Fuzzy Variable Structure Control of Wheel-Driven Inverted Pendulum

바퀴구동 도립진자에 대한 퍼지 가변구조제어

This paper suggests a fuzzy variable structure control scheme for Takagi-Sugeno(T-S) fuzzy model and presents the attitude control of the wheel-driven inverted pendulum(WDIP) based on the proposed control algorithm. The proposed controller is designed based on the T-S fuzzy modeling of nonlinear system and the unification of gain matrices in linear subsystems that constitute the overall fuzzy model. The uncertainties generated in the gain matrix unifying procedure can be interpreted as the input disturbances of the conventional variable structure control. These unifying disturbances can be resolved by using the robustness property of the conventional variable structure system. Design example for wheel-driven inverted pendulum demonstrates the utility and validity of the proposed control scheme.

본 논문에서는 Takagi-Sugeno(T-S) 퍼지모델에 대한 가변구조제어방식을 제안하며 이를 이용한 바퀴구동 도립 진자의 자세제어를 보인다. 비선형 시스템이 T-S 퍼지모델로 모델링 될 수 있다는 가정 하에서 바퀴구동 도립진자에 대하여 몇 개의 대표 동작점을 기준으로 시스템을 선형화하여 퍼지모델을 얻고 이를 통해 가변구조제어이론을 도입하여 제어기를 설계한다. 제안된 제어법칙은 퍼지모델을 구성하는 각각의 선형 부 시스템의 입력이득 행렬을 동일한 행렬로 단일화하고 그 단일화된 제어이득행렬을 토대로 설계되어진다. 이득행렬의 단일화 과정에서 생성되는 불확실성은 가변구조제어 이론의 입력 외란으로 해석되어질 수 있으며 이러한 단일화 외란은 기존 가변구조제어의 강인성에 의해 해결되어질 수 있다. 바퀴구동 도립진자 시스템 예를 통해 제안된 제어알고리즘의 타당성과 유용성을 보인다.