Compensation of Time Delay Using Predictive Controller

예측제어기를 이용한 시간지연 보상

A predictive controller is designed based upon stochastic methods for compensation time-delay effect on a system which has inherent time-delay caused by the spatial separation between controllers and actuators. The predictive controller estimates current outputs through linear prediction methods and probability functions utilizing previous outputs, and minimizes the malicious phenomena caused by the time-delay in precision control systems. To demonstrate effectiveness of this control methodology, we applied this algorithm for the control of a tele-operated DC servomotor. The experimental results show that this predictive controller is superior to the PID controller in terms of convergence-characteristics, and show that this controller expands the maximum allowable time-delay for a system maintaining the stability. Since the proposed predictor does not require models of plants - it requires only stochastic information for outputs --, it is a general scheme which can be applied for the control of systems which are difficult to model or the compensator of PID control.

제어기와 플랜트가 공간상으로 분리되어 폐루프 내부에 시간지연이 불가피하게 존재하는 제어시스템의 시간지연 문제를 보상하기 위하여 확률 모델에 기반하여 설계된 예측제어기를 제안한다. 예측제어기는 지연된 이전의 값들로부터 선형예측 기법과 확률함수를 이용하여 실제의 현재값을 추정하며, 이를 제어기에 적용하여 시간지연에 의하여 발생되는 문제점을 최소화하였다. 제안된 방법의 타당성을 검증하기 위하여 DC 서보모터 시스템에 본 알고리즘을 실현하였으며, 상이한 시간지연에 따른 제어시스템의 영향을 관측하였다. 실험결과에서 예측제어기는 시간지연에 대하여 PID 제어기보다 우수한 수렴특성을 나타내었으며, 제어기의 안정범위 내에서 허용할 수 있는 최대 시간지연 값도 증가시킬 수 있음을 보였다. 제안된 예측제어기는 플랜트의 모델링을 요구하지 않고 출력의 통계적 정보만을 사용하므로 모델링이 어려운 시스템의 제어나 PID 제어의 보상기로 활용할 수 있는 범용적인 기법이다.