자동문은 대형 유통매장, 병원, 음식점, 관공서등의 각종 건물에서는 고객을 위한 편의를 제공하기 위해 출입문으로 이용되고 있으며, 주택의 경우 출입문 및 외부 출입을 통제하는 방범의 편리성 등의 이유로 도어시설로 광범위하게 사용되고 있다. 하지만, 기존의 자동문 제어기는 주로 PID제어를 주로 사용하고 있으나, 설치장소에 따라 문의 크기 및 무게가 다양하기 때문에 파라미터의 변동과 불확실한 동역학 및 외란 등에 의해 제어기 시스템의 불안정을 야기 시킨다. 본 논문에서는 불확실한 요소를 보상하기 위한 강인한 제어기를 설계하여 외란을 보상하고자 한다.
자동문은 대형 유통매장, 병원, 음식점, 관공서등의 각종 건물에서는 고객을 위한 편의를 제공하기 위해 출입문으로 이용되고 있으며, 주택의 경우 출입문 및 외부 출입을 통제하는 방범의 편리성 등의 이유로 도어시설로 광범위하게 사용되고 있다. 하지만, 기존의 자동문 제어기는 주로 PID제어를 주로 사용하고 있으나, 설치장소에 따라 문의 크기 및 무게가 다양하기 때문에 파라미터의 변동과 불확실한 동역학 및 외란 등에 의해 제어기 시스템의 불안정을 야기 시킨다. 본 논문에서는 불확실한 요소를 보상하기 위한 강인한 제어기를 설계하여 외란을 보상하고자 한다.
Doors are in various buildings, such as large retail stores, hospitals, restaurants, government offices and is used as a door to provide convenience for customers, the convenience of security to control doors and exterior access Castle, etc. In the case of housing door facilities It has been used wi...
Doors are in various buildings, such as large retail stores, hospitals, restaurants, government offices and is used as a door to provide convenience for customers, the convenience of security to control doors and exterior access Castle, etc. In the case of housing door facilities It has been used widely. However, the conventional automatic door controller Although the primary use of the PID control, the contact size and weight depending on the location to cause an instability in the system controller or the like, and disturbance of parameter variation and uncertain dynamics because of the wide variations. In this paper, we design a robust controller to compensate for uncertainties and to compensate for the disturbance.
Doors are in various buildings, such as large retail stores, hospitals, restaurants, government offices and is used as a door to provide convenience for customers, the convenience of security to control doors and exterior access Castle, etc. In the case of housing door facilities It has been used widely. However, the conventional automatic door controller Although the primary use of the PID control, the contact size and weight depending on the location to cause an instability in the system controller or the like, and disturbance of parameter variation and uncertain dynamics because of the wide variations. In this paper, we design a robust controller to compensate for uncertainties and to compensate for the disturbance.
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문제 정의
기존에는 사고를 줄이기 위한 대안으로 적외선, 초음파, 마이크로파 등을 이용한 감지 센서를 자동문의 양쪽 기둥 및 상부 구조물에 안전센서를 설치하여 자동개폐 시 센서를 통해 문 사이 사람이 있는 것을 감지하여 자동문을 제어하였지만 이에 따른 설치비가 적지 않다. 본 논문에서 제안하는 불확실한 요소를 보상하기 위한 강인한 제어기는 별도의 센서를 설치하지 않고 제어회로 작동으로 이동물체와 충돌 등 외적인 영향으로 인한 자동문 시스템 결함이 생기지 않도록 하여 사고를 예방하고자 한다.
모터 구동 시 Q필터의 시정수(time constant)인 τ값이 필요한데 시정수는 이론적으로 제거할 수 있는 외란의 주파수 범위를 의미한다. 본 논문에서는 모터의 기계적인 시정수 보다 높은 값으로 선정하여 외란에 대한 응답특성을 향상시키고자 한다. [3]
가설 설정
자동문 시스템의 모델링은 다음 수식 (1)-(5)로 나타낼 수 있다. 벨트의 질량, 마찰은 무시하며 벨트구동은 선형탄성 법위에서 동작하는 것으로 가정한다. 자동문의 무게는 설치장소마다 변경되므로 무게에 따라 발생하는 토크 Ti를 미지의 부하로 설정하고, 롤러와 레일사이에 발생하는 마찰토크는 Tf, 또한 외란 등은 Td로 설정하여 모터측 부하토크 TL에 반영하였다.
제안 방법
본 논문에서 제안하는 Q-Filter를 그림7과 Matlab Simulink를 이용하여 설계 하였다.
그림5는 기존에 많이 사용하고 있는 PID제어 시스템이다. 속도프로파일을 입력하고 외란으로 사인파와 임의의 난수를 합한 불안정한 외란을 입력하였다.
벨트의 질량, 마찰은 무시하며 벨트구동은 선형탄성 법위에서 동작하는 것으로 가정한다. 자동문의 무게는 설치장소마다 변경되므로 무게에 따라 발생하는 토크 Ti를 미지의 부하로 설정하고, 롤러와 레일사이에 발생하는 마찰토크는 Tf, 또한 외란 등은 Td로 설정하여 모터측 부하토크 TL에 반영하였다. 이때, J는 모터와 기어의 관성의 합이고 B는 모터와 기어측의 쿨롱마찰의 합이며.
성능/효과
Q-Filter를 적용하여 시뮬레이션결과 파형을 그림8과 같으며, Q-Filter 적용 전에 비해 외란에 대한 맥동성분을 80%이상 억제 가능한 것을 확인할 수 있다.
제안하는 불확실한 요소를 보상하기 위한 강인한 제어기는 별도의 센서를 설치하지 않고 제어회로 작동으로 이동물체와 충돌 등 외적인 영향에 대해 본 논문에서 제안 하는 Q-Filter를 활용하여 외란에 대한 보상이 가능한 것을 확인하였다.
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