선형전동기기반 컨테이너 이송시스템의 위치정확도 향상을 위한 적응 Backstepping 제어기 설계

A Design of Adaptive Backstepping Controller for Improving Position Accuracy of Linear Motor-based Container Transportation System with Dynamic Friction

본 논문에서는 비선형 동적 마찰 성분을 효과적으로 보상하고 적응적으로 제어함으로써 차세대 항만 자동화 이송시스템으로 주목받고 있는 LMTT(linear motor-based transfer technology)의 위치 정밀도를 향상시키는 것을 목적으로 하고 있다. 셔틀카(shuttle car)와 컨테이너들의 다양한 중량과, 이로 인해 발생하는 동적 마찰 특성 파라미터들을 정확하게 추정할 수 있는 관측기를 설계하였다. 적응 backstepping 제어 기법을 적용하여 시스템이 안정하게 제어될 수 있도록 하는 제어기를 설계하였다. 시스템은 변화하는 환경에 대하여 높은 적응성을 가질 수 있어 여러 종류의 부하는 물론 마찰 특성의 변화에도 양호한 제어 특성을 유지할 수 있었다. 제안한 제어시스템의 타당성을 보여주기 위해 축소된 형태의 LMTT 시뮬레이터를 제작하여, 이에 대해 시뮬레이션과 실험만을 수행하여 제안하는 방법의 타당성과 실현성을 입증하고자 하였다.

In general mechanical servo systems, friction deteriorates the performance of controllers by its nonlinear characteristics. Especially, friction phenomenon causes steady-state tracking errors and limit cycles in position and velocity control systems, even though gains of controllers are tuned well in linear system model. Even if sensor is used higher accuracy level, it is difficult to improve tracking performance of the position to the same level with a general control method such as PID type. Therefore, many friction models were proposed and compensation methods have been researched actively. In this paper, we consider that the variation of mover's mass is various by loading and unloading. The normal force variation occurs by it an other parameters. Therefore, the proposed control system is composed of main position controller and a friction compensator. A parameter estimator for a nonlinear friction model is designed by adaptive control law and adaptive backstepping control method.