초록
일반적으로 비선형 시스템은 1차와 2차 시스템의 곱으로 선형화할 수 있기 때문에 시스템은 2차 시스템의 중근, 복소근, 서로 다른 두 실근과 1차 시스템의 근을 극점으로 가진다. 이런 극점의 위치 변경으로 시스템의 안정성과 응답특성을 개선할 수 있어서 다양한 방법으로 극점을 이동시키는 제어기를 설계한다. 여러 방법 중에서 LQ 제어는 이득여유와 위상여유의 안정성을 보장한다. 그런데 시행착오 방법으로 가중행렬을 선택하여 원하는 응답특성을 얻기 때문에 극점의 위치를 임의로 지정하기 어렵다. 이 논문은 조단블록을 가진 다중 중근을 원하는 실근으로 이동시키는 LQ 제어의 가중행렬을 선택하는 방법에 관한 것이다. 대각행렬 형태의 제어가중행렬과 ρd와 ϕd의 2개 변수 상태가중행렬을 갖는 해밀토니안 시스템의 특성방정식에서 중근과 가중행렬의 관계식을 유도한다. 그리고 상태가중행렬이 양의 준정부호 행렬이 될 조건에서 실근으로 이동할 중근의 이동범위를 구하고, 좌표평면에 표현한다. 이 범위에서 극점을 선택하고, 관계식으로 가중행렬을 계산하는 방법을 제안한다. 그리고 예제를 통해 조단블록을 갖는 4개의 중근을 원하는 서로 다른 실근으로 이동시키는 가중행렬과 제어법칙의 계산과정을 통해 제안한 방법의 유용성을 확인하였다.
In general, the stability and response characteristics of the system can be improved by changing the pole position because a nonlinear system can be linearized by the product of a 1st and 2nd order system. Therefore, a controller that moves the pole can be designed in various ways. Among the other methods, LQ control ensures the stability of the system. On the other hand, it is difficult to specify the location of the pole arbitrarily because the desired response characteristic is obtained by selecting the weighting matrix by trial and error. This paper evaluated a method of selecting a weighting matrix of LQ control that moves multiple double poles with Jordan blocks to real poles. The relational equation between the double poles and weighting matrices were derived from the characteristic equation of the Hamiltonian system with a diagonal control weighting matrix and a state weighting matrix represented by two variables (ρd, ϕd). The Moving-Range was obtained under the condition that the state-weighting matrix becomes a positive semi-definite matrix. This paper proposes a method of selecting poles in this range and calculating the weighting matrices by the relational equation. Numerical examples are presented to show the usefulness of the proposed method.