[논문]측정에러가 있는 적분기 시스템에서의 상태 궤환 제어기 설계 및 분석

윤재승; 최호림

doi:10.5302/j.icros.2010.16.10.969

[국내논문] 측정에러가 있는 적분기 시스템에서의 상태 궤환 제어기 설계 및 분석
Design and Analysis of a State Feedback Controller for a Chain of Integrators System under Measurement Noise 원문보기

제어·로봇·시스템학회 논문지 = Journal of institute of control, robotics and systems, v.16 no.10, 2010년, pp.969 - 974

Abstract ▼ AI-Helper

In this paper, we propose a fault-tolerant controller for compensating measurement noise of feedback sensor. Because control systems operate via feedback sensor's signal, the measurement noise in sensor's signal results in performance degradation or even system failure. Therefore, control systems often demand on compensating measurement noise. Our controller is equipped with a compensator in order to reject or reduce the effect of measurement noise in feedback information. Our proposed method is verified via simulation and experiment for a Ball and Beam system.

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AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 센서의 고장으로 feedback(궤환) 신호에 포함되는 AC 측정에러를 가정하고[4], chain of integrators 시스템 (적분기 시스템)에 적용하여 이를 보상하는 보상기와 보상기의 추가로 인하여 발생하는 패널티를 줄이기 위하여 switching control(스위칭 제어기법)을 적용하여 선형시스템에서의 센서의 측정에러를 보상하는 제어기를 제안한다. Ball and Beam 시스템을 입-출력 궤환 선형화 기법을 사용하여 선형화하고 제안된 제어기법을 이에 적용하여 시뮬레이션 및 실험으로 유효성을 검증하였다.

가설 설정

본 논문에서는 센서의 고장으로 AC 측정에러를 가정하였으며 측정에러로 정현파인 αsinωt를 포함시켜 구현하였다. 라플라스 변환을 통하여 AC 측정에러와 보상기를 적용 및 해석하고 Ball and Beam 시스템을 통하여 시뮬레이션 및 실험으로 유효성을 검증하였다.

제안 방법

본 논문에서는 센서의 고장으로 AC 측정에러를 가정하였으며 측정에러로 정현파인 αsinωt를 포함시켜 구현하였다. 라플라스 변환을 통하여 AC 측정에러와 보상기를 적용 및 해석하고 Ball and Beam 시스템을 통하여 시뮬레이션 및 실험으로 유효성을 검증하였다. 제안된 제어기법은 AC 측정에러를 보상하기 위한 보상기로 1차 저역통과필터를 포함하였고 제어이득의 변화와 보상기의 추가로 발생하는 페널티를 줄이기 위하여 스위칭 제어기법을 적용하였다.
라플라스 변환을 통하여 AC 측정에러와 보상기를 적용 및 해석하고 Ball and Beam 시스템을 통하여 시뮬레이션 및 실험으로 유효성을 검증하였다. 제안된 제어기법은 AC 측정에러를 보상하기 위한 보상기로 1차 저역통과필터를 포함하였고 제어이득의 변화와 보상기의 추가로 발생하는 페널티를 줄이기 위하여 스위칭 제어기법을 적용하였다. 제어기의 성능을 검증하기 위하여 Ball and Beam 시스템에 입-출력 궤환 선형화기법을 이용하여 선형화하고 제안된 제어기법을 적용하여 정상상태에서의 AC 측정에러를 효과적으로 줄일 수 있음을 확인하였다.

대상 데이터

센서의 AC 측정에러를 보상하는 고장허용 제어기를 검증 하기 위하여 그림 2인 QUANSER사의 BB01, SRV02를 이용하였으며 AC 측정에러로 피드백 신호에 0.05sin 3t 를 포함 하여 실험하였다. 제어 시스템의 극점이 −2± j, −7, −7 일때 보상기가 없을 경우 실험 결과는 그림 6과 같다.

데이터처리

본 논문에서는 센서의 고장으로 feedback(궤환) 신호에 포함되는 AC 측정에러를 가정하고[4], chain of integrators 시스템 (적분기 시스템)에 적용하여 이를 보상하는 보상기와 보상기의 추가로 인하여 발생하는 패널티를 줄이기 위하여 switching control(스위칭 제어기법)을 적용하여 선형시스템에서의 센서의 측정에러를 보상하는 제어기를 제안한다. Ball and Beam 시스템을 입-출력 궤환 선형화 기법을 사용하여 선형화하고 제안된 제어기법을 이에 적용하여 시뮬레이션 및 실험으로 유효성을 검증하였다.

이론/모형

보상기 계수 a 의 증가로 상상태에서의 AC 측정에러를 줄일 수 있지만 정착시간의 증가와 x₁ 의 damping이 감소하였다. 따라서 보상기가 없을때의 빠른 정착시간 및 damping의 특성과 보상기의 추가로 얻을수 있는 정상상태 특성을 모두 갖기 위하여 보상기 계수 a 의 스위칭 제어기법을 적용한다.

성능/효과

제안된 제어기법은 AC 측정에러를 보상하기 위한 보상기로 1차 저역통과필터를 포함하였고 제어이득의 변화와 보상기의 추가로 발생하는 페널티를 줄이기 위하여 스위칭 제어기법을 적용하였다. 제어기의 성능을 검증하기 위하여 Ball and Beam 시스템에 입-출력 궤환 선형화기법을 이용하여 선형화하고 제안된 제어기법을 적용하여 정상상태에서의 AC 측정에러를 효과적으로 줄일 수 있음을 확인하였다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	센서 신호의 measurement noise는 제어 시스템에서 어떤 문제를 야기하는가?	제어 시스템은 센서를 통한 데이터의 측정값을 기준으로 동작하므로 센서 신호의 measurement noise(측정에러)는 피드백 신호를 왜곡시키고 이로 인하여 제어 시스템의 제어입력 또한 왜곡시킴으로써 전체 시스템에 큰 고장을 야기시킨다. 따라서 이러한 측정에러에 대한 적절한 보상이 요구된다[1-3].
	Ball and Beam 시스템의 AC 측정에러를 보상하기 위한 보상기로 무엇을 추가했는가?	라플라스 변환을 통하여 AC 측정에러와 보상기를 적용 및 해석하고 Ball and Beam 시스템을 통하여 시뮬레이션 및 실험으로 유효성을 검증하였다. 제안된 제어기법은 AC 측정에러를 보상하기 위한 보상기로 1차 저역통과필터를 포함하였고 제어이득의 변화와 보상기의 추가로 발생하는 페널티를 줄이기 위하여 스위칭 제어기법을 적용하였다. 제어기의 성능을 검증하기 위하여 Ball and Beam 시스템에 입-출력 궤환 선형화기법을 이용하여 선형화하고 제안된 제어기법을 적용하여 정상상태에서의 AC 측정에러를 효과적으로 줄일 수 있음을 확인하였다.
	QUANSER사의 BB01(Ball and Beam)과 SRV02는 어떤 제어시스템인가?	그림 2는 시뮬레이션 및 실험에 사용된 QUANSER사의 BB01(Ball and Beam)과 SRV02(DC Servo motor)로 제어입력인 SRV02의 입력전압을 조절하여 모터의 각을 변화시키고 다시 모터의 각은 빔의 각을 변화시킴으로써 공의 위치를 제어하는 시스템이다.

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상세보기
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상세보기
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상세보기
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J. Hauser, S. Sastry, and P. Kokotovic, "Nonlinear control via approximate input-output linearization: The ball and beam example," IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 37, no. 3, pp. 392-398, 1992.

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