Design of an OPtimal Controller for the Nonlinear Robot Manipulators with the Actuator Dynamics

조작기의 동특성을 고려한 비선형 로봇 매니퓰레이터의 최적 제어기 설계

This paper presents a new dynamic model which is represented by the second order differenatial equation and itcludes the robot arm dynamics as well as the actuator dynamics. The model exhibits excellent performance in the steady state and transient response. In addition the time varing nonlinear and coupled dynamic system has been linearized and decoupled by using nonlinear feedback and linearization method. In this case a pole assignment law is used to improve stability, and the optimal control altorithm is applied to the error equation to minimize the path error. In applying the proposed algorithm to the three joint manipulator with actuators, we obtained very encouraging results.

본 연구에서는 고속운전 및 빈번한 부하의 변동에 대해서도 효과적인 과도응답 및 정상상태 응답특성을 갖도록 조작키(actuator)의 동특성방정식을 유도하여 매니퓰레이터의 동특성방정식과 결합시켜 2차 미분방정식으로 표현되는 새로운 매니퓰레이터의 모델 시스템 알고리즘을 제안하였다. 또한 비선형 궤환과 선형화 기법을 적용하여 변수들이 상호간에 심하게 결합되어 있는 시변 비선형 등특성모델을 감결합된 선형모델로 변환한다. 이럴 경구 모델의 제어기 구성시 시스템의 안정성을 얻기 위하여 극 재배치 법을 적용하였으며, 또한 경로오차를 최소화 시켜주기 위하여 오차방정식에 대한 최적제어를 적용하였다. 제안한 알고리즘을 조작키가 포함된 3관절 로보트 메니퓰레이터에 적용하여 컴퓨터 시뮬레이션한 결과 만족할만한 결과를 얻었다.