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문제 정의
- 모형 자동차에 다양한 무게의 부하를 인가하였을 때 속도 제어 성능을 확인하고자 모형 자동차에 부하를 인가하고 외란 관측기 기반의 제어를 적용한 후 그 성능을 확인한다. 그림 9와 10은 자동차 무게의 38%에 해당하는 부하를 모형 자동차에 올린 경우에 앞 절에서 사용한 PID 제어와 외란 관측기를 적용한 실험 결과이다.
- 본 논문에서는 PID 제어기를 설계하기 위하여 II 장에서 얻어진 전기 자동차의 전달 함수를 이용하여 극점 배치 방법을 이용하여 제어 이들을 설계하도록 한다.
- 본 논문에서는 외란 관측기를 이용하여 모형 자동차의 강인 속도 제어를 설계하였다. 이를 위해 모형 자동차의 속도 동특성을 모델링하여 2차 전달 함수를 얻었다.
- 따라서 자동차의 속도 제어를 위해서는 다양한 운전 조건에도 강인한 성능을 보이는 설계가 필수적이다. 이러한 분석에 기초하여 본 논문에서는 자동차의 다양한 운전 조건에도 강인한 성능을 보이는 강인 속도 제어를 설계하고 모의실험 및 실험을 통해서 그 성능을 검증한다.
가설 설정
- 자동차의 속도 제어를 위하여 자동차 속도 동특성의 전달 함수를 추정하여야 한다. 그러나 그것을 위한 수학적 모델링이 복잡하므로 자동차의 질량은 자동차 모터의 회전자에 달린 회전 관성체로 간주할 수 있고, 자동차의 마찰 또한 모터의 회전마찰로 간주하여 자동차의 속도 동특성을 적절한 관성 모멘트를 가진 DC 모터의 속도 동특성의 전달 함수로 가정한다. 이러한 가정 하에서 이 장에는 모터의 수학적 모델링을 통해 모터의 전달 함수를 결정하고 실제 모터의 계단 응답 데이터를 이용하여 전달 함수의 파라미터들을 최소 자승법을 통해 추정한다.
- 비슷한 곳에 생성됨을 확인하였다. 따라서 본 논문에서는 무 부하에서부터 자동차 무게에 38%의 무게가 더해질 때까지 자동차의 속도 동특성이 다음과 같은 전달 함수로 표현된다고 가정한다.
- 앞 장에서는 자동차에 어떤 부하도 탑재하지 않은 상황을 가정하였다. 그러나 자동차의 특성상 유한한 범위의 부하(예, 사람 또는 짐)가 탑재될 수 있으며 부하에 따라서 시스템 모델의 파라미터가 바뀌게 되므로 앞 장에서 설계한 제어기가 잘 동작하지 않게 된다.
- 외란 관측기 기반 제어를 설계하기 위하여 우선 尸(s)의 공칭 모델 乙(s) 에 대해서 제어 목적을 달성하는 제어 입력 缶이 설계 되었다고 가정한다. 그리고 그림 8에 보인 필터 Qb(s), 与i(s)Q(s)를 적절히 설계하여 시스템의 불확정성을 추정하여 %에 더하여 불확정성을 상쇄한다.
- 이를 위해서 모형 자동차에 자동차 무게의 0%, 13%, 25%, 38%에 해당하는 물체를 올리고 앞에서 소개한 것과 동일한 전달 함수 추정 실험을 수행한다. 이렇게 추정된 4 개의 전달 함수를 실제 모형 자동차의 동특성 변화를 표현하는 범위로 가정한다. 최종적으로 다양한 미지의 부하 무게에도 강인한 성능을 보이는 속도 제어기를 설계한다.
- 이를 위하여 본 논문에서는 우선 모형 자동차의 속도 동특성을 적절한 관성 모멘트를 가지는 DC 모터의 속도 동특성으로 간주하고 수학적 모델링을 통해서 속도 동특성을 2차의 전달 함수로 가정한다. 그리고 전달 함수의 파라미터를 추정하기 위하여 모형 자동차의 입력에 계단 응답을 인가하여 속도를 측정한다.
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