이 논문에서는 특이섭동 T-S 퍼지시스템의 $H_{\infty}$ 출력 궤환 제어기의 설계를 취급한다. 특이섭동 시스템에서 저속 부시스템과 고속 부시스템의 $H_{\infty}$ 노옴이 각각 ${\gamma}$ 보다 적다면 충분히 적은 ${\varepsilon}$>0에 대해서 특이섭동 퍼지시스템의 $H_{\infty}$ 노옴이 ${\gamma}$보다 적음을 증명한다. 이러한 사실을 이용하여 특이섭동 파라메터 ${\varepsilon}$과 무관한 선형 행렬부등식을 기반으로하는 제어기 설계법을 제시한다. 제시된 설계법의 효용성을 입증하기 위하여 수치예를 보여준다.
특이섭동 기법을 이용한 제어 시스템의 설계가 가능하기 위해서는 무엇보다도, 빠른 동력학의 안정성이 중요하다. 그런데, 제어기의 디지털 구현으로 인하여, 이 빠른 동력학의 안정도가 영향을 받을 수 있다. 본 논문은 최근의 개발된 우수한 성능의 특이섭동 기반의 STT 자동조정장치(autopilot) 설계의 경우를 들어 이러한 특이섭동 기법에 기반하여 설계된 제어 시스템에 대한 샘플링 영향을 조사하고 개선된 제어기 설계의 예를 제시하여, 특이섭동 기반 제어 시스템 에 대한 샘플링 영향 분석의 필요성 및 유효성을 밝혔다.
본 논문은 4개의 로터를 가지는 쿼드콥터에 대한 비선형 운동모델을 구성하고, 특이섭동 기법을 이용한 모델 역변환 위치 제어기 설계 결과에 대해 나타낸다. 특이섭동 모델 역변환방식은 느린 동역학과 빠른 동역학을 시분할 기법(time scale separation)기법을 이용하여 각각 역변환 시키는 방법이다. 수립한 6자유도 비선형 운동모델 기반으로, 모델 역변환 제어기를 설계하고 시뮬레이션을 수행한 결과 정확한 위치 추종을 수행함을 확인하였다.
본 논문에서는 제어기에 승산형 섭동을 가지는 제어기와 이산시간 특이시스템을 안정화시키는 비약성 제어기 설계방법을 제시한다. 강인 비약성 제어기가 존재할 조건과 제어기 설계방법을 블록최적화가 가능한 선형 행렬부등식 접근방법으로 제안한다. 또한, 제어기의 약성 성도를 표시하는 비약성 척도를 동시에 계산함으로 승산형 섭동의 제어기 최대 변동정도를 제시한다. 제안한 비약성 제어기는 제어기의 이득 변동에도 불구하고 이산 시간 특이시스템의 강인 안정성을 보장한다.
현재 ATM 망의 ABR 소스에서 불확실한 시간지연에 대한 이산시 모델에 대해, 많은 연구가 진행되고 있다. 이 모델들은 각각의 소스에서의 대역폭(Bandwidth)을 일정하게 보고 있지만, 현실적으로 소스의 네트워크 상황에 따라 각기 할당되는 대역폭은 큰 차이가 있다. 각기 다른 대역폭을 고려할 때 ABR 스위치 모델은 특이 섭동 구조를 갖는다. 본 연구에서는 대역폭 차에 따른 ABR 스위치에서의 특이 섭동 모델을 제안하고 ABR 스위치에서의 체증을 해결하기 위해 합성제어 기법을 이용한 이산시 최적 제어기를 설계한다.
MIMO 비최소위상 시스템에 대한 입출력 선형화 제어에 대해서 새로운 접근 방식을 제안한다. 처음에 몇가지 조건 하에서 비선형 궤환과 상태 변환을 하고 또한 magnitude & time scaling을 해서 일반적인 비선형 시스템을 특이 섭동 시스템으로 변환할 수 있다는 것을 보였다. 특히 제안된 방법에 의하여 변환된 특이 섭동 시스템에서 숨겨진 동적 특성이 fast subsystem의 역할을 하게 된다. 그 다음에는 잘 알려진 composite control 기법을 적용하여 시스템이 거의 선형적이고 비간섭적인 I/O 동적 특성을 갖게 하고 내부 상태가 안정화되도록 한다. 기존의 방식 보다 제안된 제어 방법의 가장 큰 이점은 적용될 수 있는 비최소위상 시스템의 범위를 보다 넓히게 되었다는 것이다. 게다가 특이 섭동 방법은 제어기 설계 과정을 단순화시켜 제어기 구현에 있어서 계산 시간을 단축시킨다.
본 논문은 특이섭동을 포함한 비선형 시스템을 위한 샘플치 제어 기법을 논한다. 비선형 시스템은 타카기--수게노(Takagi--Sugeno: T--S) 퍼지모델 형태로 표현됨을 가정한다. 새로운 리아푸노프 함수와 추가적인 항등식을 이용하여 선형행렬부등식 형태의 샘플치 폐루프 T--S 퍼지시스템의 점근적 안정도 조건을 제시한다. 분석결과에 대한 몇 가지 논의점을 언급한다. 모의실험에 의하여 제안된 기법의 타당성을 보인다.
본 논문에서는 델타연산자를 이용한 통합시스템에서 사전에 민감도가 낮게 설정된 폐루프 궤적을 성취해주는 상태 궤환 제어기의 설계기법이 제안되었다. 양시등급 시스템에서는 빠른 모드를 무시함으로써 수행되는 특이섭동기법에 의해서 그 차수가 감소된다. 제안된 기법은 특이성동상수의 범위에서 실제 궤적의 변화를 다룬다. 물론 최적화를 위한 필요조건들도 유도된다. 이전의 연구는 연속시스템에서 이루어졌으나 본 논문에서는 이산 시스템 및 델타통합시스템으로 확장하였다. 제안된 기법의 우수성은 수치예제를 통하여 확인되었다.
For a class of singularly perturbed uncertain system, an output feedback control law is designed. The controller structure is designed based on the uncertain reduced-order system, and the controller parameters are determined by information on the reduced-order and full-order systems. It has been shown that the reduces-order system with the designed controller possesses a stability property(specifically, a global uniform attractivity). Furthermore, the stability property of this control scheme is robust with respect to singular perturbation ; i.e., the full-order system, subject to the same controller, possesses the global uniform attractivity, provided the singular perturbation parameter $\mu<\mu^{*}$, where a threshold value $\mu^{*}$ can be computed from the information available on the full-order system.
Linear controllers, such as LQG/LTR controller, have been investigated to control flexible link manipulators. The performance and complexity of these depend largely on the linearized model upon which the controller is designed. In this study, singular perturbation model is tested in designing a LQG/LTR controller for a flexible link manipulator. The order of the resulting controller is much lower than the one based on a full model. Through numerical study, it is shown that the performance of the proposed controller reaches reasonably to the one based on the full model.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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