Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society (한국산학기술학회논문지)

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Pole Placement Method of a Double Poles Using LQ Control and Pole's Moving-Range

LQ 제어와 근의 이동범위를 이용한 중근의 극배치 방법

  • Park, Minho (Electrical & Electronics Engineering, Chungnam State University)
  • 박민호 (충남도립대학교 전기전자공학과)
  • Received : 2019.11.18
  • Accepted : 2020.01.03
  • Published : 2020.01.31
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Abstract

In general, a nonlinear system is linearized in the form of a multiplication of the 1st and 2nd order system. This paper reports a design method of a weighting matrix and control law of LQ control to move the double poles that have a Jordan block to a pair of complex conjugate poles. This method has the advantages of pole placement and the guarantee of stability, but this method cannot position the poles correctly, and the matrix is chosen using a trial and error method. Therefore, a relation function (𝜌, 𝜃) between the poles and the matrix was derived under the condition that the poles are the roots of the characteristic equation of the Hamiltonian system. In addition, the Pole's Moving-range was obtained under the condition that the state weighting matrix becomes a positive semi-definite matrix. This paper presents examples of how the matrix and control law is calculated.

일반적으로 비선형 시스템은 1차와 2차 시스템의 곱의 형태로 선형화되며, 시스템은 실근, 중근, 서로 다른 두 실근, 복소근의 4종류의 근을 가진다. 이 논문은 시스템이 가지는 4가지 근 중에서 조단블록을 갖는 중근을 복소근으로 이동시키는 LQ 제어의 가중행렬과 제어법칙을 설계하는 방법에 관한 것이다. 상태가중행렬을 제한 조건으로 하고 성능지수함수를 최소화하는 LQ 제어는 시스템의 안정성을 보장하고 시스템의 근을 이동시키는 극배치 기능을 가지고 있다. 그렇지만 이 방법은 시행착오 방법으로 설계 변수인 가중행렬을 설정하고, 이동되는 근의 위치를 정확히 지정할 수 없는 문제가 있다. 이 문제를 해결하기 위해 해밀토니안 시스템의 특성방정식을 대각행렬의 제어가중행렬과 삼각함수로 표현된 상태가중행렬을 이용하여 기술한다. 이동할 복소근이 이 특성방정식의 근이라는 조건에서 중근과 상태가중행렬의 관계식(𝜌, 𝜃)을 유도하고 상태가중행렬이 양의 반한정행렬이라는 조건에서 중근의 이동범위를 구하고, 좌표평면에 도시한다. 그려진 중근의 이동범위에서 복소근을 선택하여 관계식에 대입하여 상태가중행렬을 계산하고, 이것에서 제어법칙이 구한다. 예제에서 3차 시스템의 중근을 이동시키는 제어법칙의 설계과정을 통해 제안한 방법의 타당성을 확인하였다.

Keywords

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