[논문]자동화 항만 컨테이너 이송시스템의 위치제어를 위한 Backstepping 적응 제어기 설계

이진우; 김정태; 이영진; 이권순

자동화 항만 컨테이너 이송시스템의 위치제어를 위한 Backstepping 적응 제어기 설계
A Design of Backstepping Adaptive Controller for Displacement Control of Port Automated Container Transportation System 원문보기

이진우 (동아대학교) , 김정태 (동아대학교) , 이영진 (한국폴리텍항공대학) , 이권순 (동아대학교)

LMTT(Linear Motor-based Transfer Technology) 시스템은 항만 컨테이너 이송장치의 자동화 시템으로 기술적 포화상태에 이른 AGV (Automated Guided Vehicle)의 대체 수단으로 제안되었다. 본 논문에서는 PMLSM (Permanent Magnetic Linear Synchronous Motor)을 기본 구조로 한 LMTT에서 발생할 수 있는 레일과 차체간의 인척력 변화와 다양한 부하 중량에 대한 시스템 내부 변수의 변동에 적응할 수 있는 제어기 설계에 초점을 두었다. 그렇게 됨으로써 제어시 큰 방해요소로 작용하는 마찰력에 의한 백래쉬 및 데드존을 최소화하여 속응성 및 정밀도를 향상시키고자 하였다.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 항만에서 병목현상을 해소하고 자동화롧 가능하계 하는 야드 이송시스템 기술 개발의 일환으로써 대형 러니어 모터를 이용한 컨테이너 이송 장비의 정밀 위치제어에 대한 내용을 다루고자 한다. 현재까지 컨테이너 자동화 이송장치로는 AGVEAutomated Guided VehidQ가 있다.
본 논문에서는 항만의 자동화를 위한 선형모터 기반의 컨테이너 이송 시스템의 정멸 제어기를 설계하였다. 본 논문에서 제안하는 방법은 종래에는 없었던 수직력과 마찰력 내부의 강성, 감쇠, 점성에 관계하는 파라미터 뜰을 동시에 추정하여 보상토록 하였으며, 질량 추정기를 설계하여 수직력과 질량 변화를 분리할 수 있었다.

가설 설정

Backstepping 설계 방법을 이용하기 위해 위치 제어기 내의 가상의 속도 제어기를 가정하고, 위치 참조궤적의 미분을 속도 제어기의 참조치로 가정하면 backstepping 설계시 안정화 함수(stabilizing function)로서 이용될 변수를 다음과.같이 정의할 수 있다.

제안 방법

본 논문에서 제안하는 방법은 종래에는 없었던 수직력과 마찰력 내부의 강성, 감쇠, 점성에 관계하는 파라미터 뜰을 동시에 추정하여 보상토록 하였으며, 질량 추정기를 설계하여 수직력과 질량 변화를 분리할 수 있었다. 보상기에서는 수직력을 추정함으로써 질량분 및 디텐트력까지추정이 가능하였다.
직선서보계의 위치 맟 속도 제어에 관련된 연구에 있어서도 이동체의 칠량 변화와 그에 따른 수직항력 변화, 그리고 이 때문에 발생하는 마찰력 변화를 연관하여 보상 중[고있지 않다. 본 논문에서는 다수 개의 물체이송을 목적으로 하는 시스템의 정밀한 제어를 위하여, 이동체의 질량 변화에 의해 수직항력이 변화하고 이에 따라 마찰력 또한 변화하는 관계를 시스템에 적용하기 수직력 변화 맟마찰 모델 내부 파라미터들을 동시에 추정할 수 있는 관측기를 backstepping 기법으로 #.
실제 LMTT가 갖는 특성을 최대한 고려하여 축소 형태로 시뮬레이터를 그림 2와 같이 구성하였으며, 시뮬레이션 과 실험결과를 비교함으로써 제안하는 제어시스템의 타당성을 입증하고자 하였다. 제작된 시뮬레이터는 PMLSM (permanent magnet linear synchronous motor)를 기반으로 하고 있으며, 레이저 센서를 이용하여 위치를 검출하도록 구성되어 있다.

대상 데이터

본 논문에서의 실제 제어대상인 LMTT는 항만 컨테이너 이송용으로써 컨테이너 중량은 매우 다양할 수 있다. 그리고, 셔틀카(#)의 중량은 약 10#인데 반해 컨테이너 중량은 2층 적재시 약 7이 ton 중]까지를 고려해 주어야 한다.
비교 대상은 PED 제어기, 고정형 마찰보상기, 수직력 마찰 보상 기로 하여 같은 조건으로 각각 시뮬레이션과 실험을 수행한 결과이다. 제안하는 제어 시스템으로 갈수록 적응성에 의해 성능이 향상되었음을 알 수 있다.
입증하고자 하였다. 제작된 시뮬레이터는 PMLSM (permanent magnet linear synchronous motor)를 기반으로 하고 있으며, 레이저 센서를 이용하여 위치를 검출하도록 구성되어 있다. 사용된 목표치 설정은 식(30)과 같고, detent force에 의해 변화되는 수직력 변화는 식(31)의 함수로 설정하였다.

이론/모형

본 논문에서 보상기 설계를 위해 사용된 마찰력 모델은 LuGre 모델을 기본으로 한다. 1995년 발표 이후 마찰력의 비선형성을 잘 표현하고, 보상기 설계에 편리함으로 인해 최근 서보계예서 널리 사용되고 있다.
시스템 모델에서 고려된 마찰력은 LuGre 모델을 기반으로 하며, 이는 다음과 같이 나타낼 수 있다[6].

성능/효과

11mm] 의 현저히 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 그리고, 제어구간 동안, 누적 RMS 오차에 대하여도 각각 PID 제어기, 고정형 보상기, 그리고 수칙력 적응 보상기에 비해 #의 추종 성능이 향상되었음을 알 수 있었다. 따라서, 제안하는 제어 시스템이 아직 실현되지는 않았지만, 실제 LMTT 시스템 구현시 적용한다면 타 제어기에 비해 좋은 성능을 발휘하리라 사료된다.
보상기에서는 수직력을 추정함으로써 질량분 및 디텐트력까지추정이 가능하였다. 또한, 외부 환경요인에 의해 변화하는 마찰력 모델 내의 파라미터들을 추정함으로써 더욱 세밀하게 마찰력을 보상할 수 있도록 하여 정밀도릀 향상시킬 수 있었다.
수행된 시뮬레이션 결과에서 제안하는 알고리즘은 실제 규모의 LMTT에 대하여 기존 방법들에 비하여 정밀도 측면에서는 약 #의 위치 정밀도에서 0.11mm] 의 현저히 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 그리고, 제어구간 동안, 누적 RMS 오차에 대하여도 각각 PID 제어기, 고정형 보상기, 그리고 수칙력 적응 보상기에 비해 #의 추종 성능이 향상되었음을 알 수 있었다.
비교 대상은 PED 제어기, 고정형 마찰보상기, 수직력 마찰 보상 기로 하여 같은 조건으로 각각 시뮬레이션과 실험을 수행한 결과이다. 제안하는 제어 시스템으로 갈수록 적응성에 의해 성능이 향상되었음을 알 수 있다.
제안하는 제어 시스템이 수직력 이외에 내부파라미터들의 변동을 고려해줌으로써 적옹성에 의한 성능향상을 가져을 수 있었다고 사료된다, 표 2와 3운 각각 160[kg] 외에 20[kg]의 셔를카만을 고려하였을 때 같은 시뮬레이션과 실험을 수혱하였을 경우의 성능을 나타낸다. 비교 대상은 PED 제어기, 고정형 마찰보상기, 수직력 마찰 보상 기로 하여 같은 조건으로 각각 시뮬레이션과 실험을 수행한 결과이다.

후속연구

그리고, 제어구간 동안, 누적 RMS 오차에 대하여도 각각 PID 제어기, 고정형 보상기, 그리고 수칙력 적응 보상기에 비해 #의 추종 성능이 향상되었음을 알 수 있었다. 따라서, 제안하는 제어 시스템이 아직 실현되지는 않았지만, 실제 LMTT 시스템 구현시 적용한다면 타 제어기에 비해 좋은 성능을 발휘하리라 사료된다.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

자동화 항만 컨테이너 이송시스템의 위치제어를 위한 Backstepping 적응 제어기 설계
A Design of Backstepping Adaptive Controller for Displacement Control of Port Automated Container Transportation System 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

자동화 항만 컨테이너 이송시스템의 위치제어를 위한 Backstepping 적응 제어기 설계 A Design of Backstepping Adaptive Controller for Displacement Control of Port Automated Container Transportation System 원문보기

초록 용어보기논문에서 용어와 풀이말을 자동 추출한 결과로, 시범 서비스 중입니다. AI-Helper

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

대상 데이터

이론/모형

성능/효과

후속연구

이 논문을 인용한 문헌

연구과제 타임라인

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

전체(0) 논문(0) 특허(0) 보고서(0)

관련 콘텐츠

원문 보기

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

자동화 항만 컨테이너 이송시스템의 위치제어를 위한 Backstepping 적응 제어기 설계
A Design of Backstepping Adaptive Controller for Displacement Control of Port Automated Container Transportation System 원문보기

초록
AI-Helper

AI 본문요약
AI-Helper