시스템과 유사한 제어성능을 나타냈다. 또한 제안된 제어시스템은 구조물의 강성행렬에 교란이 있을 때 기존의 LQG 알고리즘만을 사용한 복합제어 시스템에 비해 강인성이 향상되었으며 교란된 시스템에 대해 불안정성을 보이지 않았다. 제안된 제어시스템은 설계지진뿐만 아니라 다른 입력지진에 대해서도 제어성능을 유지하였다. 따라서 On-Off 형태의 LQG 알고리즘을 사용한 복합제어 시스템은 불확실성이 많은 지진하중을 받는 사장교에 개선된 제어기법으로 제안될 수 있다.

다중 위상 처리구조를 갖는 온실 복합환경제어 알고리즘 설계

방대욱 서비스사이언스학회 2021 서비스연구 Vol.11 No.2

본 연구는 온실환경의 변화 정도에 따라 환경제어 구동기를 조합하고 제어할 수 있게 하는 다중 위상 처리구조를 갖는 온실 복합환경제어 알고리즘을 설계하고 검증한다. 복합환경제어 시스템은 온실 내외부에 설치된 센서들이 감지한 정보를 복합환경제어기가 분석하여 작물 생육 환경이 유지되도록 각종 구동기를 복합적으로 작동시키는 시스템이다. 복합환경제어기는 복합환경제어 알고리즘으로 제어를 지시하는데, 복합환경제어 알고리즘은 측정장치의 입력값, 구동장치의상태값, 초기 설정값 등으로 구동기 제어장치 운영에 필요한 결과값을 산출한다. 기존의 알고리즘들은 대부분 반복주기별로 구동기 제어장치들의 제어절차를 단일 위상에서 수행하는데, 산출값의 오차로 인해 온실환경에 이상변화를 일으킬 수있다. 제안한 알고리즘은 환경통제, 환경조절, 장치운영이라는 다중 위상에 제어절차를 분산하였다. 즉 매 반복주기 마다먼저 환경통제 위상에서 환경변화를 감지하고, 다음으로 환경조절 위상에서 해당 환경을 조절할 수 있는 구동기 제어장치들을 조합하며, 마지막으로 장치운영 위상에서 구동기 제어장치가 제어하는데 필요한 제어값을 산출한다. 제안한 알고리즘은 온실 환경요소와 구동기 제어장치 간의 관계를 분석한 결과를 기반으로 하여 설계되었다. 검증 분석에 의하면, 다중 위상 처리구조는 구동기 제어장치의 설정값을 수정 또는 보완할 수 있는 여지를 제공하고, 관련된 환경요소의 변화를한꺼번에 반영한 구동기 제어장치의 운영을 가능하게 한다. 또한 이 구조는 기존 조건 기반 복합환경제어 알고리즘 개선에 적용할 수 있어서 최적 온실환경 조성을 목표로 하는 복합환경제어 시스템의 개발에 기여할 것이다.

차세대 무선통신기반의 주기변동기반 신호제어 알고리즘 평가

정상문,송명균(Song, Myeong-Gyun),한동희(Han, Dong-Hui),이영인 대한교통학회 2006 대한교통학회 학술대회지 Vol.51 No.-

최근의 신호제어전략 분야의 연구는 교통수요를 실시간으로 예측하여 신호제어에 적용하려는 추세이다. 본 연구는 차세대 무선통신 기반의 Cycle Free 신호제어 알고리즘의 성능 및 효과를 다양한 방법으로 평가하였다. 평가 방법은 VISSIM의 VISVAP과 HILSS(Hardware-in-the Loop Simulation System)를 사용하여 신호제어 알고리즘에 대한 평가를 수행하였다. 비교대상으로는 정주기식 신호제어 방식(TOD)과 교통대응방식의 실시간신호제어방법인 Cycle Free 알고리즘을 선정하여 연구를 수행하였다. 평가결과 Cycle Free 신호제어 알고리즘은 교통상황에 따라서 비교대상 알고리즘보다 효과적이거나 유사한 결과를 산출하는 것으로 분석되었고, 평가방법에 따라 결과에 차이가 발생하는 것으로 분석되었다. 알고리즘의 효율성을 보다 향상시키기 위해서 차량의 지체를 산정하는 부분에서 다양한 방법과 접근법에 대한 추가적인 연구가 필요하며, 이에 따라 현재까지 구축되어 있는 알고리즘을 지속적인 개선이 필요할 것으로 판단된다. 미지막으로 교통시뮬레이터를 이용한 모의실험에 의한 평가의 경우 다양한 교통환경에서 심층적인 연구가 필요하다는 점을 감안할 때, 보다 세부적인 알고리즘의 평가 및 분석이 추가적으로 진행되어야 할 것이며, 향후에는 과포화 교통상황에서의 알고리즘의 대응력 및 신호제어의 적절성에 대한 연구가 추가적으로 진행되어야 한다.

유압변속시스템 기반 가동물체형 파력발전장치의 최대출력제어(MPPT) 알고리즘에 관한 연구

노찬(Roh Chan),박지용(Ji Yong Park),하윤진(Yoon-Jin Ha),천호정(Ho Jung Cheon),김경환(Kyong-Hwan Kim) 한국해양환경·에너지학회 2020 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2020 No.11

본 연구에서는 유압변속시스템 기반 가동물체형 파력발전장치의 최대출력제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘에 관한 연구를 진행하였다. 유압변속시스템을 이용한 동력전달장치(Power Take-Off, PTO)는 저속 고토크 제어가 가능하기 때문에 가동물체형 파력발전장치 PTO 시스템으로 이미 많이 사용되었다. 본 논문에서는 최대출력제어 알고리즘에 따른 유압시스템 기반 PTO 시스템에 대한 특성을 분석하고, 이를 기반으로 입력 파워 및 출력 파워 그리고 PTO 시스템 효율에 대한 분석을 진행하였다. 최대출력제어 알고리즘은 P&O 알고리즘 기반 속도제어 알고리즘과 최적 토크제어 알고리즘을 각각 적용하여 분석하였다. 본 연구 결과를 기반으로 향후 가동물체형 파력발전용 유압시스템 기반 PTO 시스템의 실해역 시험에 최대출력제어 알고리즘에 기초자료로 활용될 것이다. In this study, a study was conducted on the Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm of a movable object type wave energy converter based on a hydraulic transmission system. Power Take-Off (PTO) using a hydraulic transmission system is already widely used as a movable object type wave energy converter PTO system because it can control low-speed and high torque. In this paper, the characteristics of the hydraulic system-based PTO system according to the maximum power control algorithm were analyzed, and based on this, the input power, output power, and PTO system efficiency were analyzed. The maximum power control algorithm was analyzed by applying the P&O algorithm-based speed control algorithm and the optimal torque control algorithm, respectively. Based on the results of this study, it will be used as basic data for the maximum power control algorithm in the actual sea area test of the PTO system based on the hydraulic system for wave power generation in the future.

이공학편 : 이산시간 시스템에서 경로점 추정기법을 적용한 비선형 최적제어 알고리즘

조동현 ( Dong Hyurn Cho ) 공군사관학교 2013 空士論文集 Vol.64 No.2

이 논문에서는 이산시간 시스템에서 비선형 최적제어기법 중 하나인 SBS(Successive Backward Sweep)알고리즘에 경로점 추정기법(Waypoints Scheme)을 결합하여 보다 안정적으로 수렴된 최적 해를 얻을 수 있는 비선형 최적제어 알고리즘을 제안하였다. 일반적으로 이산시간 시스템에서 최적 제어 알고리즘을 적용함으로써 적분기의 동특성과 이산화된 비선형 최적제어기법 사이의 불일치로 부터 발생하는 경계조건 오차를 감소시킬 수 있다. 그리고 최적제어기법 중 SBS 알고리즘이 쉽게 다른 알고리즘과 결합시켜 사용할 수 있다는 장점을 이용하여, 경로점 추정기법을 SBS 알고리즘에 적용하여 새로운 비선형 최적제어 알고리즘을 개발하였다. 경로점 추정기법을 통해 경로점들을 미리 생성한 후, 각 경로점 사이에서 SBS 알고리즘을 적용하기 때문에, 전체 시스템의 비선형성을 감소시키거나 장시간 시뮬레이션이 요구되는 최적제어 알고리즘에 보다 효율적으로 수렴된 최적해를 얻을 수 있다. 비선형성이 강하면서 장시간 시뮬레이션이 요구되는 Hypersensitive 최적제어 문제에 위 알고리즘을 적용함으로써 성능을 검증하였다. Generally, highly nonlinear optimal control problems posed over long time simulation are difficult to solved due to numerical sensitivity issues. However, Introduction of a waypoint scheme can reduce sensitivity by restricting the integration domain in each segment or stage and coupling of the discretization scheme to derivation the necessary conditions can reduce the terminal boundary error. I check the performance of this algorithm by simulating hypersensitive problem. Hypersensitive problem is difficult to solve by using a general optimal control algorithm because it involves a highly nonlinear system and a long time duration. The discretized SBS method with a waypoint scheme proves useful for solving this problem.

유압 PTO 기반 가동물체형 파력발전장치 최대출력제어 알고리즘 성능 비교

노찬(Chan Roh),하윤진(Yoon-Jin Ha),신승호(Seoung-Ho Shin),천호정(Ho-Jung Cheon),박지용(Ji Yong Park) 한국해양환경·에너지학회 2021 한국해양환경공학회 학술대회논문집 Vol.2021 No.10

본 연구에서는 유압 동력전달장치(Power Take-Off, PTO) 기반 가동물체형 파력발전장치의 최대출력제어(Maximum Power Point Tracking, MPPT) 알고리즘에 관한 기존 연구들의 출력 성능을 비교하였다. 유압 PTO는 저속 고토크 제어가 가능하기 때문에 가동물체형 파력발전장치의 PTO 시스템으로 이미 많이 사용되었다. 본 논문에서는 기존의 가동물체형 파력발전장치에 적용되었던 최대출력제어 알고리즘에 따른 출력 특성을 비교하고, 이를 기반으로 최적의 최대출력제어 알고리즘을 도출하였다. 최대출력제어 알고리즘은 Wavestar에 적용되었던 효율 기반 출력 성능과 속도제어 알고리즘, 토크제어 알고리즘 기반의 최대출력제어 알고리즘을 각각 적용하여 출력 성능을 분석하였다. 본 연구 결과를 기반으로 향후 가동물체형 파력발전용 유압시스템 기반 PTO 시스템의 실해역 시험에 최대출력제어 알고리즘에 기초자료로 활용될 것이다. In this study, the output performance of previous studies on the Maximum Power Point Tracking (MPPT) algorithm of a hydraulic power take-off (PTO)-based movable body type wave power generator was compared. Hydraulic PTO has already been widely used as a moving body type wave power plant PTO system because it can control low speed and high torque. In this paper, the output characteristics according to the maximum output control algorithm applied to the existing movable body type wave power generator were compared, and the optimal maximum output control algorithm was derived based on this. For the maximum output control algorithm, the output performance was analyzed by applying the efficiency-based output performance applied to Wavestar, the P&O algorithm-based speed control algorithm, and the optimal torque control algorithm, respectively. Based on the results of this study, it will be used as basic data for the maximum output control algorithm in the real sea area test of the hydraulic system-based PTO system for movable body type wave power generation in the future.

지능제어를 이용한 평면 여자유도 매니퓰레이터의 충돌제어에 관한 연구

유봉수(Bong Soo Yoo),구성완(Seongwan Koo),조중선(Joongseon Joh) 한국지능시스템학회 2008 한국지능시스템학회논문지 Vol.18 No.6

매니퓰레이터와 환경과의 충돌 시 충격량을 줄이기 위해서는 유효질량이 최소화되는 자세가 요구되므로, 자체운동(self motion)을 통하여 이러한 자세를 유지해야 한다. 이때 여유자유도를 분해하기 위하여 관절 토크 국소 최소화 알고리즘을 이용할 수 있다. 본 논문에서는 매니퓰레이터와 환경과의 충돌 시 충격 및 손상을 줄이기 위해 기구학적인 여자유도를 이용하여 관절토크를 최소화시킴과 동시에 충돌을 최소화시키는 새로운 제어 알고리즘을 제안한다. 이 알고리즘은 기존의 국소 토크 최소화 알고리즘과 국소 충돌 최소화 알고리즘에 퍼지 로직과 유전자 알고리즘을 적용시킨 것이다. 제안된 알고리즘은 3자유도 평면 여자유도 매니퓰레이터에 적용하였으며, 시뮬레이션 결과를 통하여 제안된 알고리즘의 타당성을 확인하였다. When the manipulator collides with surroundings, there occurs an impulse. To reduce the impulse, the self motion should maintain the manipulator's position by the minimally effective mass. At this time, we can use the local joint torque minimization algorithm to resolve the redundancy. In this study, to reduce the impulse and damages by the impact between the manipulator and surroundings, new control algorithm for the minimization of the joint torque using the kinetic redundancy and the impact minimization is proposed. It adapts fuzzy logic and genetic algorithm to the conventional local joint torque minimization algorithm. The proposed algorithm is applied to a 3-DOF redundant planar manipulator. Simulation results show that the proposed algorithm works well.

유전알고리즘을 이용한 비선형 시스템의 지능형 퍼지 제어기 설계

김문환(Moon Hwan Kim),주영훈(Young Hoon Joo),박진배(Jin Bae Park) 한국지능시스템학회 2004 한국지능시스템학회논문지 Vol.14 No.5

본 논문은 비선형 시스템의 새로운 퍼지 제어기 설계 기법을 제안한다. 기존의 퍼지 제어기 설계 방법들은 안정도 조건을 만족시키는 제어 이득을 얻기 위해 수학적인 접근을 통해 해를 찾는 방법들이 많이 연구되었다. 하지만 플랜트와 제어 방법에 따라 이러한 수학적인 접근이 힘든 경우가 있다. 본 논문에서는 이를 해결하기 위해 깊은 수학적인 접근이 아닌 지능적인 접근 방법을 사용하여 안정화된 퍼지 제어기의 설계하는 기법을 제안한다. 제안된 기법은 퍼지 제어기의 안정화 조건을 만족시키는 제어 이득을 전략 기반 유전 알고리즘을 사용하여 동정한다. 전략 기반 유전 알고리즘은 제어기의 안정화 조건을 만족시키는 해를 찾기 위해 전략적으로 교차와 돌연변이를 변화시킨다. 전력 기반 유전 알고리즘은 제어기의 안정화 조건을 만족시키는 해를 찾기 위해 전략적으로 교차와 돌연변이 영역을 변화시킴으로서 빠르게 해를 찾는다. 최종적으로 모의 실험을 통해 제안된 기법의 우수성을 확인하였다. This paper presents the new design method of fuzzy control system for nonlinear system. Many conventional design methods for fuzzy controller find the control gain for stabilizing fuzzy controller with some mathematical approaches. However, there exist some controllers which are hard to design with mathematical approach. In order to solve these problems, we propose the intelligent design method for fuzzy controller by using genetic algorithm with evolution strategy. The genetic algorithm with evolution strategy finds the control gain by changing the evolution region of chromosome. Finally, an application example of stabilizing a cart-pole typed inverted pendulum system will be given to show the stabilizability of the fuzzy controller.

유전 알고리즘을 이용한 정방 비결합 제어기의 H₂설계

이종성,김세찬 부천대학 2001 論文集 Vol.22 No.-

본 논문에서는 다변수 제어시스템 설계시 효과적인 제어를 어렵게 만드는 요인중의 하나인 입력과 출력의 결합문제를 해결하기위해서 각 채널의 출력변수는 대응되는 입력 신호에 의해서만 독립적으로 조정되도록하는 비결합제어기를 설계하였다. 설계된 제어기는 비결합 조건뿐만아니라 제어계의 성능을 동시에 고려한 수 있는 2자유도 구조를 가지고 있다. 또한 제어기의 계산을 용이하게 하기위해서 플랜트를 표준모델로 확장시킨 후 전달 행렬을 이용하여 상태공간계수로 표현하였다. 이 경우 비결합제어기의 자유매개변수를 구하는데 있어서 지능형탐색방법의 일종인 유전알고리즘을 적용하였다. 일반적으로 유전알고리즘을 특정한 문제에 적용할 경우 그 문제가 가지고 있는 최적화 특징을 잘 파악하여 이 것을 이용하는 것이 유전알고리즘 적용의 성공여부를 결정하는 중요한 요인이된다. 따라서 본 연구에서는 유전알고리즘을 이용하여 고정차수의 정방 비결합제어기의 H₂설계시 효율적인 방법을 제시하였다. In this paper, the genetic algorithm is used to design a fixed order square decoupling controllers based on the Two-Degree-of-Freedom standard model. The proposed controller considers both the performance of controller and decoupling properties. A minimal set of assumptions for existence of the decoupling controller formula is describde in the state-space formulas. It is verified by an example.

제어력 포화를 고려한 병진-비틀림 모드 연계 고층구조물의 진동제어

황재승,이상현,정란 한국풍공학회 2010 한국풍공학회지 Vol.14 No.3

풍하중을 받는 구조물은 해석의 편의상 층당 3개의 자유도를 가지는 해석모델을 사용한다. 구조물의 입면 형상이 비정형이 되고, 평면내 구조재의 배치가 층에 따라 변경이 되면 각층의 질량중심과 강성중심의 차이에 의해서 병진방향상호간 또는 병진방향과 비틀림 방향이 상호연관되어 이에 따른 각 방향의 고유모드가 연계된 진동특성을 가지게된다. 본 연구에서는 풍하중에 의한 구조물의 응답에 가장 큰 영향을 미치는 저차의 3개의 병진-비틀림 모드가 연계된 구조물의 진동을 저감하기위한 능동제어기법에 대하여 다룬다. 이를 위하여 풍동실험으로부터 구한 각 방향 밑면 전도모멘트와 비틀림모멘트가 연계모드에 작용하는 모달풍하중으로 치환된 운동방정식을 유도하고, 운동방정식에 기반한 상태방정식을 통하여 제어력을 산정한다. 제어력 포화를 고려하여 위상분할 제어알고리듬과 H∞ 제어알고리듬이 합성된 새로운 제어알고리듬을 제안하였으며, 풍동실험을 수행한바 있는 대상구조물에 대해 수치시뮬레이션을 수행한 결과 기존 제어알고리듬인 LQR에 비해 대등한 제어효과를 가지면서 제어력의 크기를 줄일 수 있는 것을 검증하였다. For the simplicity of analysis, tall building structures subject to wind load can be modeled with three degrees of freedom at each floor. The structure with irregular form in the shape and the distribution of structural elements has a difference between the center of the mass and rigidity, as a result, induce the complex vibration modes coupled with the lateral-torsional direction. In this study, an active vibration control technique is provided to control the vibration of lateral-torsionally coupled system with first three fundamental modes which govern the responses of structure under wind load. For this, an equation of motion with modal wind loads obtained from lateral overturning and torsional moment is derived, the control force is calculated based on the equation. Considering the saturation of control force, a new active control algorithm synthesized the H∞ control and phase division algorithm is proposed. Through the numerical analysis for the structure which wind tunnel test performed, it is proved that the proposed control algorithm in this study has an equivalent control effect and reduce the control forces dramatically compared to the conventional control algorithm such as LQR.