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[국내논문] 로봇 매니퓰레이터를 위한 시간지연추정과 내부모델개념을 결합한 강인제어기에 관한 연구
Robust Trajectory Control of Robot Manipulators Using Time Delay Estimation and Internal Model Concept 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.28 no.8 = no.227, 2004년, pp.1075 - 1086  

조건래 (한국과학기술원 대학원 기계공학과) ,  장평훈 (한국과학기술원 기계공학과) ,  정제형 (한국과학기술원 대학원 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, Time Delay Control(TDC) for robot manipulators is analyzed and its problems are founded. In order to remedy the problems, the enhanced controller is proposed and analyzed. The effect of friction associated with TDC is reported and its cause is presented. Through the analysis, simulati...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • IMC는 화학 공정제어 에 많이 응용되었으며 , 。*) computed torque control과 결합하여 로봇 매니퓰레이터에 응용된 바 있다.(9) 즉, 본 연구에서는 IMC의 우수한 제어성능을 이용하여 TDC의 제어성능을 향상시킨, 로봇 매니 퓰레이터를 위한 내부모델을 갖는 시간 지연을 이용한 제어(Time Delay Control with Internal Model:TDCIM)를 제안하고자 한다.
  • 또한, 좀 더 현실적인 해석을 위해 샘플링 시간에 의한 시간 지연을 고려한 시스템에 대해 고찰했다.
  • 본 연구에서는 TDC와 IMC의 개념을 결합한 강인제어기인 TDCIM을 제안하였다. TDCIM은 TDC 의 시간지연추정 오차를 IMC 개념을 이용하여 보상함으로써, 제어 성능을 효과적으로 향상시킨 제어기 이 다.
  • 본 연구에서는 TDC의 제어 성능을 향상시키기 위해 IMC의 개념을 응용하고자 한다.
  • 본 연구에서는 내부 모델제어 (Internal Model Control: IMC)의 개념을 이용하여, 시간 지연을 이용한 제어(Time Delay Control: TDC)의 제어성능을 향상시키고자 한다.
  • 본 장에서는 TDC의 시간 지역추정 오차를 IMC의 개념을 이용해 보상한 제어기인, 내부모델을 갖는 시간 지역을 이용한 제어(Time Deley Control with Interenal Model TDCIM)기법을 제안하고자 한다. 또한 3.
  • 본 절에서는 IMC feedback의 의미를 고찰해봄으로써, TDCIM에서 시간지연추정오차를 보상하는 원리와 제어성능이 향상되는 이유를 이론적으로 고찰해 보았다.
  • 본 절에서는 Laplace transfbmi을 이용하여 TDCIM의 입력토크를 분석하고자 한다.
  • 본 절에서는 TDCIM이 이산구현을 통해 플랜트에 적용될 경우에 대해 안정성 해석을 수행하였다
  • 본 절에서는 TDC와 TDCIM의 Stick-Slip에 대한 현상을 모의실험을 통해 분석해 보았다.
  • 본 절에서는 open-loop 형태로 간략화된 TDC에 IMC를 적용함으로써 전체 시스템을 다시 폐회로 closed-loop 형태로 만들고, 이를 통해 시간 지연추정 오차를 보상하고자 한다.
  • Stick-Slip 현상과 관련된 마찰 시스템은 여러 가지 유형으로 모델링 되어 왔다 3*). 본 절에서는 그중에서 Kamopp 마찰 모델을 이용해 마찰 시스 템에 대한 제어기의 성능을 분석하고자 한다.

가설 설정

  • fg = 10枷 , Tsllp = 5Nm , a = KT’rad/sec 로 두었으며, 초기오차가 0.0057deg 만큼 있는 상황으로 가정하였다.
  • 6과 같이 표현될 수 있다. 문제를 간단히 하기 위해 샘플링 시간에 의한 시간 지연은 IMC 険d-back에 대해서만 고려했으며, TDC의 시간 지연추정에 이용되는 시간지연 £은 샘플링 시간을 이용한다는 가정하에 해석을 수행하였다.
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참고문헌 (16)

  1. Youcef-Toumi K., Ito Osamu, 1990, 'A Time Delay Controller for Systems with Unknown Dynamics,' Trans. of ASME, J. Dyn. Sys., Meas., Contr, Vol. 112, No. 1, pp. 133-142 

  2. Youcef-Toumi K., Wu S. T., 1992, 'Input/Output Linearization Using Time Delay Control,' Trans. Of ASME, J. Dyn., Sys., Meas., Contr., Vol. 114, pp.10-19 

  3. Youcef-Toumi K., Reddy S., 1992, 'Analysis of Linear Time Invariant System with Time Delay,' Trans. Of ASME, J. Dyn., Sys., Meas., Contr., Vol. 114, pp. 544-555 

  4. Hsia, T. C. and Gao, L. S., 1990, 'Robot Manipulator Control Using Decentralized Linear Time-Invariant Time-Delayed Joint Controllers,' IEEE Int. Conference on Robotics and Automations, pp. 2070-2075 

  5. Garcia C. E., Morari M., 1982, 'Internal Model Control. I. A Unifying Review and Some New Results,' Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., Vol. 21, No.2, pp. 308-323 

  6. Garcia C. E., Morari M., 1985, 'Internal Model Control. 2. Design Procedure for Multivariable Systems,' Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., Vol. 24, No. 2,pp. 472-484 

  7. Garcia C. E., Morari M., 1985, 'Internal Model Control. 3. Multivariable Control Law Computation and Tuning Guidelines,' Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev., Vol. 24, No.2, pp. 484-494 

  8. Morari M., Zafiriou E., 1989, Robust Process Control, Prentice Hall, Englewood Cliffs, NJ. 

  9. Li Q., Poo A. N. and Lim C. M., 1996, 'Internal Model Structure in the Control of Robot Manipulators,' Mechatronics, Vol. 6, No.5, pp. 571-590 

  10. Chang Pyung H., Park Suk H., 1998, 'The Development of Anti-windup Scheme and Stick-Slip Compensator for Time Delay Control,' Proc. ACC, Vol. 6, pp. 3629-3633 

  11. Park Suk Ho, 2000, 'Robust Controller and Observer using Synthesis of TDE and Switching Action,' Ph.D. thesis, Dept. M.E., KAIST 

  12. Lee Sung-Uk, Chang Pyung Hun, 2001, 'Control of Heavy-duty Robotic Excavator Using Time Delay Control with Switching Action with Integral Sliding Surface,' IEEE Int. Conference on Robotics and Automations, pp. 3955-3960 

  13. Kwon Oh-Seok, Chang Pyung-Hun and Jung Je Hyung, 2002, 'Stability Analysis of Time Delay Controller for General Plants,' Trans. of KSME(A), Vol. 26, No.6, pp.1035-1046 

  14. Cai L., Song G., 1993, 'A Smooth Robust Nonlinear Controller for Robot Manipulators with Joint Stick-Slip Friction,' IEEE Int. Conf. Robotics and Automation, Vol. 3, pp.449-454 

  15. Cho Geon Rae, 2003, 'Robust Trajectory Control of Robot Manipulators Using Time Delay Estimation and Internal Model Concept,' M.S. thesis, Dept. of M.E., KAIST 

  16. Park Suk Ho, 1995, 'A Study on the Application of TDC to the System with Hard Nonlinearity (Saturation/Friction),' M.S. thesis, Dept. of M.E., KAIST 

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