선형 PID 제어기를 기반으로 한 퍼지 제어기 설계 = Design method of fuzzy controller base on linear PID controller

국문 초록 (Abstract)

본 논문에서 제안한 퍼지 PD+I 제어기(fuzzy PD+I controller)는 퍼지 PD 제어기에 선형 I 제어기를 첨가한 구조를 가진 것으로써 먼저 선형 PID 제어기를 SQP를 이용하여 동조 후에 이를 바탕으로 퍼지 PD+I 제어기를 구현하였다. 특히 기존 퍼지 제어기 설계시 설계 변수인 환산 계수(scaling factor)를 결정할 때 경험에 의존하여 값을 결정하였으나 이 논문에선 선형 PD 제어기의 이득 여유(gain margin) 및 위상 여유(phase margin)를 가지고 퍼지 PD 제어기의 환산 계수(scaling factor)를 결정 하였다 특히 선형적인 퍼지 추론 방식인 Product-Sum-Gravity방식과 대칭 형태의 입 출력 소속 함수를 사용하여 선형 제어기의 성능을 그대로 유지하는 출력 표면을 구현하였고 비선형 특성을 구현함에 있어서 출력 소속 함수를 비대칭적으로 조정하여 제어기의 동적 특성을 향상 시킬 수 있는 빠른 상승시간과 적은 오버슈트가 나타나도록 하였다. 그리고 모의 실험을 통하여 퍼지 PD+I 제어기의 성능이 선형 제어기에 비해서 우수하다는 것을 보여 주었다

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Fuzzy controller design is many difficulties by tuning many design parameters. But a linear controller is easy to design. This paper design a Fuzzy PD+I controller based on designing and tuning a existing linear PID controller.
A structure of fuzzy PD+I controller in this paper designs a PD part by fuzzy PD controller and I part by existing Ki integral gain of a existing linear controller. That fuzzy PD controller in proportional signal and derivative signal part apply as a gain of proportional and derivative signal. An fuzzy theory is superior to a linear PD controller inclusion a nonlinear property.
After we find Kp, Ki, Kd which are parameters of a linear PID controller by using a SQP. We design a fuzzy PD controller by Kp, Kd and find a scaling factor of a fuzzy controller by phage margin and gain margin of a linear controller. We show that fuzzy PD+I controller is superior to a linear controller by using a experiment.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론. 1
• 제 2 장 선형 PID 및 퍼지 PD+I 제어기. 5
• 2.1 선형 PID 제어기. 5
• 2.2 퍼지 PD +I 제어기. 7
• 제 3 장 퍼지 PD 제어기의 설계 10
• 3.1 소속 함수(membership function)의 설계. 10
• 3.2 퍼지 제어 규칙의 결정. 12
• 3.3 퍼지 추론(fuzzy reasoning)과 비퍼지화(defuzzification) 14
• 3.4 이득 및 위상 여유를 이용한 환산 계수 설계. 17
• 3.5 퍼지 PD 제어기의 출력 표면. 22
• 제 4 장 모의 실험. 26
• 제 5 장 결론 29