본 논문에서는 2자유도를 가지는 평면형 로봇매니퓰레이터의 궤도제어에 슬라이딩모드 제어기법을 도입한 비 간섭 제어기법을 적용하였다. 따라서 종래의 선형구조해석에 근간을 둔 비 간섭제어와는 달리 파라미터 오차 및 비선형에 의한 영향을 억제할 수 있는 강인한 제어기 설계가 가능하며 매니퓰레이터의 궤도제어에 적용하여 제안한 제어기법의 유용성을 확인하였다.
본 논문에서는 구조적으로 복잡한 다변수 시스템에 대한 비간섭 강인제어 문제가 연구되었다. Riccati형 행렬 방정식과 상태궤환을 이용해 궤환회로 또는 조작단 신호회로 고장에 대해 강인성을 가지면서 비간섭 제어 될 수 있는 방법을 제안하고 2입력 2출력 터어보발전기 모델을 이용하여 시뮬레이션 하였다.그 결과 루프 고장시 종래의 방법에 의해 설계한 궤환 시스템에서는 불안정한 응답을 나타낸 반면 본 연구에서 제시한 방법으로 설계한 시스템에서는 고장에 관계없이 안정하고 비간섭된 응답을 나타내어 구조가 복잡한 다변수 시스템의 비간섭 강인 제어에 응용될 수 있음을 잘 입증하고 있다.
컨버터나 인버터의 운전에 있어서 비간섭 전류제어는 그 시스템의 성능에 직접적으로 영향을 주는 중요한 요인이다. 하지만 일반적인 비간섭 제어방식은 모터나 입력 인덕터에 파리미터 오차가 있으면 잘 동작하지 않는다 이 논문에서는 PI 형태의 새로운 비간섭제어 방식을 제안하였다. 이 방식의 가장 큰 장점은 파라미터 오차에 대해 강인성을 가지는 것이다. 시뮬레이션을 통하여 제안된 제어기의 성능을 살펴보았다.
본 논문에서는 유동전동기에 최근에 개발된 비선형 제어이론을 적용시켜 회전자 속도와 회전자 자속사이에 간섭이 일어나지 않는 선형 시스템으로 변환시킴으로써 제안한 제어기가 유도전동기를 고성능뿐만 아니라 고효율로 제어할 수 있음을 수학적인 분석, 시뮬레이션, 그리고 실험을 통해 보였다. 제안한 제어기는 d-p동기 회전축과 x-y고정자축 사이의 변환, 전기각 속도의 적분, 그리고 전압방정식에서 역기전력과 결합항의 보상등이 필요치 않기 때문에 기존 벡터 제어기보다 계산이 간단하다는 장점을 갖고 있고 특히 전동기 매개변수의 변화에 강인한(robust) 특징을 갖고 있다. 본 논문이 제안한 설계방법은 최근에 개발된 이론인 특이섭동기법(singular perturbation technoque)과 비간섭 궤환제어(noninteracting feedback control)에 기초를 두고 있는데 실제로 이 이론들이 유도 전동기의 속도 및 효율제어에 효과적으로 적용됨을 본 논문을 통해 보이고 있다.
In this paper, systems described by state-space models are considered. For these systems, author studies the decoupling of linear systems and gives a sufficient condition for a system to be made feedback decouplable. Especially, the condition is given by LMI(Linear Matrix Inequality) form. Based on this condition, it is guaranteed that the system decoupling problem is achieved and the $H_{\infty}$ constraint is satisfied simultaneously. This result can be easily extended to the robust decoupling control system design problems.
파라미터 변동이나 외란에 강인한 영구자석 동기전동기의 궤환선형화 속도제어기를 설계하고 DSP를 이용하여 실험 시스템을 구현하였다. 시스템의 상태변수에 비하여 매우 느리게 변화하는 파라미터의 추정을 위하여 MRAS를 이용한 추정방법이 MIT rule을 이용하여 유도되었다. 외란이나 시스템의 상태변수 정도의 변화를 보이는 피라미터에 대하여는 그영향이 고려된 준-선형화 비간섭 모델이 유도되었다. 이 모델을 이용하여 제어시스템의 강인성을 얻고자 경계층을 가지는 Sliding mode 제어기를 설계하고 PD 제어기를 적용한 기존의 제어기와 비교하였다. 제안된 제어 방법의 유용성은 Simulation과 DSP에 기반한 실험 시스템을 통하여 검증하였다.
로켓 엔진 시스템에는 가압가스로 추진제를 엔진으로 공급하는 가압 시스템과 터보펌프를 이용해 엔진으로 고압의 추진제를 공급하는 터보펌프 시스템으로 나눌 수 있으며 터보펌프 시스템은 다시 Gas Generator를 이용하는 개방형 엔진과 Prebumer를 이용한 폐쇄형 엔진인 다단 엔진으로 구분할 수 있다. 로켓의 엔진 시스템은 Turbine, Turbopump, Gas Generator, Thrust Chamber, Tube, Valve, Propellant Tank 등 각 구성품 간에 서로 상호간섭이 매우 심한 공정이다 로켓 엔진 시스템은 이와 같은 상호간섭에 의해 추력 제어 및 혼합비 제어, 추진제 소진 제어 적용 시 정확하고 강인한 제어를 수행하여야 한다. 이를 위해 정확한 동특성 모델을 구축하는 것이 중요하며 모델을 통해 적절한 제어 시스템을 선택하여야 한다. 그러나 현재 국내에는 이에 대한 연구가 미미하며 해외의 경우 로켓은 특수 분야에 속함으로 공개되어 있지 않다. 로켓에 대한 개발 연구에 있어서는 위와 같은 작업이 선행되어야 하며 이에 대한 선행 연구로 한국항공우주연구원에서 Gas Generator를 이용한 개방형 터보펌프 엔진 시스템에 대한 연구를 진행하고 있다. 본 논문에서는 Gas Generator를 이용한 개방형 터보펌프 엔진시스템에 대한 동특성 모델을 구성하였다. 배관부, 터빈, 펌프, 밸브, Gas Generator, 재생냉각, 추력연소실 등 엔진 시스템을 구성하는 구성품에 대한 동특성 모델을 구성하였으며 이를 matlab의 simulink를 통해 각 구성품을 연결하여 최종 엔진시스템의 동특성 모델을 구성하였다. 구성된 동특성 모델을 통해 각종 변화(추진제 밀도 변화, 추력 변화, 혼합비 변화 등)에 대한 엔진 시스템 변화를 예측하여 정확한 엔진 시스템에 대한 이해를 넓혔으며 추력 제어 및 혼합비, 추진제 소진 제어를 최적으로 할 수 있는 제어 시스템 구축을 위한 기초 자료로 이용할 수 있을 것이다.
본 논문에서는 단독부하형 삼상인버터의 디지털 전압제어기를 설계한다. 단독부하운전은 선형부하의 변동이나 비선형 부하에서도 안정적인 전압을 공급하는 것이 목적이다. 삼상 인버터를 선형 제어기로 제어하기 위해서 이상동기회전자표계로 제어하지만 두 개의 간섭항 때문에 MIMO 시스템으로 되어 해석적인 제어기를 설계하기 어려워 대부분의 연구에서는 시행착오법으로 제어기를 설계하였다. 본 논문에서는 삼상 인버터의 축변환시에 발생하는 간섭항의 영향을 상대이득행렬로 분석하여 간섭항의 영향을 분석하고 삼상 인버터 시스템을 SISO 시스템으로 만들어 전압제어기만을 갖는 최소 차수의 제어기를 해석적으로 설계하며 응답속도를 향상시키기위해서 오버슈트와 정정시간을 조절할 수 있는 극배치기법으로 설계한다. 설계한 제어기는 시뮬레이션과 실험을 통해서 강인성을 보인다.
본 논문에서는 영구자석 동기전동기의 운전중 간섭성분을 형성하는 고정자 인덕턴스가 변화할 경우 d축 전류의 오차로부터 고정자 인덕턴스의 변화량을 보상할 수 있는 보상기를 제안하였다. 그리고 이러한 보상기를 기존의 DDC(Dynamic Decoupling g Control)에 적용하여, 고정자 인덕턴스의 변화에 대한 강인성이 향상된 비간섭 전류제어기를 설계하였다.
본 논문에서는 영구자석 동기전동기의 운전중 간섭성분을 형성하는 고정자 인덕턴스가 변화할 경우 d축 전류의 오차로부터 고정자 인덕턴스의 변화량을 보상할 수 있는 보상기를 제안하였다. 그리고 이러한 보상기를 기존의 DDC(Dynamic Decoupling Control)에 적용하여, 고정자 인덕턴스의 변화에 대한 강인성이 향상된 비 간섭 전류제어기를 설계하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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