[논문]피드백 선형화를 이용한 쿼드로터의 자이로 효과 제어

김영민; 백운보

doi:10.7746/jkros.2020.15.3.248

피드백 선형화를 이용한 쿼드로터의 자이로 효과 제어
Gyro Effect Control of the Quadrotor UAV using Feedback Linearization 원문보기

로봇학회논문지 = The journal of Korea Robotics Society, v.15 no.3, 2020년, pp.248 - 255

김영민 (Dep of Intelligent System Engineering, Dong-eui University) , 백운보 (Dept of Robot-Automation Engineering, Dong-eui University)

Abstract ▼ AI-Helper

This paper introduces a Feedback Linearization (FL) controller to eliminate the gyro effect on a quadrotor UAV. In order to control the attitude of the quadrotor, the second model equation was differentiated to the 4-th order to induce the control input to be revealed, and then a new control input was derived based on the attitude transformation equation with a gyro effect. For the initial quick posture control of the quadrotor, the existing yaw control was replaced with a separate controller. The simulation was conducted with an experiment in which FL control to remove the gyro effect was applied to the quadrotor and an experiment without removing the gyro effect, from the experimental results, the maximum error seen in each axial direction of the quadrotor was x = 0.22 m, y = 0.20 m, z = 0.16 m. Through the proposed method, the effect of the FL controller for controlling the gyro effect of the quadrotor was confirmed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

. 본 연구에서는 [19]의 연구에서 제시한 동적 확장을 통한 FL제어입력 유도 방법을 기반으로 쿼드로터의 자이로 효과를 상쇄하기 위한 새로운 제어입력을 제시하며, 주요 내용 및 구성은 다음과 같다.

제안 방법

다양한 목적에 따라 각 연구에서는 이 과정에서의 회전 운동방정식이 간소화 되거나 생략되어 자세제어가 이루어지고 있다^[16-19]. 본 연구에서는 공기역학적인 요소나 프로펠러에 대한 고려는 제외하고, 회전 운동의 각속도와 관성 모멘트만으로 간략하게 반영되어진 [15]의 위치와 회전 운동방정식을 사용하여 자이로 효과가 쿼드로터에 미치는 영향을 확인하였다.
본 논문에서는 피드백 선형화를 이용하여 쿼드로터의 자이로 효과를 상쇄하는 제어기를 제시하였다. 쿼드로터의 FL제어 입력을 유도하기 위하여 2차 위치 운동방정식을 4차까지 미분하여 가상의 제어입력 #이 드러나도록 유도한 후 여기서 다시 회전 운동으로 발생되는 자이로 효과를 반영하는 새로운 제어 입력 #으로 정리하였다. 시뮬레이션을 통하여 쿼드로터의 비행에서 나타나는 자이로 효과의 크기를 확인해 보았고, 제한된 환경 내에서 자이로 효과를 상쇄하는 제어기를 적용한 결과 최대 0.

대상 데이터

1]에 도시된 바와 같이 4개의 로터에 의해 구동되며, 각 로터의 회전 속도에 의해 자세 및 위치 제어를 수행한다. 본 연구에 사용된 로터는 x축과 y축에 대해 대칭이고, 무게중심과 기하중심과의 거리는 0이며, 무게중심으로부터 막대의 끝에 위치한 각 로터까지의 거리는 l (m)이다. 각 로터는 x-y 평면에 대하여 직각방향으로 추력 F_i (i = 1, 2, 3, 4)을 발생시킨다.

데이터처리

본 연구에서 제시한 피드백 선형화를 이용한 쿼드로터의 자이로 효과를 제어하는 방법이 외란으로부터 받는 영향을 확인해보았다. 외란은 각각 #에 대하여 사각파형 (Frequency : 1.

성능/효과

쿼드로터의 FL제어 입력을 유도하기 위하여 2차 위치 운동방정식을 4차까지 미분하여 가상의 제어입력 #이 드러나도록 유도한 후 여기서 다시 회전 운동으로 발생되는 자이로 효과를 반영하는 새로운 제어 입력 #으로 정리하였다. 시뮬레이션을 통하여 쿼드로터의 비행에서 나타나는 자이로 효과의 크기를 확인해 보았고, 제한된 환경 내에서 자이로 효과를 상쇄하는 제어기를 적용한 결과 최대 0.22 m의 위치 오차가 제거되는 것을 확인할 수 있었다.
0)로 30 초 동안 인가되도록 하였다. 실험 결과 입력 외란의 0.1 배 이내에서 제어시스템이 무리없이 동작하는 것을 확인하였고, 오차는 각각 최대 x = 0.30 m, y = 0.53 m, z = 0.04 m 의 차이를 보였다.

후속연구

본 연구에서는 쿼드로터에서 발생되는 자이로 효과와 이를 제어하기 위한 FL제어기를 제시하였으나, 피드백 선형화 제어의 특성상 외란이나 불확실한 파라미터를 가지는 쿼드로터에서 보이는 자이로 효과에 대한 연구는 더 필요할 것으로 보이며 이는 향후 연구로 남겨둔다

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	무인비행기란?	무인비행기(UAV : Unmanned Aerial Vehicles)는 원격 조정되거나 스스로 조정되며 카메라, 센서, 통신장비 또는 장비를 탑재할 수 있는 비행체이다. 현재에는 기체의 형태에 따라 드론(drone), 멀티콥터(multicopter) 등의 구체적인 명칭으로 불리고 있으며, 군사용에는 고속 주행이 가능하면서 미사일의 탑재가 가능한 드론이 주로 쓰이고 있고, 도심지 촬영이나 가벼운 물류배송, 게임과 레저 등에서는 속도는 느리지만 움직임이 보다 자유로운 멀티콥터가 보다 유리하다.
	쿼드로터란?	현재에는 기체의 형태에 따라 드론(drone), 멀티콥터(multicopter) 등의 구체적인 명칭으로 불리고 있으며, 군사용에는 고속 주행이 가능하면서 미사일의 탑재가 가능한 드론이 주로 쓰이고 있고, 도심지 촬영이나 가벼운 물류배송, 게임과 레저 등에서는 속도는 느리지만 움직임이 보다 자유로운 멀티콥터가 보다 유리하다. 이 중에서도 많은 로터 개수를 가지는 비행체를 멀티콥터라 부르는데 비행에 필요한 최소한의 4-로터(rotor)만으로 비행이 가능한 비행체를 쿼드로터(quadrotor)라 부르고 있다.
	대표적으로 많이 쓰이는 쿼드로터의 모델 방정식은?	먼저, 쿼드로터의 모델 방정식을 정의하는 기준은 여러 논문에서 제시되었다[13,14]. 대표적으로 많이 쓰이는 모델 방정식은 쿼드로터의 수직력을 좌표변환을 통해 3방향의 위치운동으로 나타내는 위치 운동방정식과 roll, pitch, yaw 오일러 각을 정의하는 회전 운동방정식으로 이루어져 있다. 회전 운동에 대한 방정식은 연구마다 차이를 보이는데 고려해야 할 여러 요소로써 추력, 관성모멘트, 각속도 등을 들 수 있다[15].

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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