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제안 방법
- 본 논문에서는 동역학 및 제어 이론에서 연구되고 있는 도립진자 시스템을 설계 구성하였으며 제어기법으로는 PID제어를 이용하였다. 적절한 제어력 없이 중력에 의해 넘어지려는 도립진자의 각도를 Encoder를 통해 출력 받아 모터의 동작을 통해 특정한 각도에서 유지하는 시스템을 설계하였다.
- 본 논문에서는 동역학 및 제어 이론에서 연구되고 있는 도립진자 시스템을 설계 구성하였으며 제어기법으로는 PID제어를 이용하였다. 적절한 제어력 없이 중력에 의해 넘어지려는 도립진자의 각도를 Encoder를 통해 출력 받아 모터의 동작을 통해 특정한 각도에서 유지하는 시스템을 설계하였다. 이 시스템은 모터의 동작을 구현하기 쉬운 카트형태로 설계되었으며, 카트의 좌, 우 움직임을 통해 진자의 각도를 제어한다.
- 본 논문에서 다루는 카트형 도립진자 시스템은 변화하는 진자의 위치를 PID제어기법으로 불안정한 평형점에 강제적으로 위치하도록 하는 안정화 제어시스템이다. 진자의 위치를 파악하는 Encoder와 진자를 평형점으로 위치시켜주는 DC모터를 이용하여 제작하였다. 시스템 제어에 사용된 PID제어는 비례(Proportionl), 적분(Integral), 미분(Differential) 제어를 조합한 방식으로 기존 제어의 85% 이상을 차지할 만큼 실제 산업현장에서 가장 많이 사용되는 제어기법이며, 보다 정확하고 안정적인 동작을 가능하게 한다.
대상 데이터
- Encoder의 경우 Incremental Encoder를 사용하여 출력되어지는 A, B 상의 펄스를 통해 MCU에서 진자의 각도를 측정하게 된다. MCU로는 ATmega128을 사용하였으며 측정한 편차 값을 통해 MCU에서 나오는 PWM파형을 조절하여 모터의 속도를 제어하고 동작시킨다.
데이터처리
- 이번 논문에서는 도립진자가 수직의 불안정한 평형점에서 시작하여 PID기법을 통한 카트의 위치를 변화시켜 불안정한 평형점을 유지시키는 것에 목표를 두고 Matlab을 이용해 실시간 그래프를 출력하여 모델링 시뮬레이션 결과 값과 비교하였다.
이론/모형
- <그림 2>의 도립진자 모델은 <그림 3>과 같은 형태로 Encoder를 통해 출력 받은 편차 값으로 모터를 동작 시키게 되며, 이 때 발생하는 카트의 움직임에 따라 변하는 편차 값을 계속적으로 연산하는 폐루프를 형성하여 카트의 방향과 속도를 제어하게 된다. 도립진자에 적용시킨 제어기법은 기존 제어의 85% 이상을 차지할 만큼 실제 산업현장에서 가장 많이 사용되는 PID 제어기법을 이용하였다.
- Encoder에서 입력받은 진자의 각도는 MCU인 ATmega128을 통해 연산되어지게 된다. 진자의 각도는 제어시스템을 가지지 않고는 안정화될 수 없는데 진자의 각도를 제어하기 위한 시스템으로 실제 산업 분야에서 가장 많이 활용되어지는 PID제어기법을 사용하였다.
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