2자유도 PID 제어기의 파라미터 $\\alpha$ 추종을 이용한 2관성 시스템의 진동억제 A Study on vibration suppression of dual inertia system using controlling Parameter $\\alpha$ of PID controller with 2-degree of freedom원문보기
토크 전달시스템은 다수의 기어와 커플링이 유연하게 구성되어 있으므로 모터의 속도가 갑자기 변할 때 비틀림 진동이 발생한다. 모터의 정확한 응답 특성을 얻기 위해서는 반드시 이 진동은 억제되어야 한다. 따라서 진동억제는 모터제어에 있어서 매우 중요하다. 특히 2관성 시스템의 진동억제를 위해 다양한 제어방법들이 소개되었다. 토크의 비틀림 현상으로 인해 발생하는 진동을 억제하기 위해 토크의 비틀림 성분을 궤환시키고 일반적인 필터로 구성된 외란 관측기 필터를 사용하는 방법이 소개되었다. 또한 이를 계수도법(CDM)을 이용 적절한 P 제어기와 필터의 계수값을 설계하여 진동을 억제하는 방법이다. 그러나 계수도법을 이용하여 설계된 제어기 파라미터는 외란 인가시 적응성이 떨어짐을 알 수 있다. 반면 PID 제어기는 설계가 간단하나 초기에 과도한 오버슈트를 및 진동 문제를 유발한다. 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 최근에는 2자유도 파라미터 a로 비례이득을 가변함으로써 외란에는 영향을 받지 않고 목표치 추종 성능을 개선할 수 있는 단순하고 실용적인 2자유도 PID 제어기가 소개되었다. 그러나 이 방법 역시 원하는 P값을 얻기 위해 u를 가변 하여야 하는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 단점들을 극복하기 위해 퍼지 알고리즘을 사용 파라미터 $\alpha$를 자동 조정하는 제어기를 설계하였다. 사용된 제어기의 성능을 입증하기 위하여 기존의 제어방법과 시뮬레이션을 통해 비교, 평가한다.
토크 전달시스템은 다수의 기어와 커플링이 유연하게 구성되어 있으므로 모터의 속도가 갑자기 변할 때 비틀림 진동이 발생한다. 모터의 정확한 응답 특성을 얻기 위해서는 반드시 이 진동은 억제되어야 한다. 따라서 진동억제는 모터제어에 있어서 매우 중요하다. 특히 2관성 시스템의 진동억제를 위해 다양한 제어방법들이 소개되었다. 토크의 비틀림 현상으로 인해 발생하는 진동을 억제하기 위해 토크의 비틀림 성분을 궤환시키고 일반적인 필터로 구성된 외란 관측기 필터를 사용하는 방법이 소개되었다. 또한 이를 계수도법(CDM)을 이용 적절한 P 제어기와 필터의 계수값을 설계하여 진동을 억제하는 방법이다. 그러나 계수도법을 이용하여 설계된 제어기 파라미터는 외란 인가시 적응성이 떨어짐을 알 수 있다. 반면 PID 제어기는 설계가 간단하나 초기에 과도한 오버슈트를 및 진동 문제를 유발한다. 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 최근에는 2자유도 파라미터 a로 비례이득을 가변함으로써 외란에는 영향을 받지 않고 목표치 추종 성능을 개선할 수 있는 단순하고 실용적인 2자유도 PID 제어기가 소개되었다. 그러나 이 방법 역시 원하는 P값을 얻기 위해 u를 가변 하여야 하는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는 이러한 단점들을 극복하기 위해 퍼지 알고리즘을 사용 파라미터 $\alpha$를 자동 조정하는 제어기를 설계하였다. 사용된 제어기의 성능을 입증하기 위하여 기존의 제어방법과 시뮬레이션을 통해 비교, 평가한다.
A torque transmission system composed of several gears and couplings is flexible. In order to get an exact response of motor, the torsional vibration due to an unexpected change of motor speed must be suppressed. Therefore, it is very important that motor control suppress vibration. Various methods ...
A torque transmission system composed of several gears and couplings is flexible. In order to get an exact response of motor, the torsional vibration due to an unexpected change of motor speed must be suppressed. Therefore, it is very important that motor control suppress vibration. Various methods to control it including dual inertia system are proposed. Specially, the method of vibration suppression is that vibration can be suppressed to fee㏈ack the estimated torsion torque via the disturbance observer filter being of normal filter. The suitable Proportional controller and coefficient parameter can be designed using CDM and the torsional vibration also be suppressed, but it has a low degree of adaptability to disturbance. The PID controller can be designed easily, but makes the excessive overshoot and oscillation for system response in the early period. To resolve these problems, simple and practical PID controller with two degree of freedom is proposed recently that it ran improve performance of obeying the reference unconcerned in any disturbance by changing the proportional gain by two degree of freedom parameter. But it has also the defect that parameter a must be changed to obtain the ideal Proportional parameter. On this paper, we design the controller which automatically adjusts parameter u using fuzzy Algorithm to overcome such defects. Also, we compare the proposed method with established one and evaluate them to confirm performance of the designed controller.
A torque transmission system composed of several gears and couplings is flexible. In order to get an exact response of motor, the torsional vibration due to an unexpected change of motor speed must be suppressed. Therefore, it is very important that motor control suppress vibration. Various methods to control it including dual inertia system are proposed. Specially, the method of vibration suppression is that vibration can be suppressed to fee㏈ack the estimated torsion torque via the disturbance observer filter being of normal filter. The suitable Proportional controller and coefficient parameter can be designed using CDM and the torsional vibration also be suppressed, but it has a low degree of adaptability to disturbance. The PID controller can be designed easily, but makes the excessive overshoot and oscillation for system response in the early period. To resolve these problems, simple and practical PID controller with two degree of freedom is proposed recently that it ran improve performance of obeying the reference unconcerned in any disturbance by changing the proportional gain by two degree of freedom parameter. But it has also the defect that parameter a must be changed to obtain the ideal Proportional parameter. On this paper, we design the controller which automatically adjusts parameter u using fuzzy Algorithm to overcome such defects. Also, we compare the proposed method with established one and evaluate them to confirm performance of the designed controller.
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문제 정의
또한 2자 유도 파라미터 a를 임의의 정해진 값으로 2관성 속도제어 시스템에 적용하면 a의 값이 변할 때마다 복잡한 극 배치 및 ITAE 성능지수평가에 따른 최적 파라미터를 유도해야 한다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 퍼지 알고리즘을 이용하여 2자 유도 파라미터인 a값올 추종하는 제어 알고리즘을 제안한다.
제안 방법
본 논문에서는 PID 제어기를 2 관성 속도제어 시스템에 적용하였다. 본 논문에서는 퍼지 알고리즘을 이용하여 a 값을 추종하는 2자 유도 PID 제어기를 구성하였다.
적용하였다. 본 논문에서는 퍼지 알고리즘을 이용하여 a 값을 추종하는 2자 유도 PID 제어기를 구성하였다. a 값이 고정된 2관성 PID 제어기는 목표치에 대한 과도웅답 초기에 제어기의 급격한 출력변화로 인하여 지나친 오버슈트 및 진동이 발생한다.
제안된 2자 유도 PID 제어기의 a는 현재의 오차 신호 以劫와 오차 신호의 변화율 △戒冷를 기반으로 결정된다. 파라미터 a의 퍼지 규칙은 표 2와 같다.
데이터처리
3R[Nm]로 인가하였다. 포한 2자 유도 파라미터 。를 Q29로 설정하고 퍼지제어기를 이용한 파라미터 a를 충종한 값과 시뮬레이션 올 통하여 각각 올 비교 분석하였다.
제안된 제어 방법의 유효성을 입증하기 위해 기존의 제어 방법과 시뮬레이션을 통해 비교 및 확인한다.
이론/모형
본 논문에서는 그림 2와 같이 2자유도 파라미터 a를 추종하기 위한 제어기 설계기법으로 퍼지 알고리즘을 사용한다. 퍼지 알고리즘은 파라미터 a 값에 알맞은 퍼지 규칙과 추론을 정의하는데 있다.
파라미터 a의 퍼지 규칙은 표 2와 같다. 여기서 추론방법은 Mamdani의 Max-Min 규칙을 사용한다.
성능/효과
따라서 외란에 강인한 PID 파라미터를 결정한 후 퍼지 알고리즘을 이용한 a 값의 정확한 추종으로 외란에 강인한 제어가 가능하다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 퍼지 알고리즘으로 최적의 a 값을 추종하여 목표치 추종 성능, 오버슈트 감소 및 외란 인가 시 정상 상태에 빠르게 도달하고 있음을 확인 할 수 있었다. 또한 제안된 퍼지 알고리즘을 이용한 2자 유도 PID 제어기는 파라미터 a 값을 추종함으로써 전동기와 부하의 관성에 의해 발생하는 축 비틀림 진동 발생을 억제하고 효과적인 출력 특성을 얻을 수 있었다. 향후 과제는 제안된 제어기를 플랜트 및 다자유도 시스템에도 적용 가능하도록 하는 것이다.
a 값이 고정된 2관성 PID 제어기는 목표치에 대한 과도웅답 초기에 제어기의 급격한 출력변화로 인하여 지나친 오버슈트 및 진동이 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 퍼지 알고리즘으로 최적의 a 값을 추종하여 목표치 추종 성능, 오버슈트 감소 및 외란 인가 시 정상 상태에 빠르게 도달하고 있음을 확인 할 수 있었다. 또한 제안된 퍼지 알고리즘을 이용한 2자 유도 PID 제어기는 파라미터 a 값을 추종함으로써 전동기와 부하의 관성에 의해 발생하는 축 비틀림 진동 발생을 억제하고 효과적인 출력 특성을 얻을 수 있었다.
후속연구
또한 제안된 퍼지 알고리즘을 이용한 2자 유도 PID 제어기는 파라미터 a 값을 추종함으로써 전동기와 부하의 관성에 의해 발생하는 축 비틀림 진동 발생을 억제하고 효과적인 출력 특성을 얻을 수 있었다. 향후 과제는 제안된 제어기를 플랜트 및 다자유도 시스템에도 적용 가능하도록 하는 것이다.
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