Modeling and parameter-robust controller design of multi-UAV slung load transportation system

Abstract

본 연구는 복수 무인기의 협업 운송 시스템을 다룬다. 운송 방법은 줄을 이용한 현수 운송 시스템으로 고안되었으며, 이로 인해 발생하는 커플링 효과를 제어 하는 방법 고안이 필수적이다. 본 연구에서 현수 운송 시스템의 모델링은 뉴턴 방법으로 이루어지며, 구 좌표계와 직교 좌표계를 혼용하여 최소상태공간 시스템을 얻는 방법이 제안된다. 도출된 모델링을 바탕으로, 제어 설계시에는 모든 무인기와 화물의 위치와 자세를 모두 제어하기 위해 LQG/LTR (linear quadratic Gaussian / loop transfer recovery) 방법이 적용된다. 더하여 화물 무게에 대한 강건성을 향상시키기 위해 PRLQG (parameter-robust linear quadratic Gaussian) 방법이 추가된다. 설계된 LQG 기반 제어기의 강건성을 비교하기 위해 PID와 슬라이딩 모드 제어기를 설계한다. 설계된 네 가지의 제어기법에 대하여 한 대, 두 대, 네 대의 수송 총 세 개의 수송 시나리오를 시간 오차와 바람의 영향을 고려하여 시뮬레이션한다. 제어 성능을 비교하기 위한 스텝 응답과 삼차원 상의 기동을 확인하고자 하는 경로점 추종 시뮬레이션 결과가 주어진다. 그 결과 PRLQG기법을 이용하면 LQG 기반의 제어기도 다른 변수 강건 제어기법들에 준하는 강건성을 가질 수 있음을 확인하였다.