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비행체 시간지연을 고려한 정밀경로추종 PID 제어기법
Tight Path Following PID Controller for a Vehicle with Time Delay 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.39 no.7, 2011년, pp.618 - 626  

이인석 (한국기술교육대학교 메카트로닉스공학부) ,  박상혁 (인하대학교 항공우주공학과) ,  이경호 (인하대학교 항공우주공학과)

초록
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무인항공기가 복잡한 지형이나 위험 지역에서 안전한 비행을 하기 위해서는 요구되는 경로를 정밀하게 추종할 수 있는 제어기법이 필요하다. 경로추종을 위해 사용되는 PID 제어기에서는 경로의 곡률을 앞먹임하여 추종성능을 개선할 수 있다. 한편 경로를 정밀 추종하기 위해서는 제어기의 이득을 크게 하는 것이 필요하나 비행체의 응답속도가 느린 경우 큰 경로 추종 이득을 사용할 경우 성능 저하 또는 불안정성이 발생할 수 있다. 여기서는 응답지연을 고려하여 앞먹임을 갖는 PID제어기의 설계방법을 고려하였다. 앞먹임에 필요한 경로정보를 간단히 얻기 위해 주어진 경로를 3차 스플라인 방법을 적용하여 3차 다항식으로 나타내었다. 설계한 제어기의 추종성능을 평가하기 위해 높은 고도에서 운용되는 느린 횡방향 동특성을 갖는 무인항공기에 대해 비선형 시뮬레이션을 수행하였다. 제어기에서는 횡방향 동특성을 1차 모델로 가정하여 반영하였다. 시뮬레이션을 통하여 동특성을 고려한 경우는 비행체가 주어진 경로를 매우 정밀하게 추종함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In order to complete missions in a complicated terrain or highly dangerous area, an unmanned aerial vehicle(UAV) needs a fine controller to precisely follow the desired path. A PID controller used for the path following feeds forward path curvature information to the control input to improve the pat...

주제어

#PID 제어기   #앞먹임 제어   #경로추종   #응답지연  

질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Follow the Carrot 기법의 문제를 해결하기 위해 이용되는 방법은? 가장 기초적인 추적 기법으로는 “Follow the Carrot[1]” 기법이 있는데, 이 기법은 단순히 경로각 오차를 이용하여 경로를 추종하는 방식으로 미끼가 가까울수록 진동이 심하고 추종오차도 크게 나타나는 문제를 안고 있다. 이를 해결하기 위하여 경로각과 함께 수직 거리 오차도 되먹임 하는 방법이 이용되기도 한다. 추적 기법 외에는 비행체의 운동방정식을 상태공간으로 구성하여 PID 제어기를 적용하는 방법이 많이 이용된다.
추적 기법이란 무엇인가 경로추종 기법으로는 추적 기법이 가장 일반적으로 사용된다. 추적 기법은 요구되는 경로위에 미끼를 놓고 비행체가 쫓아가도록 하는 대부분의 방법을 말한다. 가장 기초적인 추적 기법으로는 “Follow the Carrot[1]” 기법이 있는데, 이 기법은 단순히 경로각 오차를 이용하여 경로를 추종하는 방식으로 미끼가 가까울수록 진동이 심하고 추종오차도 크게 나타나는 문제를 안고 있다.
Follow the Carrot 기법의 단점은 무엇인가 추적 기법은 요구되는 경로위에 미끼를 놓고 비행체가 쫓아가도록 하는 대부분의 방법을 말한다. 가장 기초적인 추적 기법으로는 “Follow the Carrot[1]” 기법이 있는데, 이 기법은 단순히 경로각 오차를 이용하여 경로를 추종하는 방식으로 미끼가 가까울수록 진동이 심하고 추종오차도 크게 나타나는 문제를 안고 있다. 이를 해결하기 위하여 경로각과 함께 수직 거리 오차도 되먹임 하는 방법이 이용되기도 한다.
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참고문헌 (6)

  1. Barton, M. J., Controller Development and Implementation for Path Planning and Following in an Autonomous Urban Vehicle, Undergraduate thesis, University of Sydney, 2001. 

  2. De Luca, A., Oriolo, G., and Samson, C., Feedback Control of a Nonholonomic Car-like Robot, in J. Laumond, ed., Robot motion planning and control, Lecture Notes in Control and Information Science, Vol. 229, Springer, 1998. pp. 171-253. 

  3. Thomas Hellstrom and Ola Ringdahl, "Follow the Past: a path-tracking algorithm for autonomous vehicles" , Int. J. Vehicle Autonomous System, Vol. 4, Nos 2-4, 2006., pp. 216-224. 

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  4. Rhee, I., Park, S. and Ryoo, C. K., "A Tight Path Following Algorithm of an UAS Based on PID Control", SICE Annual Conference 2010, Taipei, Taiwan, 2010, pp. 1270-1273. 

  5. Park, S., Deyst, J., and How, P., "Performance and Lyapunov Stability of a Nonlinear Path Following Guidance Method", Journal of Guidance, Control, and Dynamics, Vol. 30, No. 6, 2007, pp. 1718-1728. 

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  6. Pears, N. E., "Mobile robot tracking of pre-planned paths", Advanced Robotics, Vol. 15, No. 1, 2001, pp. 97-107. 

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