초록 ▼

본 연구는 다개체 시스템의 일치 제어 및 대형 제어를 다룬다. 많은 경우 다개체 시스템들은 네트워크를 통하여 정보를 주고 받으며 협조적으로 제어를 수행한다. 이 때 각 개체는 이웃하는 개체와 정보 교환을 통하여 제어를 수행하므로 전체 네트워크에 대한 정보를 완전히 알기 어려우며 네트워크 또한 통신 두절이나 새로운 개체의 추가 혹은 기존 개체의 이탈에 의해 변동할 수 있다. 본 연구의 목표는 네트워크의 불확실성 및 가변성에 대해서 강인성을 갖는 제어기를 개발하고 이를 모바일 로봇의 대형 제어에 적용하는 것이다.
본 연구의 주된

본 연구는 다개체 시스템의 일치 제어 및 대형 제어를 다룬다. 많은 경우 다개체 시스템들은 네트워크를 통하여 정보를 주고 받으며 협조적으로 제어를 수행한다. 이 때 각 개체는 이웃하는 개체와 정보 교환을 통하여 제어를 수행하므로 전체 네트워크에 대한 정보를 완전히 알기 어려우며 네트워크 또한 통신 두절이나 새로운 개체의 추가 혹은 기존 개체의 이탈에 의해 변동할 수 있다. 본 연구의 목표는 네트워크의 불확실성 및 가변성에 대해서 강인성을 갖는 제어기를 개발하고 이를 모바일 로봇의 대형 제어에 적용하는 것이다.
본 연구의 주된 결과는 크게 이론 결과와 실험 결과로 나눌 수 있다. 이론 결과는 다음과 같이 요약할 수 있다.
- 시변 네트워크 상황에서 출력만을 교환하여 상태의 일치를 이루도록 하는 기법 개발: 동일한 동역학을 갖는 다수의 시스템을 다루며, 네트워크는 유한 개의 고정 네트워크 사이에서 전환된다고 가정한다. 또한 하나의 네트워크가 유지되는 시간의 최소값을 알고 있다고 가정한다. 이 때 고이득 제어기 형태의 상태 일치 제어기를 설계하는 두 가지 기법을 개발하였다. 첫 번째 제어기는 다중 시간-스케일 제어기이며 두 번째 제어기는 단일 시간-스케일 제어기로서 제어기 설계 절차, 잡음에 대한 강인성 면에서 차이점을 보인다.
- 주기성을 갖는 시변 네트워크 하에서의 동기화 제어기 설계 기법: 시변 네트워크가 주기성을 갖는 경우, 스위칭이 충분히 빠르면 시스템의 응답이 시간에 대한 평균값으로 정의되는 네트워크 상황에서의 그것과 같이 거동한다는 것을 보였다. 또한 이 경우에 대한 일치 제어기 설계 기법을 개발하였고 이를 사용하여 모바일 로봇의 대형 제어문제를 해결하는 제어기를 제안하였다.
- 네트워크 연결 관계를 모르는 경우 각 개체에 대한 연결성을 추정하는 알고리듬을 제안하였고 이를 이용한 일치 제어기 설계 기법을 개발하였다. 이 과정에서 적응 제어 기법을 적용하여 연결성을 추정하였고, 상태 궤환을 통하여 동기화/일치 제어 문제를 해결하였다.
위에서 언급한 이론 결과를 적용한 다음과 결과들이 있다.
- 다수의 모바일 로봇을 운용할 수 있는 테스트베드를 구축하였다. 모바일 로봇은 상용 로봇과 더불어 직접 제작한 로봇들을 사용하였으며 천정에 설치된 카메라에서 얻은 영상을 통하여 로봇의 위치를 파악한다. 제어 센터 및 모니터링 시스템을 제작하여 각 개체에 대한 정보를 파악하며 상위 제어를 수행한다.
- 구축된 테스트베드를 사용하여 모바일 로봇의 대형 제어를 연구하였다. 동적 선형화를 통해 이동 로봇의 동역학을 이중 적분기 모델로 전환하였으며 이에 대한 대형 제어기를 설계하였다. 먼저 정해진 대형을 이루도록 하는 제어기를 개발하여 실험하였으며, 이후 대형을 이루며 정해진 궤적을 추종하는 제어기를 개발하였다. 이 때 대형이 추종할 궤적은 리더만이 알고 있으며 추종자들은 리더와의 상대 좌표를 적절히 유지하여 대형을 형성한다. 특히 추가적
인 정보 교환을 통해 대형의 크기 및 회전까지 고려할 수 있는 제어기를 개발하여 실험하였다.
본 연구의 결과가 갖는 의미는 다음과 같이 요약할 수 있다.
- 고정된 네트워크 및 시변 네트워크 상황에서도 네트워크 정보를 추정하거나 네트워크 변동에 강인한 제어기 개발: 실제 환경에서 일어나는 현상을 고려한 제어기로 실제 시스템에 적용이 용이하다.
- 고차원 시스템에 대한 결과로 이중 적분기와 같은 형태로 모델링되는 시스템에 적용이 용이하다. 특히 UAV, 차량 군집 제어에 효과적으로 적용될 수 있다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 2
• I. 연구결과 요약문 ... 3
• II. 연구내용 및 결과 ... 4
• 1. 연구과제의 개요 ... 4
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 4
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 6
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 6
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 6
• III. 연구성과 ... 7