물고기 로봇의 모델 식별 및 H-infinity 제어기법을 이용한 방향제어기 설계 Model identification of a fish robot and design of a direction controller using H-infinity control methodology원문보기
물고기가 취하는 추진 방식은 높은 유영 효율과 수중 속에서 정숙성을 유지하는데 적절한 방법 중 하나로 그 장점은 이미 널리 알려있다. 현 시대의 무인 수중 운동체의 발전은 대양의 심해탐사, 환경감시, 군사작전 및 해양연구의 발전에 있어 크나큰 기회가 되고 있다. 본 논문에서는 간단한 기계구조를 가지며 쉽게 제어를 적용해 볼 수 있는 Ostraciiform의 물고기 로봇을 설계하였고 설계된 물고기 로봇에 적용될 강인한 제어기를 제안하였다. 피드백 제어기에는 물고기 로봇의 방향의 정보를 갖는 선형 3차 모델이 사용되었다. 적절한 가중함수(Weighting function)가 Loop shaping을 위하여 사용되면서 H-infinity 제어기법을 이용한 강인한 제어기가 결정되었다. 보드선도를 이용한 주파수 해석은 제안된 제어기가 매우 강인한 것을 보여주었고 대략적으로 17.3 dB의 이득 여유와 44.8 deg의 위상 여유를 확인 할 수 있었다. 계단입력, 감쇠상수와 ...
물고기가 취하는 추진 방식은 높은 유영 효율과 수중 속에서 정숙성을 유지하는데 적절한 방법 중 하나로 그 장점은 이미 널리 알려있다. 현 시대의 무인 수중 운동체의 발전은 대양의 심해탐사, 환경감시, 군사작전 및 해양연구의 발전에 있어 크나큰 기회가 되고 있다. 본 논문에서는 간단한 기계구조를 가지며 쉽게 제어를 적용해 볼 수 있는 Ostraciiform의 물고기 로봇을 설계하였고 설계된 물고기 로봇에 적용될 강인한 제어기를 제안하였다. 피드백 제어기에는 물고기 로봇의 방향의 정보를 갖는 선형 3차 모델이 사용되었다. 적절한 가중함수(Weighting function)가 Loop shaping을 위하여 사용되면서 H-infinity 제어기법을 이용한 강인한 제어기가 결정되었다. 보드선도를 이용한 주파수 해석은 제안된 제어기가 매우 강인한 것을 보여주었고 대략적으로 17.3 dB의 이득 여유와 44.8 deg의 위상 여유를 확인 할 수 있었다. 계단입력, 감쇠상수와 고유진동수의 불확실성의 변화를 통하여 stability robustness와 performance analysis를 이행하였다. 측정 잡음과 계단입력의 형태를 갖는 외란 역시 시뮬레이션에 포함되었다. 불확실성의 증가로 인한 변화에도 시뮬레이션의 결과를 통하여 설계된 제어기가 안정성과 성능을 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 실험 결과 또한 실제 물고기 로봇의 MCU(Micro Controller Unit)에 적용하고 정상적으로 작동되는 것을 확인하여 제어기의 성능을 증명하였다. 따라서 위의 과정들을 거쳐 설계된 제어기 불확실성과 외란을 포함한 실제 환경 중에서도 작동 할 수 있다는 것을 예상한다.
물고기가 취하는 추진 방식은 높은 유영 효율과 수중 속에서 정숙성을 유지하는데 적절한 방법 중 하나로 그 장점은 이미 널리 알려있다. 현 시대의 무인 수중 운동체의 발전은 대양의 심해탐사, 환경감시, 군사작전 및 해양연구의 발전에 있어 크나큰 기회가 되고 있다. 본 논문에서는 간단한 기계구조를 가지며 쉽게 제어를 적용해 볼 수 있는 Ostraciiform의 물고기 로봇을 설계하였고 설계된 물고기 로봇에 적용될 강인한 제어기를 제안하였다. 피드백 제어기에는 물고기 로봇의 방향의 정보를 갖는 선형 3차 모델이 사용되었다. 적절한 가중함수(Weighting function)가 Loop shaping을 위하여 사용되면서 H-infinity 제어기법을 이용한 강인한 제어기가 결정되었다. 보드선도를 이용한 주파수 해석은 제안된 제어기가 매우 강인한 것을 보여주었고 대략적으로 17.3 dB의 이득 여유와 44.8 deg의 위상 여유를 확인 할 수 있었다. 계단입력, 감쇠상수와 고유진동수의 불확실성의 변화를 통하여 stability robustness와 performance analysis를 이행하였다. 측정 잡음과 계단입력의 형태를 갖는 외란 역시 시뮬레이션에 포함되었다. 불확실성의 증가로 인한 변화에도 시뮬레이션의 결과를 통하여 설계된 제어기가 안정성과 성능을 유지하는 것을 확인할 수 있었다. 실험 결과 또한 실제 물고기 로봇의 MCU(Micro Controller Unit)에 적용하고 정상적으로 작동되는 것을 확인하여 제어기의 성능을 증명하였다. 따라서 위의 과정들을 거쳐 설계된 제어기 불확실성과 외란을 포함한 실제 환경 중에서도 작동 할 수 있다는 것을 예상한다.
The development of underwater vehicles is a big challenge in marine study, ocean investigation, observation of environment and surveillance radar for military. Fish-like propulsive method is one of the proper design options to achieve high swimming efficiency and quiet underwater vehicles. In this p...
The development of underwater vehicles is a big challenge in marine study, ocean investigation, observation of environment and surveillance radar for military. Fish-like propulsive method is one of the proper design options to achieve high swimming efficiency and quiet underwater vehicles. In this paper, proposed is a design of a robust controller for a ostraciiform fish robot that has simple mechanical structure and control for underwater vehicle swimming. A simple third order model is used to develop the feedback controller. With proper weighting functions augmented for loop shaping, a robust controller is obtained using H-infinity control methodology. Frequency analysis using bode plot shows that the proposed controller is very robust, having gain margin of 17.3 dB and phase margin of 44.8 degrees, respectively. The stability robustness and performance analysis is done using step input, uncertainties of damping and natural frequency. The step disturbance and measurement noises are also considered in simulation. The simulation results show that the proposed controller keeps the stability and performance even though there are a little degradation of them as uncertainties increase. The experimental result also demonstrates that the controller works well in a MCU(Micro Controller Unit) of a fish robot. Thus it is expected that the proposed controller can be used effectively in real environment with model uncertainties and disturbances.
The development of underwater vehicles is a big challenge in marine study, ocean investigation, observation of environment and surveillance radar for military. Fish-like propulsive method is one of the proper design options to achieve high swimming efficiency and quiet underwater vehicles. In this paper, proposed is a design of a robust controller for a ostraciiform fish robot that has simple mechanical structure and control for underwater vehicle swimming. A simple third order model is used to develop the feedback controller. With proper weighting functions augmented for loop shaping, a robust controller is obtained using H-infinity control methodology. Frequency analysis using bode plot shows that the proposed controller is very robust, having gain margin of 17.3 dB and phase margin of 44.8 degrees, respectively. The stability robustness and performance analysis is done using step input, uncertainties of damping and natural frequency. The step disturbance and measurement noises are also considered in simulation. The simulation results show that the proposed controller keeps the stability and performance even though there are a little degradation of them as uncertainties increase. The experimental result also demonstrates that the controller works well in a MCU(Micro Controller Unit) of a fish robot. Thus it is expected that the proposed controller can be used effectively in real environment with model uncertainties and disturbances.
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